SOLO分类视角的基因工程习题

沈琨

【摘  要】教学实践结果表明，大部分学生缺乏突破基因工程习题的思路，其根本原因是缺乏对基因工程习题思维结构特点的正确认识。因此，以SOLO分类理论为指导，对基因工程习题的思维结构特征进行研究，并提出以过程为核心，辐散周边知识；以基因为媒介，深挖内在联系；以情境为拓展，增加思维深度的突破思路。

【关键词】SOLO分类理论；基因工程习题；思维结构；突破路径

“基因工程”是高中生物学选择性必修三的重要内容之一，《普通高中生物学课程标准》（2020年修订）将其凝练为“概念5 基因工程赋予生物新的遗传特性”，相关习题情境设计新颖，覆盖面广，灵活多变，常成为标准化试题和高三综合性试题编制的重要组成部分。但是从教学实践来看，学生在解决此类问题时常表现为“一看解析就会，不看无从下手”。这一现象充分反映出学生难以清晰认识到基因工程习题内在的思维规律特点。因此，我们可以从习题的思维结构特征出发，寻求突破路径。

一、SOLO分类理论提供理论基础

澳大利亚著名的教育心理学家彼格斯和科里斯在皮亚杰认知发展理论的基础上，共同提出了一种新的质性评价方法——SOLO分类理论（Structure of The Observed Learning Outcome，SOLO），即根据学生回答具体问题情境时表现出的外显化思维结构的特点，按照由简单到复杂的顺序，将学习成果划分为5个不同的层次。

在前结构水平下，学生思维逻辑混乱，不能正确地发现解决问题所需的素材与信息，导致所呈现的回答与答案毫不相关，几乎不能解决问题；在单点结构水平下，学生的信息提取能力有所提升，能够找到解决问题的个别信息和线索，但是仍然缺乏解决问题的能力；当思维层次上升到多点结构水平时，学生收集线索的数量显著提升，不能有效整合线索，导致信息零碎，无法真正解决问题；在关联结构层级下，学生能从整体上把握问题，不仅能找到解决问题所需要的素材和线索，还能挖掘其内部联系，真正解决问题；以关联结构水平为基础的拓展抽象水平层级，加深对原有问题情境的理解，在原有问题结论的基础上，结合新的假设，获得新的方法与结论。

欲精准评价学生的思维结构水平，必须提供一个科学多维的问题情境，参照思维结构水平的特点，确定线索的呈现方式、设问方式等，以具体问题情境为核心展开研究。基因工程习题在标准化试题等综合性测验中，多以填空题的方式出现，每个小题都有具体的思维结构要求，彼此之间也存在一定的递进关系。由此可见，只有针对性的突破，才能全面实现学生思维结构水平的提升。

二、基因工程习题的思维结构特征

基因工程习题分布于选择性必修3《生物技术与工程》中，内容上既向学生传播了新兴的生物学技术手段，又是对必修2中基因表达过程的延伸。因此，这部分习题多围绕基本操作过程展开，以科研成果为情境，问题设置多呈现出由易到难的特征，思维结构水平覆盖面广，一般从单点结构水平切入，落点在关联结构水平。综上所述，探析基因工程习题的思维结构特征对突破路径的提出有积极意义。

（一）单点结构水平为表象，多点结构水平为实质

在基因工程类习题中，常会出现一些设问方式直接、信息提示明确的题目，看似为单点结构水平，实际符合多点结构水平的思维特征。鲜明的情境信息，易让学生陷入单点结构的误区，以例1为例，如果只以基因表达载体的构建过程这一单一信息线索为出发点，很难保证答案的全面性，必须不断代入其他知识或信息，如通过碱基配对方式联系中心法则的不同环节，才能提高答案的准确性。

例1：图1表示利用基因工程制备某种病毒单克隆抗体的操作流程图。图2表示遗传信息传递过程中发生碱基配对的部分片段示意图。

图2所示物质可存在于图1的过程_____（填序号）。

（二）多点结构水平做铺垫，关联结构水平显核心

基因工程习题以填空题形式出现时，总会包含多个小问题，问题难度呈现台阶式增长，彼此关联，目的是综合考查学生的图形分析、演绎推理、归纳概括等多种能力。此类问题以多点结构水平做铺垫，要想彻底解决具体问题，必须达到关联结构水平的要求。例2以PCR过程中引物的选择过程为例，围绕引物的设计原则展开考查。从设问方式来看较为明确，但机械记忆引物的设计原则未必能得出结论，必须透彻理解问题情境，明确扩增序列，即模板链的结构、子链延伸的方向等也要纳入考虑范围，最后还要对延伸过程进行推理，确定选择是否正确。由此可见，多点结构水平为梳理清引物的设计原则提供帮助，由于具体情境下子链延伸过程的差异性，导致要对信息进行分析和整合，有效利用线索显然需要关联结构水平的帮助。

例2：如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，简捷地分析出已知序列两侧的序列，具体流程如下图（以EcoR I酶切为例）。

