“问题支架”在解答原因分析题中的应用

黄晓芸

(福建省龙岩第一中学)

支架式教学源于建构主义教学理论,是指依据“最近发展区”理论,在学习者学习的过程中搭建恰当的支架,帮助学习者自主地、循序渐进地构建知识,从而顺利完成学习目标。支架的表现形式多种多样,如问题支架、图表支架、情境支架、实验支架等,其中问题支架是教学中最常见的一种形式。它是指学习者在进行某一主题的学习时,教师围绕一定的学习目标,依据一定的逻辑,精心设置一系列的问题,利用问题支架进行教学,将一个大问题拆分成若干个小问题,引导学生层层深入地进行思考,使学习的逻辑思维得到提升,从而构建完整的逻辑思维体系。

原因分析题是指要求考生解释原因、阐明机制、表述观点的一类主观题。该类试题通常利用生物学科学史、与生物学相关的实验研究、与生物学相关的生产生活实践等创设真实的问题情境,要求考生依据题干所提供的信息,结合所学的生物学知识解释现象产生的原因,阐明自己的判断或观点。该类试题要求学生有严谨的逻辑思维和较好的语言表达能力,能较好地考查学生生物学核心素养,区分度高,具有较好的选拔性,是各地高考试题中常见的试题类型。笔者在实际教学中发现,学生在解答该类题目时由于无法准确把握知识点之间的逻辑性,而出现“思维跳跃、会而不全、作答缺步”的现象。针对这一情况,笔者尝试利用“问题支架”帮助学生厘清知识的逻辑关系,进行完整的推理。

1.原因分析题的解题策略

1.1 顺向思维,层层推进

顺向思维的解题过程是从题干提供的条件(或者现象)入手,设置一系列问题支架进行连续追问,直至与题目所给的结果(或结论)建立联系。其解题流程如图1所示:

图1

【例1】(2023年·广东卷·17题节选)放射性心脏损伤是由电离辐射诱导的大量心肌细胞凋亡产生的心脏疾病。一项新的研究表明,circRNA可以通过miRNA调控P基因表达进而影响细胞凋亡,调控机制见图2。miRNA是细胞内一种单链小分子RNA,可与mRNA靶向结合并使其降解。circRNA是细胞内一种闭合环状RNA,可靶向结合miRNA使其不能与mRNA结合,从而提高mRNA的翻译水平。

图2

(3)据图分析,miRNA表达量升高可影响细胞凋亡,其可能的原因是_______________________。

【解题思路】以题干中的条件“miRNA表达量升高”为起始条件搭建问题支架进行连续追问,直到与题干结果“细胞凋亡”建立联系。具体解题思路如表1:

表1

通过搭建上述问题支架,将题干所给条件“miRNA表达量升高”与结果“细胞凋亡”建立了联系。对上述问题支架的解答进行整理,即可得出本题答案。

【参考答案】P蛋白能抑制细胞凋亡,miRNA表达量升高,更多miRNA可与P基因mRNA靶向结合,使P基因mRNA降解率升高,导致合成的P蛋白减少,无法抑制细胞凋亡

1.2 逆向推导,追根溯源

逆向推导的解题过程是以题干提供的现象(或者结论)为起点,逆向思维,搭建的问题支架环环相扣,直至与题干提供的条件相联系,再正向整理答案。其解题流程如图3所示:

图3

【例2】(2023年·全国乙卷·29题节选)植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含有叶绿体,在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+。有研究发现,用饱和红光(只用红光照射时,植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时,气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。

(2)红光可通过光合作用促进气孔开放,其原因是______________________________。

【解题思路】找出题干的结果“气孔开放”,采用逆向思维进行推理。具体解题思路如表2:

表2

问题支架搭建至此,将题干的结果“气孔开放”与条件“红光”建立相联系。对上述问题支架的解答进行整理,即可得出本题答案。

【参考答案】红光下,保卫细胞进行光合作用合成有机物使保卫细胞溶质浓度增大,保卫细胞吸水体积膨大,气孔开放

1.3 双向并进,寻找交点

当正向思维和逆向推导都无法单独解决问题时,可采用正向、逆向同时并进的方式。解题过程为了从题干中找出条件和结果,同时正向、逆向搭建支架,直至找到它们的相交点,再将问题串的答案进行正向梳理。

