素养导向的生物学试题解析模型构建及教学启示

吴晓凌 邱建卫

摘要以往的试题解析较少从学科素养视角展开。依据新近颁布的高考和课改纲领性文献等，尝试以学科素养导向，对典型试题作解答分析，获得若干解析例证。基于解析例证及分析，初步构建了试题解析模型，并从中获得一些教学启示。

关键词 学科素养 试题解析模型 教学启示

中图分类号G633. 91文献标志码B

新高考改革实施之前，试题解析的常见形式是说明得出答案的推理过程，较少考虑解析应包含的要素、要素涉及信息及处理、处理后信息间关系的存缺、针对缺失关系的推理等。这些新考虑源于生物学学科核心素养，由此尝试从学科核心素养视角展开试题解析探究。

1解析例证

1.1纯言语信息类试题解析

【例1】（2021·江苏适应性考试）6.端粒学说认为端粒DNA序列在每次细胞分裂后会缩短导致细胞的衰老。端粒长度的维持与端粒酶活性有关，端粒酶以其携带的RNA为模板使端粒DNA延伸。下列叙述正确的是（）

A.每条染色体只有一个端粒

B.端粒酶中的RNA与核酶（有催化功能的RNA）作用相似

C.端粒的修复仅发生在细胞分裂中期

D.端粒酶在人体恶性肿瘤细胞中活性较高

参考答案：D。

解析：（1）情境信息初步提取。①端粒学说：端粒DNA在细胞分裂后缩短，致使细胞衰老；②端粒长度维持：活性端粒酶以其携带RNA为模板延伸（即修复缩短的）端粒DNA。

（2）已有知识提取处理。③端粒学说（教科书楷体部分）：细胞衰老机制的假说之一……④染色体复制：复制后的每条染色体包含两条姐妹染色单体。⑤有催化功能的RNA：酶绝大多数是蛋白质，少数是RNA。⑥细胞分裂中期：染色体高度螺旋化，不能复制或转录。⑦恶性肿瘤细胞：具无限增殖特性，即细胞不衰老。

（3）情景命题真假推断：①③④→端粒数可达染色体数的2倍→A选项为假命题；②⑤→端粒酶携带RNA作用为提供模板，而非起催化功能→B选项为假命题；②⑥→修复缩短的端粒DNA时，染色体应解开螺旋呈染色质形态→C选项为假命题；①⑦→高活性端粒酶及时修复缩短的端粒，致使恶性肿瘤细胞不衰老→D选项为真命题。

1.2过程示意图类试题解析

【例2】（2021·南京学情调研）25.（改编）科学研究发现，在强光照、高氧和低CO2情况下，叶肉细胞在进行光合作用的同时会发生“光呼吸”作用，过程如图1所示。该过程中Rubisco酶催化C5与CO2结合生成C3的同时还可以使C5与O2结合，形成一个同样的C3和一个C2，C2可参与线粒体的有氧呼吸，其部分中间产物经ATP和[H]还原转变成C3参与暗反应。回答以下问题：

已知强光下ATP和[H]的积累会产生O2-（超氧阴离子自由基），而O2-会对叶绿体光合作用的反应中心造成伤害。依据图示信息，解释植物在干旱天气和过强光照下，光呼吸的积极意义是。

参考答案：干旱天气和过强光照下，叶片缺水，气孔部分关闭，二氧化碳吸收减少，低浓度二氧化碳使得光呼吸增强，光呼吸可以消耗多余的ATP和[H]，从而保护叶绿体。

解析：（1）情境信息提取处理。①强光、高氧和低CO2时，伴随光合作用发生“光呼吸”。②图中异形圈内包含CO2固定（R酶催化）、C3还原（消耗ATP和[H]）、再生C5等生理过程。③R酶还同时催化C5与O2反应生成C3（与CO2固定生成的C3相同，并参与C3还原）和C2；④C2参与有氧呼吸生成CO2的中间产物（消耗ATP和[H]）也可生成相同的C3，并参与C3还原。⑤强光下，ATP和[H]积累产生相应自由基，损伤叶绿体光合作用反应中心。⑥光呼吸对干旱、强光下植物的生存有积极意义。