若上图所列为已知的DNA序列和设计的一些PCR引物，步骤Ⅲ选用的PCR引物必须是_____    （填编号）。

（三）关联结构水平来衔接，抽象拓展结构水平促延伸

基因工程习题一直是学生难以突破的知识点，在内容上它密切关联遗传信息的复制与表达过程，融合微生物培养、动植物细胞工程等多种现代化生物学技术；在思维能力上，综合运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等思维类型。例3的情境信息冗杂，首先要借助题干线索破译“Cre/loxP重组酶系统”的作用特点，再以此为基础将结论应用于新的情境中。从设问方式来看，这不是对事实性知识的描述，而是对现象成因的分析和对操作措施的建议，需要充分调动学生的多种思维能力。综上所述，作为最高级思维结构层次，进行题目设计时，需以关联结构水平做衔接，充分理解题干情境的设计意图，进而提出结论在新情境应用的设想，通常难度很大。

例3：Cre/loxP重组酶系统是通过对转基因受体细胞DNA上的特定序列进行定点切割和重新连接，实现在基因或染色体水平上对生物基因进行遗傳改造的一种技术。

GUS基因编码的酶可将无色底物生成蓝色产物，GFP基因会产生绿色荧光蛋白，这两种基因都可作为标记基因，配合Cre/loxP重组酶系统来研究发育生物学的问题。Cre基因经38℃热处理后可被激活表达，在此前提下组织中可检测出绿色荧光区，据此分析绿色荧光区形成的原因是__________   。

三、基因工程习题的突破路径探析

有效突破基因工程习题离不开生物学知识量的积累，同时要掌握关联知识的技巧，只有这样才能更好地实现应用和迁移。由此可见，基因工程习题突破路径也符合思维结构的发展规律，以多点结构水平做铺垫，关联结构水平做衔接，最终实现抽象拓展水平的达成。

（一）以“过程”为核心，辐散周边知识，提升多点结构水平

基因工程作为综合题时，不会局限于某一个知识点，多是对“过程”的考查，在思维结构上表现为对多点结构水平的考查。作为一线教师，要帮助学生丰富“过程”的内涵，辐散周边知识，实现多点结构水平的提升。从实际教学经验和标准化试题来看，除了考查基因工程的四个具体操作过程，还包括应用的过程等。不仅要引导学生对核心过程的关注，还要积累周边知识，例如对目的基因的检测与鉴定的考查，除了检测的方式和原理角度，还有遗传信息的传递过程、碱基配对的方式、表达产物离开细胞的方式、细胞质膜的结构特点等。因此，积累周边知识有助于更好地获取线索信息，以量变引起质变，最终实现对基因工程习题的突破。

（二）以“基因”为媒介，深挖内在联系，形成关联结构水平

基因工程从本质上看是一种重组DNA技术，为了更好地理解这门技术，不能把各个环节割裂开，需要深挖知识之间的内在联系，才能形成关联结构水平。例如，脱氧核苷酸作为目的基因的基本组成单位，其排列方式具有多样性和特异性特点，这给学生带来了基因表达载体构建过程中粘性末端的设计问题；体外的DNA复制——PCR扩增技术，体内DNA复制可以对应目的基因的检测——DNA分子杂交；目的基因的表达除了包括mRNA和蛋白质的鉴定，还有转录、翻译的场所、乳腺生物反应器等；基因表达的调控是目前较为热门的研究方向，例如原核细胞中的乳糖操纵子等。当然，这类问题离不开情境的干扰，只有找准、找全情境线索，才能精准定位多条知识信息，这都是解答关联结构水平问题的必经之路。此外，这部分内容是对学生高层级思维能力的考查，其中转化图形信息、演绎推理等最常见。此类习题的答案多为长句，如何用规范的生物学语言进行描述，厘清情境线索与知识点之间的逻辑关系，都是关联结构水平的考查要求。

（三）以“情境”为拓展，增加思维深度，达成拓展抽象结构水平

学生之所以感觉基因工程习题难突破，最主要的原因是它的问题情境虽然丰富多元，但都不是常见的生活情境，让学生感受到“距离感”，会出现无从下笔的现象。当然，基因工程习题作为标准化试题的重要组成部分，在题干设计上也要凸显选拔与甄别的功能。因此，教师在教学实践中、在情境选择上，要关注最新的研究进展，让学生发散思维，增加思考的深度，提高达成拓展抽象水平的可能性。

情境信息的丰富性给学生带来了思考，拉近了基因工程与现实生活的距离。例如，与疫情背景密切相关的新型冠状疫苗的研制过程——利用S基因制作第三代疫苗，这也是对免疫学应用的延伸；以從分子水平上研究如何改变生物的遗传特性的研究为例，“CRISPR/Cas9基因编辑技术”和“转基因技术”虽在技术上各有千秋，但本质无异。此外，还有转座子系统的研究等。这些情境增加了学生和前沿科学技术的“亲密度”，使得更多学生有机会达到抽象拓展水平。

【参考文献】

[1]彼格斯，科利斯.学习质量评价：SOLO分类理论（可观察的学习成果结构）[M].高凌飚，张洪岩，译.北京：人民教育出版社，2010：27-28.

[2]康铮. SOLO理论及其历史教学应用研究[D]. 上海：华东师范大学， 2009.