基于認(rèn)知診斷構(gòu)建“減數(shù)分裂”的學(xué)習(xí)進(jìn)階

（中山市中山紀(jì)念中學(xué) 廣東中山 528454）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀》指出：“基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的思想，以生物學(xué)核心概念為框架，由淺入深安排教學(xué)內(nèi)容”是我國生物學(xué)課程建設(shè)需要重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)內(nèi)容。因此，本研究基于認(rèn)知診斷的學(xué)習(xí)進(jìn)階方法，以減數(shù)分裂內(nèi)容為載體，嘗試為學(xué)生勾勒出掌握減數(shù)分裂概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 學(xué)習(xí)進(jìn)階

學(xué)習(xí)進(jìn)階是指對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)某個(gè)核心概念時(shí)由淺入深的描述。學(xué)習(xí)進(jìn)階理念認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個(gè)不斷深入的過程，學(xué)生對(duì)某一內(nèi)容主題的認(rèn)知有不同的表現(xiàn)水平。學(xué)習(xí)進(jìn)階通過勾勒學(xué)生思維發(fā)展的序列作為課程體系的骨架，為課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了路徑導(dǎo)航圖。

1.2 基于認(rèn)知診斷的學(xué)習(xí)進(jìn)階方法

當(dāng)前構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階的一般流程如圖1所示。然而，以題目代替概念為單位進(jìn)行排序得到的學(xué)習(xí)進(jìn)階受題目影響較大，結(jié)果不穩(wěn)定。因此，需要引入新的模型來解決這一問題，而測(cè)量理論中新興的認(rèn)知診斷理論為解決該問題提供了新的思路。認(rèn)知診斷是一項(xiàng)以屬性為基本分析單位的精細(xì)化測(cè)評(píng)研究，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生宏觀能力和微觀認(rèn)知結(jié)構(gòu)的測(cè)量?；谡J(rèn)知診斷的學(xué)習(xí)進(jìn)階方法是依據(jù)測(cè)量所得的具體屬性掌握情況刻畫出知識(shí)狀態(tài)的的層級(jí)結(jié)構(gòu)（即學(xué)習(xí)之路）。以屬性為單位排序構(gòu)建學(xué)習(xí)進(jìn)階，提高了結(jié)果的穩(wěn)定性，具體的構(gòu)建過程如圖2所示。

2 研究過程

2.1 屬性及屬性層級(jí)關(guān)系的建立

本研究通過分析人教版高中生物學(xué)教材《必修2·遺傳與進(jìn)化》《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》和各地高考題，以文本政策和真實(shí)考情作支撐并結(jié)合專家和一線教師的建議，確定了高中學(xué)生在學(xué)習(xí)減數(shù)分裂過程中應(yīng)獲取的知識(shí)和能力（即屬性），并梳理屬性間的邏輯關(guān)系構(gòu)建了減數(shù)分裂認(rèn)知屬性模型（圖3）。

2.2 編制測(cè)試卷

以圖3得到的減數(shù)分裂認(rèn)知屬性模型和Q矩陣?yán)碚摓橐罁?jù)，計(jì)算各試題對(duì)應(yīng)考查的屬性，從而導(dǎo)出典型項(xiàng)目考核模式（即所有可能的、符合邏輯的項(xiàng)目考核模式），編制相應(yīng)的測(cè)試卷，并經(jīng)初測(cè)修正和一線教師的審閱保證試題的質(zhì)量，從而確定最終的測(cè)試卷。終測(cè)卷共計(jì)15小題，所有試題均采用0～1計(jì)分方式，答對(duì)計(jì)1分，答錯(cuò)計(jì)0分。

2.3 學(xué)習(xí)進(jìn)階的確立

本研究選取廣東省7所學(xué)校共1 465名高一學(xué)生進(jìn)行認(rèn)知診斷測(cè)驗(yàn)，使用R語言中的認(rèn)知診斷程序包進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲取學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂內(nèi)容7個(gè)認(rèn)知屬性的掌握模式（如掌握模式“1101000”表示學(xué)生掌握了A1、A2和A4屬性，沒有掌握余下的4個(gè)屬性，其中“1”表示掌握，“0”表示未掌握）及各掌握模式學(xué)生對(duì)應(yīng)的能力值，再通過掌握模式間的包含關(guān)系（某一知識(shí)狀態(tài)屬性掌握模式的二元向量大于或等于另一知識(shí)狀態(tài)屬性掌握模式相應(yīng)的二元向量）刻畫出表示屬性間復(fù)雜進(jìn)階關(guān)系的學(xué)習(xí)之路（圖4）。