（2）已有知识提取处理。⑦光合作用包括光反应（产生ATP和[H]，用于C3还原）、暗反应（含CO2固定、C3还原、再生C5等生理过程）；⑧干旱会导致气孔部分关闭，使叶肉细胞间隙出现低CO2情况；⑨强光会导致光反应产生较多O2、ATP和[H]。

（3）情境问题推理解决。⑦⑧⑨→②①→ATP和[H]积累→⑤→③④→ATP和[H]消耗→⑤损伤减小→⑥。

（4）推理过程逻辑表述。①干旱天气（“if→then”/产生式/C-A规则，以下简作“→”）叶片缺水（→）气孔部分关闭（→）二氧化碳吸收减少（→）叶肉细胞间隙低CO2情况；②过强光照+Ⅰ（→）ATP和[H]积累（→）光呼吸增强（→）消耗多余ATP和[H]（→）保護叶绿体。

1.3数学模型图类试题解析

【例3】（2021·南通、连云港等七市一模）22.（改编）利用滤食性贝类改善水体光照条件，促进沉水植物的扩张与恢复是富营养化水体生态修复的重要途径。研究人员以太湖常见底栖生物河蚬（滤食浮游生物、有机碎屑等）和沉水植物苦草为材料，根据太湖河蚬的自然丰度，设计了4组河蚬密度处理（对照组、低密度组、中密度组、高密度组）的实验，研究河蚬对水质和苦草生长的影响，部分结果如图2、3所示。分析回答：

图2结果表明，各河蚬处理组中浮游藻类数量随时间变化而。结合图2分析，图3中苦草相对生长率变化的原因是。

参考答案：减少河蚬清除浮游植物，增大了水体透光度，有利于苦草的生长

解析：（1）情境信息提取处理。①自变量是河蚬（滤食浮游藻类）密度（对照、低中高密度）。②因变量1：浮游藻类叶绿素a浓度。③因变量2：苦草（沉水植物）相对生长率。④图2显示的关系：随时间（自变量2）延长，“实验组”的因变量1“最终”与对照组变化相反，且有“最终”与自变量1负相关趋势。⑤图3显示的关系：自变量1与因变量2正相关。⑥苦草相对生长率变化可能与水体光照条件改善等有关。

（2）已有知识提取处理。⑦水体富营养化及其危害：水体中N、P等剧增导致表面长出水华等，致使水体中光照条件恶化，进而限制水体中植物的光合作用，最终影响其正常生长。⑧科学探究产生的数据（表格等形式记录的结果）可转化为曲线图、直方图等数学模型，其目的在于直观反映自变量与因变量的关系（结论）。

（3）情境问题推理解决。④②→以“因变量1”作为“浮游藻类数量”指标→自变量2与因变量1的关系是负相关→具体关系。⑦+Ⅰ→浮游藻类减少，光照条件改善→⑥+⑧①③⑤→因果关系。

（4）推理过程逻辑表述。Ⅰ（→）河蚬清除浮游植物（→）增大水体透光度（→沉水植物光合作用抑制解除，有机物积累增加）→有利于苦草生长。

2要素分析

2.1要素类属

试题解析的要素应至少有情境信息、已有知识、推理解决和逻辑表述4种；素养视角下，可进一步厘清其类属。

情境信息一般是新的事实，已有知识是教科书中事实及其支撑的各级概念，两者最终支撑的是最上位的大概念，即生命观念。而新事实和教科书中的事实一般来自生物学探究和实践，属科学探究的范畴。通常把推理的特定过程称作思维，基于情境信息和已有知识推理解决特定的情境问题，属科学思维的范畴；逻辑表述则是为适应纸笔测验，而将推理解决的隐性过程显性化。情境问题的来源和解决一般指向社会责任的体现和承担。

