高中生物学科关键能力之解决问题能力的测评维度探析

李 霞

(清华附中湾区学校 广东广州 510600)

关键能力是高考考查的重要内容之一,在学科素养的导向下,《中国高考评价体系》确立了“知识获取能力群、实践操作能力群、思维认知能力群”这三大关键能力群,教育部考试中心人员杨帆和郭学恒融合多方意见,将新高考生物学学科关键能力确定为理解能力、实验探究能力、解决问题能力和创新能力。本文通过研究历年高考生物学试题,得出了解决问题能力的三个测评维度,同时提出培养学生解决问题能力的方法和途径,以期为教师提供参考借鉴。

1 解决问题能力测评维度

1.1 “信息获取”维度实现解决问题能力测评

“信息获取”维度作为高考考查学生解决问题能力的重要维度之一,在题目中一般会呈现图示、表格、实验数据等具体条件,要求学生从这些给定的条件中选择对解决问题有效的重要信息,并能依据这些关键信息来解决问题。题目的设问通常包含“依据是”“判断依据是”“理由是”等字眼,解决问题的信息基本都能在题目中找到,因此考查难度一般较低。

【例1】(2022年全国甲卷·11)某同学从被石油污染的土壤中分离得到A 和B 两株可以降解石油的细菌,在此基础上采用平板培养法比较二者降解石油的能力,并分析两个菌株的其他生理功能。

实验所用的培养基成分如下。

培养基Ⅰ:K2HPO4,MgSO4,NH4NO3,石油。培养基Ⅱ:K2HPO4,MgSO4,石油。

操作步骤:

①将A、B 菌株分别接种在两瓶液体培养基Ⅰ中培养,得到A、B 菌液;

②液体培养基Ⅰ、Ⅱ中添加琼脂,分别制成平板Ⅰ、Ⅱ,并按图中所示在平板上打甲、乙两孔。

回答下列问题。

(4)现有一贫氮且被石油污染的土壤,根据表中所示实验结果,治理石油污染应选用的菌株是_____,理由是_______________________________________。

参考答案:A 平板Ⅱ模拟出了贫氮且被石油污染的环境,在此平板中A 菌株出现了透明圈而B 菌株没有,证明A 菌株在贫氮条件下降解石油的能力比B 菌株更强,所以在贫氮且被石油污染的环境应该使用A菌株治理。

评析:该题通过平板培养法比较A、B 菌株降解石油能力的高低为背景,考查学生能否从表格中获取关键信息来解决问题。题目对应的是解决问题能力中的“信息获取”测评维度,难度较低。见表1,平板Ⅰ和平板Ⅱ中A 的透明圈均较大,说明A 分解石油的能力强于B,在缺氮条件下的生存和繁殖能力也强于B,因此应选用A 菌株来治理石油污染。

表1 实验结果

1.2 “问题解决”维度实现解决问题能力测评

“问题解决”维度是高考考查学生解决问题能力时出现频率最高的维度,考查难度较高,需要学生综合运用分析、归纳、推理等思维过程来解决问题。该维度的题目可以划分为两种类型,类型一为先创设生活实践、学习探索等情境,在情境中抛出一个具体的生物学问题,考查学生能否思考出合适的问题解决措施或方法,或能否制定出科学有效的问题解决方案并对其进行准确清晰的描述,题目的设问通常包含“解决方案”“解决措施”“解决策略”“提出建议”等关键字眼。类型二一般会直接给出一个生物学现象,要求学生综合运用所学的生物学知识和题干信息解释该现象出现的原因,从而实现问题的解决,题目的设问通常包括“原因是”这一关键字眼。

【例2】(2022年全国乙卷·07)农业生产中,农作物生长所需的氮素可以NO-3的形式由根系从土壤中吸收。一定时间内作物甲和作物乙的根细胞吸收NO-3的速率与O2浓度的关系如图1所示。回答下列问题。

图1 NO-3 的吸收速率与O2 浓度的关系

(4)据图可知,在农业生产中,为促进农作物根对NO-3的吸收利用,可以采取的措施是________(答出1 点即可)

参考答案:定期松土(透气)

评析:该题重点考查学生解决问题的能力,题目通过创设“农作物吸收NO-3”的情境,要求学生提供一个具体措施来促进农作物对NO-3的吸收利用。在这个过程中,学生要能运用分析法或综合法来规划问题解决的过程,要能运用科学简洁的语言来准确清晰地描述方案的具体内容,如定期对作物松土以增加土壤中的含氧量等。该题对应的是解决问题能力中的“问题解决”测评维度,属于第一种类型题目。

