基于认知诊断构建“减数分裂”的学习进阶

2020-12-25

中学生物学 2020年10期

（中山市中山纪念中学广东中山 528454）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）解读》指出：“基于学习进阶的思想，以生物学核心概念为框架，由浅入深安排教学内容”是我国生物学课程建设需要重点关注的一项内容。因此，本研究基于认知诊断的学习进阶方法，以减数分裂内容为载体，尝试为学生勾勒出掌握减数分裂概念的学习进阶。

1 理论基础

1.1 学习进阶

学习进阶是指对学生在学习某个核心概念时由浅入深的描述。学习进阶理念认为学习是一个不断深入的过程，学生对某一内容主题的认知有不同的表现水平。学习进阶通过勾勒学生思维发展的序列作为课程体系的骨架，为课程目标的实现提供了路径导航图。

1.2 基于认知诊断的学习进阶方法

当前构建学习进阶的一般流程如图1所示。然而，以题目代替概念为单位进行排序得到的学习进阶受题目影响较大，结果不稳定。因此，需要引入新的模型来解决这一问题，而测量理论中新兴的认知诊断理论为解决该问题提供了新的思路。认知诊断是一项以属性为基本分析单位的精细化测评研究，可以同时实现对学生宏观能力和微观认知结构的测量。基于认知诊断的学习进阶方法是依据测量所得的具体属性掌握情况刻画出知识状态的的层级结构（即学习之路）。以属性为单位排序构建学习进阶，提高了结果的稳定性，具体的构建过程如图2所示。

2 研究过程

2.1 属性及属性层级关系的建立

本研究通过分析人教版高中生物学教材《必修2·遗传与进化》《普通高中生物学课程标准（2017年版）》和各地高考题，以文本政策和真实考情作支撑并结合专家和一线教师的建议，确定了高中学生在学习减数分裂过程中应获取的知识和能力（即属性），并梳理属性间的逻辑关系构建了减数分裂认知属性模型（图3）。

2.2 编制测试卷

以图3得到的减数分裂认知属性模型和Q矩阵理论为依据，计算各试题对应考查的属性，从而导出典型项目考核模式（即所有可能的、符合逻辑的项目考核模式），编制相应的测试卷，并经初测修正和一线教师的审阅保证试题的质量，从而确定最终的测试卷。终测卷共计15小题，所有试题均采用0～1计分方式，答对计1分，答错计0分。

2.3 学习进阶的确立

本研究选取广东省7所学校共1 465名高一学生进行认知诊断测验，使用R语言中的认知诊断程序包进行数据分析，获取学生对减数分裂内容7个认知属性的掌握模式（如掌握模式“1101000”表示学生掌握了A1、A2和A4属性，没有掌握余下的4个属性，其中“1”表示掌握，“0”表示未掌握）及各掌握模式学生对应的能力值，再通过掌握模式间的包含关系（某一知识状态属性掌握模式的二元向量大于或等于另一知识状态属性掌握模式相应的二元向量）刻画出表示属性间复杂进阶关系的学习之路（图4）。

从图4可以找出6条学习路径：

教师可结合学生具体的属性掌握模式选择特定的学习路径展开具针对性的补救教学，如学生的属性掌握模式为1110100，教师可以选取路径①进行补救教学：（1110100）→（1111100）→（1111101）→（1111111），先帮助学生补救A4属性，再帮助学生补救A7属性，最后帮助学生补救A6属性。或者，教师也可以选取路径③进行补救教学：（1110100）→（1111100）→（1111110）→（1111111），先帮助学生补救A4属性，再帮助学生补救A6属性，最后帮助学生补救A7属性。在这6条学习路径中，学生的能力值随着掌握属性个数的增加而增加，且掌握属性个数相同时，掌握较高层级属性的学生能力值更高，与图3界定的减数分裂属性层级关系相符。

根据减数分裂的学习路径图可确定进阶的起点为（1000000），进阶的终点为（1111111）。高考评价体系将所考查的素质教育目标提炼为“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”四层内容，本研究以此为依据对减数分裂认知属性模型（图3）的层级关系进一步划分，结果如图5A所示。然后，以图5A为标准划分减数分裂学习进阶的水平层级：掌握A1-A2属性对应水平一，能力分界值为-1.97；掌握A1-A5属性对应水平二，能力分界值为-0.27；掌握所有属性对应水平三，能力分界值为1.03，可见水平一～水平二的难度跨度最大，并且通过R语言计算得参与本次测试的1 465名学生现阶段的能力均值为0.22，处于水平二至水平三之间，具体如图5B所示。

综上所述，学生掌握减数分裂的内容需经历：能识记减数分裂相关事实性知识及理解相关概念（水平一）→能描述减数分裂过程中染色体行为、数目和细胞结构的变化（水平二）→能结合减数分裂的规律说明意义和解决情境问题（水平三），学习进阶的具体描述见表1。

3 对减数分裂教学实践的建议

在本次测试中发现：

①从能识记减数分裂相关事实性知识及理解相关概念（水平一）→能描述减数分裂过程染色体行为、数目和细胞结构的变化（水平二）的进阶难度最大，原因可能是减数分裂过程较为抽象复杂，对学生图文转化能力和辨别细节信息能力的要求较高。因此，教师在新授课教学过程中应注意引导学生对减数分裂的过程进行归纳总结，梳理减数分裂各时期的特点。