基于情境的“四层”考查引导高中生物学教学

摘 要：本文基于2023年山东省生物学等级考试第22题，探讨了高中生物学教学中的“四层”考查模式，强调了情境化教学、知识联系和实验分析，旨在培养学生的科学素养和实践能力。试题设计关注糖尿病与健康问题，引导学生关注生命健康，培养科学思维和创新精神，为高中生物学教学提供指导。

关键词：“四层”考查模式；试题设计；生命健康

文章编号：1003-7586（2024）06-0069-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

1 原题呈现

研究显示，糖尿病患者由于大脑海马神经元中蛋白Tau过度磷酸化，导致记忆力减退。细胞自噬能促进过度磷酸化的蛋白Tau降解，该过程受蛋白激酶cPKCγ的调控。为探究相关机理，以小鼠等实验动物为材料进行了以下实验。

实验Ⅰ：探究高糖环境和蛋白激酶cPKCγ对离体小鼠海马神经元自噬的影响。配制含有5 mmol/L葡萄糖的培养液模拟正常小鼠的体液环境。将各组细胞分别置于等量培养液中，A组培养液不处理，B组培养液中加入75 mmol/L的X试剂1 mL，C组培养液中加入75 mmol/L葡萄糖溶液1 mL。实验结果如图甲所示。

实验Ⅱ：通过水迷宫实验检测小鼠的记忆能力，连续5天测量4组小鼠的逃避潜伏期，结果如图乙所示。逃避潜伏期与记忆能力呈负相关，实验中的糖尿病记忆力减退模型小鼠（TD小鼠）通过注射药物STZ制备。

（1）人体中血糖的来源有________（答出2个方面的来源即可）。已知STZ是通过破坏某种细胞引起了小鼠血糖升高，据此推测，这种细胞是________。

（2）实验Ⅰ的C组中，在含5 mmol/L葡萄糖的培养液中加入75 mmo/L葡萄糖溶液后，细胞吸水、体积变大，说明加入该浓度葡萄糖溶液后培养液的渗透压________（填“升高”或“降低”），B组实验结果可说明渗透压的变化对C组结果________（填“有”或“没有”）干扰。图甲中A组和C组的实验结果说明蛋白激酶cPKCγ对海马神经元自噬水平的影响是________。

（3）图乙中a、b两条曲线所对应的实验动物分别是________（填标号）。

①正常小鼠 ②敲除cPKCγ基因的小鼠

③TD小鼠 ④敲除cPKCγ基因的TD小鼠

（4）对TD小鼠进行干预后，小鼠的记忆能力得到显著提高。基于本研究，写出2种可能的干预思路：________。

参考答案：（1）食物中糖类的消化吸收、肝糖原分解、脂肪等非糖物质转化 胰岛B细胞或胰岛β细胞 （2）降低 没有 在葡萄糖浓度正常时，蛋白激酶cPKCr对自噬水平无明显影响；在高浓度葡萄糖条件下，蛋白激酶cPKCr能提高细胞自噬水平 （3）④、③或4、3 （4）抑制Tau磷酸化；提高蛋白激酶cPKCr的活性；降低血糖；提高自噬水平；注射胰岛素；等等

2 答案分析

第（1）小题主要考查学生依据已有生物学知识进行分析判断的能力，涉及血糖的来源和利用、胰岛素的生理作用、胰岛B细胞的作用等必备知识，要求学生运用“结构与功能观”及“稳态与平衡观”理解学科课程标准内容要求，体现考查的基础性，达到学业质量标准的一、二级水平。

第（2）小题要求学生根据题干信息进行分析推理，通过比较实验现象得出科学结论；主要考查学生根据实验结果和实验现象，运用科学思维中的因果逻辑关系进行推理演绎的能力，体现了对科学思维和规范表达能力的考查，达到学业质量标准的三、四级水平。

第（3）小题的设问是水迷宫实验的创新情境下，对小鼠的记忆能力检测结果的分析，要求从四个不同处理的小组入手，分析逃逸潜伏期坐标曲线；主要考查学生的创新性思维和科学探究能力，需要学生综合运用理解能力、分析推理能力、解决问题能力和创新能力，体现综合性、应用性与创新性，达到学业质量标准的三、四级水平。

第（4）小题是开放性设问，考查学生的发散性思维、结构化思维、批判性思维和创新性思维，达到学业质量标准的四级水平。

3 试题特点及启示

3.1 创设情境载体，落实高考评价体系精神

《中国高考评价体系》要求高考全面推行情境命题，丰富材料，加强情境的新颖性、灵活性、探究性和开放性，强化高考的价值引领作用，促进学生德智体美劳的全面发展。试题素材应贴近学生生活实际，以真实问题情境组织命题，注重考查学生综合运用所学的知识和技能解决问题的能力。

