基于讀圖的生物學(xué)專業(yè)能力考核改革與實踐

馬曉焉， 陳振婭， 霍毅欣

(北京理工大學(xué) 生命學(xué)院 分子醫(yī)學(xué)與生物診療工業(yè)和信息化部重點實驗室， 北京 100081)

生物學(xué)是一門理論與實踐緊密結(jié)合的實驗性科學(xué)，其一般性技術(shù)路線包括生物學(xué)現(xiàn)象的觀察、科學(xué)問題的提煉、理論假設(shè)的提出、試驗方案的制定、生物指標的檢測、試驗結(jié)果的分析，以及研究結(jié)論的凝練。實施這一路線特別強調(diào)三個方面的能力：第一是信息提取能力。生物學(xué)研究涉及的信息類型眾多，除常見的圖表類信息外，還包括序列、結(jié)構(gòu)、照片、影像等，這要求從業(yè)者能夠快速準確地從繁雜的數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息，從而為前提假設(shè)的提出，主導(dǎo)原因的判定，實驗結(jié)論的歸納等提供依據(jù)。第二是邏輯思維分析能力。生物學(xué)涉及多種法則，各種生命活動都遵循一定的因果規(guī)律，但由于生物系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性，表觀現(xiàn)象往往是多重因果關(guān)系的級聯(lián)或共同作用，并往往伴隨多種干擾因素，只有科學(xué)應(yīng)用生物學(xué)邏輯思維進行逐層剖析，才能透過現(xiàn)象看清本質(zhì)。第三是生物學(xué)理論的應(yīng)用能力。當前的生物學(xué)早已突破基礎(chǔ)研究的范疇，擴展出涵蓋農(nóng)業(yè)、化工、食品、環(huán)保等多個應(yīng)用領(lǐng)域的分支學(xué)科，旨在解決實際的工程應(yīng)用問題，這要求從業(yè)者能夠靈活運用科學(xué)理論指導(dǎo)實踐，進行知識融合與技術(shù)集成。

盡管生物學(xué)相關(guān)學(xué)科對上述能力的要求越發(fā)提升，相當一部分生物類專業(yè)本科生的能力水平仍與預(yù)期存在較大差距，并集中反映在研究生階段的科研工作中。在信息提取方面，主要存在的問題包括：(1)缺乏觀察的條理性。該問題集中反映在數(shù)據(jù)圖的解讀過程中，許多學(xué)生沒有養(yǎng)成由總體到局部，由對照到處理的讀圖習(xí)慣，導(dǎo)致過多關(guān)注個別數(shù)據(jù)而忽略總體趨勢，或者因沒有參比對照而得出錯誤結(jié)論。(2)認知理解能力不足。該問題主要體現(xiàn)在對生物學(xué)抽象概念(如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、分子機器的作用機制)的認知方面，許多學(xué)生沒有掌握通過類比日常經(jīng)驗來輔助理解抽象事物的技巧，對抽象概念的理解停留于表面，甚至形成錯誤的認知，阻礙了對專業(yè)知識的融會貫通。在邏輯思維方面，主要問題包括：(1)思維條理性不足。存在邏輯跳步、顛倒、錯亂等問題，導(dǎo)致在分析實驗現(xiàn)象時無法根據(jù)生物學(xué)原理區(qū)分主次因素梳理出完整的因果鏈條；遇到異常試驗結(jié)果時，難以根據(jù)現(xiàn)象反推原因，只能通過隨機試錯尋求問題的解決方案。(2)思維零散化、片面化。思考問題不全面、不系統(tǒng)，無法進行有效的歸納，對研究結(jié)論的總結(jié)往往不全面、不客觀、不準確。在理論應(yīng)用方面，主要短板是對實際問題的剖析不透徹?，F(xiàn)實應(yīng)用中所涉及的因素往往比理論的適用條件更加復(fù)雜，對問題的理解程度直接決定理論的應(yīng)用效果，只有根據(jù)實際情況抽提出主要矛盾，才能正確選擇理論指導(dǎo)問題的解決。否則就會出現(xiàn)理論與實際的脫離，遇到與書本案例不盡相同的應(yīng)用問題便會頭腦空白。

隨著生物學(xué)從業(yè)者職業(yè)標準的不斷提高，生物學(xué)高級專業(yè)人才的選拔亟需開展對上述問題的全面考查。傳統(tǒng)的生物科目考試以理論性、概念性、原理性的知識點類考題為主，主要強調(diào)內(nèi)容記憶。雖然能夠選拔出知識掌握相對熟練的考生，但也不乏依靠死記硬背取得高分而專業(yè)能力存在顯著短板的考生，難以全面反映受試者在信息提取、邏輯思維和理論應(yīng)用方面的真實能力。因此，在強調(diào)教學(xué)方法改革的同時，也應(yīng)同步開展課程考核及人才選拔方式的改革探索，針對上述能力開展考題改革與創(chuàng)新迫在眉睫[1-2]。以圖示替代文字的讀圖型問答題為評估上述能力提供了一種理想方式。

