指向关键能力培养的高中生物学作业设计

王亚民 曹冬林

（1.浙江省桐乡市凤鸣高级中学 浙江嘉兴 314500）

（2.浙江省嘉兴市第四高级中学 浙江嘉兴 314500）

长期以来，受应试教育的影响，生物学教学常常以“知识点”为线索，以“考试说明”为目标，以纸笔测试为评价方式，教师为考试而教，学生为考试而学，导致学生的基本学习素养学科能力和学科核心价值观的系统化培养没有得到重视。随着课程改革的推进，教师必须关注学生的生物学科能力表现，发展其关键能力，才能突破教育质量评价这一瓶颈，切实促进学生核心素养的发展，全面提高教育质量。

关键能力是指即将进入高等学校的学习者在面对与学科相关的生活实践或学习探索问题情境时，高质量地认识问题、分析问题、解决问题所必须具备的能力。它是使学习者适应时代要求并支撑其终身发展的能力，是培育核心价值、发展学科素养所必须具备的能力基础，是高水平人才素质的重要组成部分。基于学科素养导向，承接学科素养要求，结合学生认知发展实际，高考评价体系确立了符合考试评价规律3个方面的关键能力群：①以认识世界为核心的知识获取能力群；②以解决实际问题为核心的实践操作能力群；③涵盖了各种关键思维能力的思维认知能力群。结合现行高考生物学科对能力考查的积累和凝练，基于学科素养发展、价值塑造的现实要求，反映新课程理念与人才培养目标，体现时代性、传承性、学科特性，将新高考生物学科关键能力确立为理解能力、实验探究能力、解决问题能力、创新能力。

1 指向理解能力作业设计

理解能力要求深入了解必备知识的内涵并形成知识的网络结构，将单一、零散的知识构建成系统的知识网络体系，作为能力培养与素养发展的基石。不同层次的理解能力的内涵不一样（表1）。

表1 理解能力层级解释表

例如，在学习细胞膜时，课前，教师布置学生搜集有关细胞膜研究的。课堂上，针对细胞膜的结构成分的探索系列实验，教师提出一系列问题，以引发学生深度学习：细胞膜的组成成分是什么呢？（欧文顿实验的实验方法是什么？实验结论是什么？20世纪初，科学家的化学分析实验：膜主要是由什么组成的？）脂质在细胞膜上是怎样分布的呢？（1925年，两位荷兰科学家的实验：实验操作如何？实验结论是什么？小组讨论：画出连续排布的两层磷脂分子层，并构建模型。）细胞膜中还有蛋白质，那么蛋白质又存在于什么位置呢？（1959年，罗伯特森的实验：实验结论是什么？“三明治”结构模型有什么不足？1970年，荧光标记小鼠细胞和人细胞融合实验：实验结论是什么？蛋白质如何分布在磷脂双分子层中？）小组讨论：根据上面科学家的探索历程得出的结论，尝试画出生物膜结构模型和生物膜的概念模型。

再如，教师引导学生绘制光合作用过程图、细胞结构示意图、减数分裂过程图以及水盐平衡调节、血糖平衡调节、体温调节等人体示意图等，开展主动学习。“画”一个主题及其分支的思维导图时要运用大量色彩、图像，需调动多种感官，刺激左右脑之间的神经联结。每个人的思考习惯、知识结构、生活学习经验不同，其制作的思维导图也千姿百态，有学生做出的是Q版漫画风，有学生做出的是中国古风，有学生做出的是自然田园风……

教师通过问题串的作业设计，培养学生的初、中级理解能力，即让学生知道“是什么？怎么样？”。学生尝试构建生物膜的结构模型和生物膜的概念模型，将单一、零散的知识构建成系统了知识网络体系，即重新建立或者调整认知结构。上述作业培养了学生从生物学视角获取关键信息、解释生物学现象、解决生物学问题，从而能够用科学准确的语言或图表等形式进行表达。这是对学生获取信息能力的延续和提升，也是理解能力的提高，还为学科素养作了铺垫。

2 指向实验探究能力的作业设计

实验探究能力是生物学自然科学属性的鲜明体现。通过对《普通高中生物学课程标准（2017年版）》、中学教学实际、高中学生认知水平的充分考量，提出学生要具备实验探究能力，即在对所学实验的实践和学习后，能够对相关生物学问题进行科学探究，如分析问题、设计实验、预测结果并得出结论或作出解释，掌握科学探究的整个流程。

例如，笔者将浙江省历年高考试题中的实验题进行整编设计作业，要求学生分析每一道实验题的自变量和因变量，并根据分析写出实验目的。为了提高学生设计实验的能力，教师从逻辑学讲起，数学逻辑中的充要条件在数学逻辑中，充要条件等命题逻辑属于演绎逻辑。“如果A，那么B”，就可以得出：A是B的充分条件，B是A的必要条件。若需证明B是A充分条件，依据原命题和逆否命题是逻辑等值的原理，可以证明“B是A充分条件”的逆否命题——非A则非B。综上所述，“若A，则B”并且“若非A，则非B”，就能证明A是B的充分必要条件（A当且仅当B，A和B是等值的）。然后，教师出示2020年1月浙江高考实验题：