【例3】(2021年·全国甲卷·29题节选)植物的根细胞可以通过不同方式吸收外界溶液中的K+。回答下列问题:

(3)细胞外的K+可以通过载体蛋白逆浓度梯度进入植物的根细胞。在呼吸抑制剂的条件下,根细胞对K+的吸收速率降低,原因是________________________________________。

【解题思路】一方面抓住题干中的条件——“呼吸抑制剂”,搭建问题支架进行正向追问;另一方面,从题干中的结果——“根对K+的吸收速率降低”搭建问题支架进行逆向推理,直至找到两者的相交点。具体解题思路如表3、表4:

表4 逆向推理过程

通过正向追问和逆向推理,找到两者的交汇点——能量,由此将题干中的条件与结果建立联系。对上述问题串的答案进行整理,得出本题的答案。

【参考答案】细胞逆浓度梯度吸收K+是主动运输的过程,需要能量,呼吸抑制剂会影响细胞呼吸供能,故使细胞主动运输速率降低

2.复习建议与策略

新高考更加注重对学生科学思维和科学素养的考查,在高考题中原因分析题占据了较大的比例。教师可以从以下几个方面提升复习效率:

2.1 回归教材,构建体系

在原因类分析题中,有一类试题设置的问题情境相对简单,直接考查学生对教材的结论性句子、教材原理、核心知识的理解和掌握程度。如2023年全国乙卷第31题(3)考查森林生态系统的抵抗力稳定性高于农田生态系统的原因。该题来源于2019年人教版《选择性必修2生物与环境》第75页正文部分内容,考查学生对生态系统维持稳定性原因的理解和应用,学生如果熟练掌握教材知识,应该很容易得出答案。

在高三复习中要引导学生回归教材,精读教材。教材中的语言表达就是最好的规范表达模板,在教学中可以将教材内容改编为原因分析题。例如设置问题:酶制剂适于在低温下保存的原因是____________________。(答案:在低温时,酶的活性很低,但酶的空间结构稳定,在适宜的温度下酶的活性可以升高,因此酶制剂适于在低温下保存)又如,设置问题:人体内需要源源不断的产生激素的原因是____________________。(答案:激素一经靶细胞接受并起作用后就被灭活,因此需要体内源源不断地产生激素,以维持激素含量的动态平衡)

另外,教师要指导学生构建思维导图,帮助学生深度理解教材,把握核心概念的内涵与外延,将散乱的生物学知识构建形成有逻辑关系的知识体系,有助于学生形成严密的、具有逻辑的思维过程。

2.2 多角度训练,提高学生科学思维

充分利用高考题和教材中的“思考与讨论” “技能训练”栏目等多角度训练学生的科学思维,还可以对高考题、教材课后练习进行改编,一题多用,培养学生逻辑思维能力和语言表达能力。

【例4】(2023年·湖北卷·3题)维生素D3可从牛奶、鱼肝油等食物中获取,也可在阳光下由皮肤中的7-脱氢胆固醇转化而来,活化维生素D3可促进小肠和肾小管等部位对钙的吸收。研究发现,肾脏合成和释放的羟化酶可以促进维生素D3的活化。下列叙述错误的是

(C)

A.肾功能下降可导致机体出现骨质疏松

B.适度的户外活动,有利于少年儿童的骨骼发育

C.小肠吸收钙减少可导致细胞外液渗透压明显下降

D.肾功能障碍时,补充维生素D3不能有效缓解血钙浓度下降

教师可以基于A选项设问:肾功能下降导致机体出现骨质疏松的原因是什么?(答案:肾功能下降会导致维生素D3的活性下降,使小肠和肾小管等部位对钙的吸收减少,导致机体出现骨质疏松)基于 B选项设问:为什么说适度的户外活动,有利于少年儿童的骨骼发育?(答案:因为阳光下皮肤中的7-脱氢胆固醇可以转化维生素D3,维生素D3又能促进钙的吸收,因此适度的户外活动,有利于少年儿童的骨骼发育)可以基于D选项设问:肾功能障碍时,补充维生素D3不能有效缓解血钙浓度下降,其原因是____________________。(答案:肾功能障碍时,维生素D3的活化受抑制,只有活化的维生素D3才能促进钙的吸收,因此补充维生素D3不能有效缓解血钙浓度下降)

2.3 归纳整理,突破思维障碍