組織專題復習 提升學科能力

閆新霞 管 旭

（中國人民大學附屬中學 北京 100080）

學科能力是學科核心素養(yǎng)的重要組成部分，是大規(guī)模教育考試重要的評價目標之一［1］。為積極發(fā)揮教學導向功能，從有利于促進學生健康成長、成才和服務科學選才考慮［2］，2018 版高考北京卷《考試說明》生物學科部分（以下簡稱《考試說明》）對能力要求進行了修訂，構建了生物學科能力要求框架，對考生應具備的能力給出了更清晰的界定。在高三生物學教學中，可以此為依據(jù)組織專題復習，有效提升學生的學科能力。

1 高考北京卷生物學科能力要求與備考

1.1 《考試說明》中的能力要求解讀 2018年版高考北京卷《考試說明》中，對生物學科能力要求包括“理解能力、應用能力、思辨能力、創(chuàng)新能力”4 個層級，每層能力包含2～3 項具體要求［2］，《考試說明》對每項能力要求的內(nèi)涵進行了準確描述（表1）。

表1 高考北京卷生物學科能力要求及內(nèi)涵描述［3］

此能力框架中4 項學科能力的思維要求是逐級提高的，高層級能力以低層級能力為基礎［1］。“理解能力”中的“辨認”和“比較”是針對生物學知識本身的，要求學生領會知識要點并比較知識間的異同，在此基礎上，學生才能對題目給定的各種形式的信息進行正確“解讀”?！皯媚芰Α币髮W生能對給定情境中的信息進行分析和解釋，包括由因到果的“推理”和由果到因的“歸因”，思維鏈條一般只包括一個環(huán)節(jié)?！八急婺芰Α币髮W生在面對復雜情境時，能綜合應用所學知識對獲取的信息進行加工和整合，對思維深度和廣度的要求高于“推理”“歸因”。其中，“論證”要求學生能綜合不同知識內(nèi)容分析問題并完整闡述思維過程，“評價”要求學生能從課題完成者的角度對研究方案的合理性、結果與結論的一致性進行論述。“創(chuàng)新能力” 要求學生能在解決新情境下的復雜問題之后，再提出新的問題、作出合理“假設”并“設計”實驗進行檢驗。此要求直指創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，用意深遠。

1.2 高考北京卷生物學試題命題導向 高考北京卷生物學試題堅持素養(yǎng)導向，試題情境新，非選擇題的命題素材多來自生物學最新研究成果。命題者對素材進行合理組織，結合研究過程精心設問，實現(xiàn)對學生各層級思維能力逐級考查的目的。試題通過簡單的設問，考查對生物學基本概念的“辨認”；通過圖表等各種信息呈現(xiàn)方式，考查“解讀”和“比較”能力；通過分析數(shù)據(jù)得出結果或結論，考查“推理”或“歸因”“論證”與“評價”；根據(jù)已有信息考查提出問題和作出假設的能力；在“評價”設計方案的基礎上考查“設計”研究方案的能力。多層級的能力考查在近年來的北京卷生物學試題中不斷展現(xiàn)，其中第29 題和第31 題體現(xiàn)得非常突出，已成為北京生物學高考試題的特色。

1.3 復習備考 高三第1 學期進行單元復習，主要進行知識梳理和基本能力訓練。第2 學期進行專題復習，重在知識的綜合應用和能力提升，可結合學情從多角度設計。科學研究中的思維能力是提升學生科學素養(yǎng)的關鍵能力，在第2 學期組織“能力提升”專題復習非常必要。

2 能力提升專題復習的目標和任務

2.1 學情分析和專題復習目標 經(jīng)過單元復習，學生的學科知識水平有了明顯提高，也具備了分析解決生物學問題的基本能力，但面對思維過程復雜的思辨能力和創(chuàng)新能力類試題時，許多學生無法理清解決問題的思路，高階能力水平偏低。能力提升專題復習的教學目標，就是使學生明確生物科學研究一般過程中的思維路徑及各思維環(huán)節(jié)的要點，提高解決問題的學科能力（圖1）。

圖1 高考能力要求在研究過程中的體現(xiàn)及思維要點

2.2 專題復習的任務 本專題以課內(nèi)、外生物學研究實例為素材，將科學研究的一般過程與考試說明能力要求相結合，對研究素材進行精細化分析，明確如何通過實驗設計及分析得出科學結論。