研究大鼠皮肤移植后的皮肤存活率，某同学提出了下面的实验思路。请以皮肤存活率为指标，预测实验结果并进行分析。

（1）实验分组与处理：

组1取A系大鼠的皮肤片移植到自身的另一部位；

组2取A系大鼠的皮肤片移植到B系大鼠；

组3取与组2相同处理并出现排斥反应后的B系大鼠的T淋巴细胞，注射到未处理的B系大鼠并将A系大鼠的皮肤片移植到该大鼠。

（2）将上述各组若干只处理后的大鼠进行饲养，每隔一定时间观测皮肤片的存活状况并记录，计算皮肤存活率。

（3）回答下列问题：②为了进一步验证大鼠对移植皮肤起排斥反应的主要是T淋巴细胞。实验思路的分组与处理中。若设置组4，其处理是给予大鼠免疫抑制剂，再移植皮肤片。用免疫抑制剂处理的理由是______________。还可以设置组5其处理是______________。理由是______________。

根据数学逻辑关系“若A，则B”并且“若非A，则非B”，就能证明A是B的充分必要条件。若要验证大鼠对移植皮肤起排斥反应的主要是T淋巴细胞，就是证明在有T淋巴细胞和无T淋巴细胞的情况下大鼠移植皮肤后的排斥反应情况。在分析上述例题的基础上，教师还可以设计用文字形式、表格形式、柱状图形式、折线图形式等方式来描述实验结果的作业，并让学生比较哪一种实验结果描述形式更直观，以此锻炼学生预测实验结果的能力。学生通过反复练习高考真题，提高了分析问题、设计实验、预测结果的能力，从而根据实验现象得出结论或作出解释，掌握了科学探究的整个流程。

3 指向解决问题能力的作业设计

解决问题能力是学有所用、学以致用理念的体现，反映了生物学与生产生活的密切联系，要求学生能够运用生物学知识解释或解决与生物学相关的生活生产实践等情境中的问题。

例如，在学习“果酒及果醋的制作”实验时，学生在实验过程中发现实验条件的控制是本实验的关键要素，如果控制不好就会使实验结果不理想，发酵产品不是很理想。如何更好地控制发酵条件、发酵产品的浓度到底是多少？浓度与水果品种有关系吗？如何测量？不同水果的出酒率如何？……于是，学生进行了适当的分组，分别进行了深度实验探索：一组是发酵装置设计组、一组是不同水果果酒酿制组、一组装置的发酵效果探索组等。有些学生甚至还进行了不同水果果酒出酒率和酒精度数的实验研究等：利用废旧物品设计出了自动放气装（只允许气体出来，不允许气体进入），实现了气体的单向放出，有效地控制了反应条件，并利用这种装置与传统的装置进行对比实验以验证该装置的发酵效果；利用不同水果进行果酒酿制，发现不同水果的出酒率和酒精度数不同，从而制成不同的果酒，并利用密度比进行酒精度数的计算，比较修正这种数据与利用酒精测定仪进行测量的数据，从而获得酒精度数的计算公式。

这样以解决实际问题的生物学作业设计，培养了学生解决实际问题的能力。这也是学以致用理念的体现，反映了生物学与生产生活的密切联系，提高了学生运用生物学知识解释或解决与生物学相关的生活生产实践问题情境的能力。

4 指向创新能力的作业设计

创新能力的提出反映了当前社会发展对创新型人才的强烈需求，要求学生根据生活生产实践等情境中的问题，能够运用知识、经验、获取的相应信息，提出新解释、新方法、新思路或得出新结论；或者在已有知识的基础上，能够依据新证据得出新的结论或提出新的观点。

例如，在高中生物教材实验活动的基础上，教师可以布置创新性的实验设计，从实验材料上、实验装置和步骤上等改进实验，如将色素提取分离的材料菠菜叶改用黑藻，将探究渗透作用的半透膜更换为鸡蛋膜、猪膀胱膜、鱼鳔、肠衣等。

再如，在讲到“自然选择”时，笔者布置了这样一个作业：用尺子测量100粒花生仁的长度，并用坐标图表示出来，算出平均值、最大和最小值与平均值的差距，并与其他学生得出的结果进行比较。然后分析以下问题：

①影响花生仁大小的因素是什么?如果环境变化使大花生仁成为一种有利变异，该花生种群将朝着什么方向发展?

②描述对大花生仁有利的环境变化。你能想出什么样的环境变化对小花生仁是有利的吗?

③为什么大多数花生仁不像最小的花生仁那么大?

④你怎样才能确定一个性状（如花生仁非常大）是遗传的结果还是环境影响的结果?

该实验活动运用了测量、统计、比较这些生物学上最常用的研究方法。学生科学分析实验结果，有利于进一步理解自然选择理论，并且有利于培养思维能力。在该实验中，教师提出的最后一个思考题并不能通过该实验得到答案，尚需设计新的实验，这有利于培养创新思维能力。

基于关键能力的作业设计，既满足了学科关键能力的培养，也提高了应对高考评价的要求，还是核心素养落地的途径。高中生物学教师要认识到高考的重要性，而高考对生物学科关键能力的考查主要包括：理解能力，即在认知的基础上进行内化领会；实验与探究能力，即能够自主设计、进行实验并进行科学思维和科学探究的能力；获取信息的能力，即通过材料提取有效信息用并运用信息的能力；综合运用能力，即联系实际解释现象、解决问题的能力。新高考生物科关键能力与高考评价体系、现行高考生物科能力目标的关系是一致的。提高学生的高考应试水平，与提高生物学科的关键能力并不是矛盾的，高考评价在一定程度上可以促进关键能力的发展；反之，关键能力的培养也可以应对高考评价体系的要求。基于关键能力设计高中生物学作业，教师要在清楚关键能力内涵的基础上，联系学生的生活实际，精心设计作业。