本题中糖尿病患者由于大脑海马神经元中蛋白Tau过度磷酸化，导致记忆力减退，试题情境的研究选取自Zheng（2022）的研究。^［1］试题将复杂的专业性词汇和图表进行加工处理，将科学研究复杂的实验过程删繁就简，将实验结果转化为高中学生能读懂的柱形图与曲线图，符合高中生对实验分析的认知水平。试题明确了探究高糖环境和蛋白激酶cPKCγ对离体小鼠海马神经元自噬的影响的实验目的，引导学生关注糖尿病对人类健康的影响，养成积极健康的生活方式，树立珍爱健康、远离疾病的生命观念，实现了基于情境的“四层”考查。

试题通过对实验设计和实验结果的分析，考查学生的科学思维和科学探究能力以及用科学规范的语言表达自己思维观点的能力。对糖尿病记忆力减退模型鼠进行干预，检测学生解决问题的科学创新能力，体现了试题立德树人、服务选才、引导教学的核心功能。

3.2 落实必备知识，重视生物学概念教学

生物学课堂应该把握基础，落实概念教学，从知识性生物学概念入手，归纳总结，理解事实性的生物学概念，形成次位概念，进一步建立重要概念与大概念，最终指向生命观念。学生高中阶段学习的知识储备中的基础性、通用性知识，是学生终身学习所必须掌握的。第（1）小题设问人体中血糖的来源，调节血糖的激素和对应的胰岛细胞，考查学生对血糖来源和利用途径的掌握情况，胰高血糖素和胰岛素的功能和其对应的分泌细胞胰岛A细胞和胰岛B细胞。由此引导学生推测，药物STZ通过破坏胰岛B细胞引起小鼠血糖升高。

3.3 培养关键能力，加强科学思维训练

“四层”考查要求中的关键能力指学生对所学知识的运用能力，强调独立思考、分析问题、解决问题、交流合作等学生适应社会至关重要的能力。试题提供了复杂但新颖、真实的情境，考查学生知识获取能力群、实践操作能力群、思维认知能力群。第（2）小题第一空从实验结果角度设问，学生必须具有获取题干信息及逻辑推理的能力，从而确定细胞吸水膨胀是培养液渗透压降低导致的；第二空通过比较B组实验结果与C组结果，说明了渗透压的变化为无关变量，对C组结果没有干扰；第三空综合性更强，考查了学生的识图能力、获取信息能力、分析问题能力和解决问题能力，要求学生结合题干信息找到题目中实验的变量与无关变量，厘清实验思路，并能够科学规范、准确全面地组织语言表达。学生结合第一空和第二空提供的依据，形成自己的判断进而推测最终实验的结论： 在葡萄糖浓度正常时，蛋白激酶cPKCγ对自噬水平无明显影响；在高浓度葡萄糖条件下，蛋白激酶cPKCγ能提高细胞自噬水平。

3.4 培养学科核心素养，改进课堂教学方式

学科核心素养要求学生具有扎实的学科观念和宽阔的学科视野，能够在不同情境下综合利用所学知识和技能处理复杂任务。第（3）小题从四个不同处理的小组入手，分析逃逸潜伏期坐标曲线。通过与正常小鼠进行比较，可以得出d线对应①正常小鼠，c线对应②敲除cPKCγ基因的小鼠，敲除cPKCγ基因的TD小鼠细胞自噬水平降低，大脑海马神经元中蛋白Tau过度磷酸化，导致记忆力减退加剧，推测神经细胞a线对应④敲除cPKCγ基因的TD小鼠，b线对应③TD小鼠。

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学习逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。例题的问题设置对学生科学思维的深度提出了更高的要求。教师应有意识地主动引导学生进行必备知识的构建和关键能力的训练，以培养学科核心素养为宗旨改进课堂教学方式。

3.5 彰显核心价值，体现立德树人目标

第（4）小题是开放性设问，考查学生的发散性思维、结构化思维和创新性思维。对TD小鼠进行干预后，小鼠的记忆能力得到显著提高。教师可以将实验结果结构化为内因干预和外因干预。内因干预包括抑制Tau磷酸化、提高蛋白激酶cPKCγ的活性、促进蛋白激酶cPKCγ基因过量表达、提高自噬水平等。外因干预包括降低血糖、注射胰岛素、修复胰岛B细胞等。

例题设置新颖的试题呈现层层递进、环环相扣、螺旋上升的方式和设问方式，考查学生在新颖或陌生情境中主动思考、发现问题、解决问题的能力。试题中的糖尿病引发记忆力减退的情境能够激发学生关注健康、远离疾病的生命观念，从而主动向他人宣传关爱生命的观念和知识，崇尚健康文明的生活方式，成为健康中国的促进者和实践者。

参考文献

［1］ZHENG J Y， WANG Y， LIU Y， et al.cPKCγ Deficiency exacerbates autophagy impairment and hyperphosphorylated tau buildup through the AMPK/mTOR pathway in mice with type I diabetes mellitus［J］. Neuroscience Bulletin，2022，38（10）：1153-1169.