3 能力提升專題復習的策略與案例

3.1 課內(nèi)素材的使用 高中生物學教材中有科學史經(jīng)典實驗，也有學生實驗，這些都是培養(yǎng)學生科學思維的好素材。在本專題的復習中，要重溫這些實驗的研究過程，從問題提出到實驗設計，再到實驗操作細節(jié)和結果檢測，最后分析結果得出結論。通過理清研究的邏輯，讓能力培養(yǎng)落到實處。

案例1：噬菌體侵染細菌實驗。

本實驗在科學史上具有重要地位，確立了“DNA 是遺傳物質”這一重要結論。在對研究過程做精細化分析時，需要回答以下問題：

1）實驗前已知什么？ 實驗需要解決的問題是什么？ 本實驗的研究價值是什么？

已知：噬菌體能侵染細菌并引起細菌裂解，從噬菌體與細菌混合到細菌裂解釋放子代噬菌體的時間。

待解決問題：噬菌體侵染細菌進行增殖的過程中，哪部分（或哪種物質）進入細菌并保留在子代噬菌體中。

研究價值：認清噬菌體增殖過程中哪種物質發(fā)揮了重要作用，即可知道什么物質是噬菌體的遺傳物質。

2）實驗前的假設是什么？

假設有3 個：噬菌體的遺傳物質是：①DNA；②蛋白質；③DNA 和蛋白質。

3）如何設計實驗分別研究DNA 和蛋白質的作用？

經(jīng)檢測，噬菌體的P 元素僅存在于DNA，S 元素僅存在于蛋白質，可用32P 和35S 分別標記噬菌體的DNA 和蛋白質，將標記后的噬菌體與細菌混合適當時間，在細菌未裂解時檢測其放射性，確定哪種物質在噬菌體侵染時進入細菌。在細菌裂解后檢測子代噬菌體的放射性，確定哪種物質會保留在子代噬菌體中。

4）實驗步驟中混合保溫、攪拌、離心的作用分別是什么？

混合保溫是為噬菌體侵染細菌創(chuàng)造條件；攪拌是為了使噬菌體未侵入細菌的部分與侵入部分分離；離心是為了使未侵入的噬菌體（或其中一部分）與細菌分別位于上清液和沉淀物中，以便通過放射性檢測確定哪種物質進入了細菌。

5）實驗結果和結論是什么？

實驗結果：32P 組的放射性主要出現(xiàn)在沉淀物中，子代噬菌體有放射性；35S 組的放射性主要出現(xiàn)在上清液，子代噬菌體無放射性。

實驗結論：噬菌體的DNA 侵入到細菌細胞中，并控制子代噬菌體的產(chǎn)生，DNA 是噬菌體的遺傳物質。

以上問題分析邏輯清晰，學生能理解科學研究各環(huán)節(jié)的思考要點。教師再進一步點明：提出問題和作出假設都需要已有的研究成果作為依據(jù)；設計實驗時最關鍵的問題就是找準實驗控制的自變量和需檢測的因變量，明確結果與結論的相關性；結果是所記錄的客觀事實，結論是對結果進行分析后形成的認識，理清證據(jù)與邏輯是思維要點。

除了回顧單個實驗外，教師可向學生布置新任務：對應不同實驗的設計（表2），列出教材中的科學史實驗及學生實驗，分析每個實驗方案的核心內(nèi)容：自變量的控制、因變量（結果）的檢測、得出的結論。通過此項任務，讓學生集中思考實驗研究的邏輯，找到規(guī)律。

表2 高中生物學教材中實驗的要點分析

3.2 課外素材的使用 課外的生物學研究素材來源廣泛，主要來自2 個方面：①各研究領域的科研論文；②用科研論文改編的試題。受專業(yè)背景的限制，學生直接閱讀科研論文會有一定的難度，可根據(jù)學生接受能力對科研論文進行適當改編，以學案的形式呈現(xiàn)，帶領學生分析。為取得理想成績，學生更愿意分析來自題目的研究素材，明確各種類型的設問該如何作答。因此，在本專題復習中，可將試題作為課外素材的主要來源，選擇高考題或模擬題，對審題和解題思路進行精細化分析，可讓學生找到試題設問方向和答題要點，有效提升學科關鍵能力。