【例3】(2022年广东卷·22)“绿水透迤去,青山相向开”,大力发展低碳经济已成为全社会的共识。基于某些梭菌的特殊代谢能力,有研究者以某些工业废气(含CO2等一碳温室气体,多来自高污染排放企业)为原料,通过厌氧发酵生产丙酮,构建一种生产高附加值化工产品的新技术(图2)。

图2 梭菌的特殊代谢过程

(3)培养过程中发现重组梭菌大量表达上述酶蛋白时,出现了生长迟缓的现象,推测其原因可能是______________________________,此外丙酮的积累会伤害细胞,需要进一步优化菌株和工艺才能扩大应用规模。

参考答案:二氧化氮等气体用于大量合成丙酮,而不是用于重组梭菌的生长。

评析:该题以“重组梭菌处理废气生产丙酮”为情境,要求学生对“重组梭菌大量表达上述酶蛋白时出现生长迟缓”这一现象的原因进行解释。题目所对应的是解决问题能力中的“问题解决”测评维度,属于第二种类型。根据所学知识和题目信息可知,重组梭菌大量表达上述酶蛋白后,CO2和H2会在这些酶蛋白的作用下经过一系列的反应生成丙酮,而后排出细胞,而非用于重组梭菌的生长,因此会导致生长迟缓。

1.3 “迁移应用”维度实现解决问题能力测评

“迁移应用”维度是高考考查学生解决问题能力时出现频率最低的一个维度,该维度的题目一般会先呈现一个情境,情境中包含一定的知识、思想、方法等,接着再呈现另外一个问题情境,要求学生将在情境中已掌握的知识、思想、方法等合理迁移应用到新的问题情境中去解决问题,该维度的题目对学生的思维要求很高,考查难度高,题目的设问通常包括“应用有”这一关键字眼。

【例4】(2020年北京卷·17)枯草芽孢杆菌可分泌纤维素酶。研究者筛选到一株降解纤维素能力较强的枯草芽孢杆菌菌株(B 菌),从中克隆得到了一种纤维素酶(C1 酶)基因,将获得的C1 酶基因与高效表达载体(HT 质粒)连接,再导入B 菌,以期获得降解纤维素能力更强的工程菌。

(5)预期该工程菌在处理废弃物以保护环境方面可能的应用有______________________(举一例)。

参考答案:降解秸秆,减少秸秆燃烧带来的空气污染。

评析:该题以“研究者筛选克隆获得工程菌”为情境,要求学生将该情境中获得的知识信息等迁移应用到“处理废弃物保护环境”的新问题情境中来解决问题。题目对应的是解决问题能力中的“迁移应用”测评维度。通过题干情境可知,研究者获得的工程菌降解纤维素的能力很强,因此可以利用这些工程菌来降解秸秆,减少秸秆燃烧带来的空气污染,从而起到保护环境的作用。

2 提高学生解决问题能力的方法和途径

2.1 重视识图读表教学,提高信息获取能力

信息获取能力要求学生能从所给的材料中准确获取生物学信息进而解决问题。材料中的信息大多蕴含在图表中,因此教师要重视图表教学,让学生在识图读表中提高信息获取能力。生物学图表包括示意图、曲线图、模式图、系谱图、表格等,教师可以针对每一种图表的特点,教给学生识图读表的方法和技巧。在学生掌握基本的识图方法后,教师可通过创设说图活动,让学生在说图的过程中理顺读图思路,提高读图、析图能力。

2.2 传授问题解决策略,提高问题解决能力

所有生物学问题的解决都必须依靠自身掌握的知识和技能,当学生解决生物学问题的知识及其方法论基础都较为薄弱时,教师需要及时传授解决问题的有效方法。不管是策略性问题、陈述性问题还是程序性问题,只要把解决问题的思路和方法传授给学生,进而让学生体会和掌握,在一定程度上提高学生解决问题的能力。如在做遗传概率计算类题目时,教师教给学生遗传概率计算五步法:①判断显、隐性遗传;②判断常、性染色体遗传;③确定基因型;④计算概率;⑤验证答案。学生在掌握了正确的解题思路和技巧后,面对复杂的遗传概率计算类题目也能应对自如。

2.3 开展类比迁移教学,提高迁移应用能力

在生物学教学中,新旧原理、概念、现象等都可以进行类比,因此,教师可以利用类比迁移法来提高学生迁移应用的能力。在新的问题情境中,引导学生将先前解决问题的经验进行比较,找到两者的相同处,通过发现新旧知识间的规律来实现迁移,进而理解和解决新问题。在习题讲评课上也可以设置一些变式训练题目,引导学生触类旁通,提高解决问题能力。