從圖4可以找出6條學(xué)習(xí)路徑：

教師可結(jié)合學(xué)生具體的屬性掌握模式選擇特定的學(xué)習(xí)路徑展開具針對(duì)性的補(bǔ)救教學(xué)，如學(xué)生的屬性掌握模式為1110100，教師可以選取路徑①進(jìn)行補(bǔ)救教學(xué)：（1110100）→（1111100）→（1111101）→（1111111），先幫助學(xué)生補(bǔ)救A4屬性，再幫助學(xué)生補(bǔ)救A7屬性，最后幫助學(xué)生補(bǔ)救A6屬性?；蛘?，教師也可以選取路徑③進(jìn)行補(bǔ)救教學(xué)：（1110100）→（1111100）→（1111110）→（1111111），先幫助學(xué)生補(bǔ)救A4屬性，再幫助學(xué)生補(bǔ)救A6屬性，最后幫助學(xué)生補(bǔ)救A7屬性。在這6條學(xué)習(xí)路徑中，學(xué)生的能力值隨著掌握屬性個(gè)數(shù)的增加而增加，且掌握屬性個(gè)數(shù)相同時(shí)，掌握較高層級(jí)屬性的學(xué)生能力值更高，與圖3界定的減數(shù)分裂屬性層級(jí)關(guān)系相符。

根據(jù)減數(shù)分裂的學(xué)習(xí)路徑圖可確定進(jìn)階的起點(diǎn)為（1000000），進(jìn)階的終點(diǎn)為（1111111）。高考評(píng)價(jià)體系將所考查的素質(zhì)教育目標(biāo)提煉為“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)”四層內(nèi)容，本研究以此為依據(jù)對(duì)減數(shù)分裂認(rèn)知屬性模型（圖3）的層級(jí)關(guān)系進(jìn)一步劃分，結(jié)果如圖5A所示。然后，以圖5A為標(biāo)準(zhǔn)劃分減數(shù)分裂學(xué)習(xí)進(jìn)階的水平層級(jí)：掌握A1-A2屬性對(duì)應(yīng)水平一，能力分界值為-1.97；掌握A1-A5屬性對(duì)應(yīng)水平二，能力分界值為-0.27；掌握所有屬性對(duì)應(yīng)水平三，能力分界值為1.03，可見水平一～水平二的難度跨度最大，并且通過R語言計(jì)算得參與本次測(cè)試的1 465名學(xué)生現(xiàn)階段的能力均值為0.22，處于水平二至水平三之間，具體如圖5B所示。

綜上所述，學(xué)生掌握減數(shù)分裂的內(nèi)容需經(jīng)歷：能識(shí)記減數(shù)分裂相關(guān)事實(shí)性知識(shí)及理解相關(guān)概念（水平一）→能描述減數(shù)分裂過程中染色體行為、數(shù)目和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化（水平二）→能結(jié)合減數(shù)分裂的規(guī)律說明意義和解決情境問題（水平三），學(xué)習(xí)進(jìn)階的具體描述見表1。

3 對(duì)減數(shù)分裂教學(xué)實(shí)踐的建議

在本次測(cè)試中發(fā)現(xiàn)：

①從能識(shí)記減數(shù)分裂相關(guān)事實(shí)性知識(shí)及理解相關(guān)概念（水平一）→能描述減數(shù)分裂過程染色體行為、數(shù)目和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化（水平二）的進(jìn)階難度最大，原因可能是減數(shù)分裂過程較為抽象復(fù)雜，對(duì)學(xué)生圖文轉(zhuǎn)化能力和辨別細(xì)節(jié)信息能力的要求較高。因此，教師在新授課教學(xué)過程中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂的過程進(jìn)行歸納總結(jié)，梳理減數(shù)分裂各時(shí)期的特點(diǎn)。

表1 減數(shù)分裂的學(xué)習(xí)進(jìn)階

②現(xiàn)階段高一學(xué)生對(duì)減數(shù)分裂的認(rèn)知水平處于能描述減數(shù)分裂過程染色體行為、數(shù)目和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化（水平二）→能結(jié)合減數(shù)分裂的規(guī)律說明意義和解決情境問題（水平三）之間。

分析原因，可能是受到學(xué)生本身較為薄弱的情境問題解決能力的限制。生物學(xué)背景試題的情境往往復(fù)雜多樣，在具體情境中提取關(guān)鍵信息并運(yùn)用已有知識(shí)解決問題的能力需要長時(shí)間的培養(yǎng)，難以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。因此，教師在一輪復(fù)習(xí)的補(bǔ)救教學(xué)中應(yīng)將重心轉(zhuǎn)向幫助學(xué)生由水平二進(jìn)入水平三，充分落實(shí)學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)。