案例2：2017年海淀高三一模理綜第29 題（節(jié)選并改編）。

獨腳金內(nèi)酯是近年新發(fā)現(xiàn)的一類植物激素。研究發(fā)現(xiàn)獨腳金內(nèi)酯能通過促進生長素的作用抑制側枝生長。請你對可能的機制提出一個合理的假設：____________。

在科學研究中，假設必須以已有科學結論為依據(jù)。在教學中，要利用開放性試題充分調動學生的思維，引導學生自評或互評假設的合理性。學生在充分思考和討論后能認識到，提出假設時需要結合頂端優(yōu)勢原理及題目信息。獨腳金內(nèi)酯可能通過促進生長素的合成、促進生長素向側枝運輸或抑制生長素從側枝運輸，從而抑制側枝生長，因為這幾個途徑都會使側枝處生長素濃度過高而產(chǎn)生抑制效應。此外，獨腳金內(nèi)酯還可能提高了側枝對生長素的敏感性，這樣也會對側枝產(chǎn)生抑制生長的效果。這些回答緊密圍繞植物激素的概念和作用特點進行思考，雖然角度多樣但都邏輯嚴密。

案例3：2017年高考北京卷理綜第29 題（節(jié)選并改編）。

學習、記憶是動物適應環(huán)境、使個體得到發(fā)展的重要功能。通過電刺激實驗，發(fā)現(xiàn)學習、記憶功能與高等動物的海馬腦區(qū)（H 區(qū)）密切相關。

1）在小鼠H 區(qū)的傳入纖維上施加單次強刺激，傳入纖維末梢釋放的________ 作用于突觸后膜的相關受體，突觸后膜出現(xiàn)一個膜電位變化。

2）如果在H 區(qū)的傳入纖維上施加100 次／s、持續(xù)1 s 的強刺激（HFS），在刺激后幾小時之內(nèi)，只要再施加單次強刺激，突觸后膜的電位變化都會比未受過HFS 處理時高2～3 倍，研究者認為是HFS 使H 區(qū)神經(jīng)細胞產(chǎn)生了“記憶”。圖2為這一現(xiàn)象可能的機制。

圖2

①N 受體和A 受體在突觸傳遞中的功能分別是____________。

②請據(jù)圖推測神經(jīng)細胞產(chǎn)生了“記憶”的機理____________。

3）為驗證A 受體胞內(nèi)肽段T 的磷酸化能增強神經(jīng)細胞對刺激的“記憶”這一假設，將T 的磷酸化位點發(fā)生突變的一組小鼠，用HFS 處理H 區(qū)傳入纖維，30 min 后檢測H 區(qū)神經(jīng)細胞突觸后膜A受體能否磷酸化。請評價該實驗方案并加以完善____________。

本題的圖文信息量較大，對學生的“解讀”能力要求很高。“解讀”能力是高階能力考查的重要基礎。根據(jù)需要，筆者對本題進行改編，通過增加設問要求學生全面解讀圖文信息，為高階能力考查搭建臺階，降低思考難度。

由題干可知，題目的研究對象是動物的學習、記憶功能，“學習、記憶功能與高等動物的海馬腦區(qū)（H 區(qū)）密切相關”是已有研究成果，“電刺激實驗”是研究方法。從前2 個小題可獲知的信息是：1）告知本實驗的操作方法是施加刺激后測定突觸后膜的膜電位變化。2）文字信息介紹了如何利用電刺激實驗誘導并檢測到記憶的產(chǎn)生：誘導產(chǎn)生記憶的操作是在H 區(qū)的傳入纖維上施加100 次／s、持續(xù)1 s的強刺激（簡稱HFS），產(chǎn)生“記憶”的標志是在刺激后幾小時之內(nèi)，只要再施加單次強刺激，突觸后膜的電位變化都會比未受過HFS 處理時高2～3 倍。圖2是一個復雜的流程圖，解讀難度較大，需要結合所學知識找到流程的起、止點，再將中間過程解讀到位并理清關系。