2.2要素地位

试题解析要素有一般呈现顺序，但要素地位与呈现顺序并不一致，应基于“情境问题推理解决”厘清要素地位。

从类比视角，已有知识是“骨架”要素、情境信息是“关节”要素、推理解决是“联结”要素、逻辑表述是推理解决的附生要素；“联结”的前提是有“关节”成分，“联结”的蓝图是固有“骨架”结构。从素养视角，科学思维的前提是已有科学探究提供的事实和下位概念等，科学思维需以生命观念为蓝图，指向验证生命观念并解决与社会责任相关的问题，甚至通过新探究，形成新观念，解决新问题。此外，在不同类型的例证中，要素涉及内容的比重也有差异。当前强调以情境为考查载体，情境信息比重有增加态势，由此引发其余要素内容也相应增加。

2.3关键联结

据分析，要素地位与“联结”密切相关，可从教科书知识认知和问题解决两个维度，进一步明确“联结”与“关键联结”。

（1）已有知识的结构化。从教科书知识认知结果的视角看，已有知识应是“联结”正确的结构化知识体系。若从解决问题的视角，它既是顺畅推理的知识基础，又是情境信息“联结”的技能基础。

（2）情境信息的结构化。从解决问题视角来看，情境信息应形成“联结”准确的结构化信息系统，能被已有知识体系同化或顺应。而在同化或顺应，特别是顺应中，会出现知识与信息“联结”空隙。

（3）空隙填补最为关键。据上分析，“联结”空隙（问题空隙/缺失关系）的填补是完整推理中最关键环节。例如，各例证中“情境问题推理解决”处的加粗文字，正是它们的存在，才使推理链得以建立。

3模型构建

基于例证及要素分析，参考奥苏伯尔的问题解决模型，构建生物学试题解析模型如图4所示。

4教学启示

生物学试题的解析一般属补偿教学环节，从减少补偿教学、提高课堂教学效益视角，可获取相应启示。

4.1应教结构化的知识

课程标准以生命观念为核心，使课程内容结构化；新版教材以主题为引领，使课程内容情境化。学科核心素养导向的教学不应再只重视单一的知识点或技能点的教学，而应更重视通过情境化的单元教学，实现高中生物学相关知识内容的结构化，促使学生更为系统地分析与探究新知识，进而构建更大、更完善的生物学知识体系，架起知识转化为素养的桥梁。

4.2多练信息的结构化

从新的情境中获取信息，并明确信息间的关系，是当前学生的薄弱之处，也是课堂教学效益提升的关键门槛之一。学科核心素养导向的教学不仅要重视教结构化的知识，更应重视通过深度学习，来实现学生习得的产生式系统等在新情境中的迁移。

深度学习实质上是结构性与非结构性知识意义的建构过程，也是复杂的信息加工过程，必须对先前知识进行激活，并和所获得的知识进行有效和精细的深度加工。因此，在新情境中多练信息的结构化，是促进技能迁移的有效途径。

4.3着重练关系的推理

在已有知识和情境信息间建立联系，明确并设法填补问题空隙，是当前学生的最弱之处，更是课堂教学效益提升的终极门槛。学科核心素养导向的教学应特别重视科学思维的培育，通過单元教学和深度教学，在结构化知识体系的构建学习、新情境信息的结构化训练中，促使学生习得归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等科学思维方法；着重训练关系推理的显性化表述，促进学生从不能表述推理，到能表述一两步推理，再到能表述完整的推理过程。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部考试中心.中国高考评价体系[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2]中华人民共和国教育部考试中心.中国高考评价体系说明[M].北京：人民教育出版社，2019.

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[4]皮连生.教育心理学[M].上海：上海教育出版社，2017.

[5]吴晓凌.谨防高中生物新授课教学误区[J].中学生物学，2013，29（10）：27-28.

[6]邱建卫.普通高中生物学“学业质量水平”图解的构建含义与使用[J].生物学教学，2021，46（9）：39-41.