學生在解讀題目信息時容易關注細節(jié)而忽略整體。例如，學生能比較輕松地認識到突觸后膜上N 受體和A 受體的功能是結合谷氨酸后通道開放、使Ca2+或Na+進入胞內(nèi)，但是卻難以將二者與“記憶”相聯(lián)系。在教師明確提出“闡述神經(jīng)細胞產(chǎn)生了記憶的機理”這一學習任務時，學生從圖中解讀信息的目的性加強，有意識尋找記憶產(chǎn)生的起、止點及中間過程，這樣才能快速理清思路。記憶產(chǎn)生的起點是HFS 引起的N 受體的通道開放、Ca2+進入胞內(nèi)，之后是胞內(nèi)信號轉導過程，即結合Ca2+的鈣調蛋白使C 酶活化，一方面引起帶有A受體的囊泡運輸?shù)酵挥|后膜，另一方面使膜上A受體磷酸化。至此，似乎已將圖中的信息解讀到位了，但只有將圖中信息與2）文字信息相結合，才知什么是神經(jīng)細胞產(chǎn)生記憶的標志：幾小時內(nèi)再次施加單次強刺激，突觸后膜上大量磷酸化的A受體與谷氨酸結合，大量Na+進入胞內(nèi)，突觸后膜出現(xiàn)高的電位變化。這樣，才真正解釋清楚“記憶”形成的復雜機理（HFS 引起的神經(jīng)元變化見圖3，記憶的檢測見圖4）。

圖3 HFS 引起的神經(jīng)元變化

圖4 電刺激檢測神經(jīng)細胞是否產(chǎn)生“記憶”

由此可見，使題干及圖文信息條理化是“解讀”復雜題目的重點。如此才能把握細節(jié)和整體的關系，既見樹木又見森林。

圖2的信息是“神經(jīng)細胞形成記憶”的可能機制，如何通過實驗證明？ 因為環(huán)節(jié)多，需要系列實驗提供證據(jù)，高考題對這幾個實驗的設計和分析進行分別設問。在此，教師選取最后一個問題：為驗證A 受體胞內(nèi)肽段T 的磷酸化能增強神經(jīng)細胞對刺激的“記憶”機理的假設，研究者設計了實驗，讓學生對此方案進行“評價”并修訂?！霸u價”屬于高階能力要求，需要學生對科學研究的完整流程有清晰的認識。“評價并完善”并不意味原實驗方案一無是處。在教師的引導下，學生意識到，研究者選用T 的磷酸化位點發(fā)生突變小鼠作為實驗組非常恰當，該位點功能喪失后對結果產(chǎn)生的影響能顯示其重要性。在此基礎上，學生就能認識到，突變鼠只能是實驗組，實驗中必須還有T 磷酸化位點未發(fā)生突變的對照組小鼠，這樣才能確定最終2 組的實驗結果差異是由此產(chǎn)生的，從而對實驗方案進行完善。實驗方案還有哪些不足？很多學生難以找到第2 處，原因在于不能結合實驗目的尋找實驗結果的檢測指標。實驗目的是確定T 的磷酸化能增強神經(jīng)細胞對刺激的“記憶”，結果一定要檢驗“記憶”是否實現(xiàn)，所以，需要在用HFS 處理H 區(qū)傳入纖維30 min 后檢測突觸后膜是否出現(xiàn)較高的電位變化。

教師最后總結：設計實驗時需要考慮的問題較多，對思維的挑戰(zhàn)較大，務必根據(jù)實驗目的關注如何控制自變量（實驗組和對照組處理的差別）、如何檢測因變量，此外，還需要針對假設預期結果，考慮由結果推知結論的邏輯是否嚴密。這是“設計”和“評價”能力考查試題的答題要點。

4 能力提升專題復習的經(jīng)驗與效果

4.1 專題復習的教學著力點和效果 復雜新情境下的生物學試題需要學生像科研人員一樣思考問題，圍繞研究課題把握問題提出、實驗設計及結果分析的各個思維環(huán)節(jié)。學生主要是在應對圖文信息量大、思維鏈條長的問題時有困難。教師應通過對研究素材的精細化分析，將復雜問題解構為多個簡單問題，讓學生找到思維切入點，再通過引導使學生有目的地尋找相關信息、將各思維環(huán)節(jié)相聯(lián)系，理清解決問題的思路。進行實例分析后，還需對各能力水平的思維要點進行總結，可讓學生在面對試題中的各層級能力考查時有章可循。

本專題復習后，學生分析生物學科研素材的思維清晰度提高，面對實驗探究類試題時有思路、有方法，學科能力得到明顯提升。

4.2 專題復習效果的鞏固 思維范式形成后，內(nèi)化成思維習慣還需要在平時進行多次鞏固。為學生選用能力要求與高考試題接近的題目進行練習，讓學生通過閱讀科研文獻接觸真實的科研過程，都可讓學生養(yǎng)成良好的思維習慣，提升其學科能力。