1 讀圖型問答題的特點及設(shè)計原則

不同于常見的文字型問答題，讀圖型問答題以圖片為題干，圖片內(nèi)容可以是數(shù)據(jù)規(guī)律的展示、試驗方法的說明、機理概念的圖解、工程策略的設(shè)計等，受試者需要讀懂圖片內(nèi)容，并基于所提供的信息回答問題?？梢笫茉囌哂梦淖株U述圖示的機理、方法或策略，也可要求受試者根據(jù)圖示原理設(shè)計應(yīng)用問題的解決方案。在解決問題的過程中，受試者需要：(1)整體瀏覽，把握圖片考查的學(xué)科主題；(2)信息轉(zhuǎn)換，將圖中元素轉(zhuǎn)化為明確的生物學(xué)概念并梳理其邏輯關(guān)系；(3)調(diào)動知識，解讀圖示的生物學(xué)過程；(4)推理想象，挖掘隱藏的關(guān)鍵線索；(5)信息加工，提煉圖示生物過程的規(guī)律；(6)剖析問題，認清題目的考查目的及其與題干的關(guān)系；(7)思維拓展，將圖示規(guī)律應(yīng)用于新問題的解決。由此可見，該題型可同時考查受試者的信息提取、邏輯分析和理論應(yīng)用能力，避免了單純的知識記憶對真實專業(yè)能力的掩蓋，直指受試者的專業(yè)素養(yǎng)。相比之下，傳統(tǒng)的問答題普遍是對知識點的羅列式考查，即使是實驗設(shè)計類考題，也無法完全覆蓋上述3種專業(yè)能力。因此，讀圖型問答題是一種更適合于當下生物類人才選拔的試題形式。

讀圖類試題的圖片素材可取自學(xué)術(shù)論文、專業(yè)教材、發(fā)明專利等具有可信度的科學(xué)資料，命題人需要根據(jù)考查目標對圖片進行調(diào)整，最終的考試用圖需符合以下標準。首先是科學(xué)性，圖中生物分子、細胞形態(tài)等元素的組成及結(jié)構(gòu)要準確無誤，圖示信息不能與生物學(xué)常識相悖，對假說及缺乏試驗證據(jù)的圖片需謹慎使用；其次是信息的完整性，圖片應(yīng)配備相應(yīng)的背景說明文字，圖中所有元素都應(yīng)完整標注指代對象，對關(guān)鍵步驟，建議在題干中加注文字補充；最后是圖片的可讀性，當前的學(xué)術(shù)資料圖多以顏色進行不同元素或?qū)嶒灲M的區(qū)分，而試卷印刷圖片以黑白為主，因此，需要將顏色轉(zhuǎn)化為可分辨的灰度、形狀或填充樣式。對包含多個圖片的組圖，還要保證同一元素展示方式的統(tǒng)一。另外，問題的設(shè)置也應(yīng)有據(jù)可依，不應(yīng)超出圖示內(nèi)容和課程大綱所覆蓋的知識范圍，受試者基于對圖片的理解及合理分析即可獲得解題的全部信息。

2 案例分析

在此，本文將以3個案例分別說明描述型、推理型和應(yīng)用型三類讀圖型問答題對專業(yè)知識和能力的考查方式。

案例1：密碼子擴展是近年來興起的一項新技術(shù)，它通過人工改造手段將天然的密碼子重新分配給20種蛋白質(zhì)氨基酸之外的其他氨基酸，使這類氨基酸能夠參與肽鏈合成，從而賦予蛋白質(zhì)新的功能特性。實施密碼子擴展需要對菌株及目標蛋白的編碼基因進行改造，圖1展示了將野生型大腸桿菌改造為可用于密碼子擴展的宿主菌株的過程[3]，請參照該圖，描述密碼子擴展的原理、過程，以及各個改造環(huán)節(jié)的意義。圖中RF指代釋放因子(Release Factor)，符號Δ代表基因敲除。

圖1 密碼子擴展中對宿主菌株和目標序列的改造Figure 1 Engineering of host strain and the sequence of interest in codon expansion

本試題為描述型讀圖題，屬于分子生物學(xué)范疇，考查了對翻譯過程的理解，涉及遺傳密碼子、tRNA氨?；?、核糖體工作機制、翻譯終止等知識點。題干文字說明了本題的應(yīng)用背景，圖1中3幅圖片從左至右依次展示了野生型菌株的終止密碼子識別與翻譯終止機制、對宿主菌株終止密碼子和釋放因子的改造、終止密碼子的重分配及對編碼基因的改造過程。在解題過程中，受試者需要分析每項工程改造的生物學(xué)依據(jù)，如為何選擇終止密碼子UAG作為改造對象，為何刪除釋放因子RF1而非RF2等。在此基礎(chǔ)上，需要進行一定的理論推理以填補圖中未展示的改造步驟，如通過改造哪些翻譯元件可使終止密碼子被tRNA識別，并使該tRNA與非蛋白質(zhì)氨基酸發(fā)生氨?；磻?yīng)。最后，受試者還需以科學(xué)準確的文字，按照清晰的邏輯描述整個密碼子擴展過程。具體得分點包括：(1)明確原理。終止密碼子UAG是包括大腸桿菌在內(nèi)的多數(shù)細菌中使用頻率最低的密碼子，因此，對該密碼子進行編碼功能的重分配可最小化對自身基因表達的干擾。(2)闡述翻譯終止機制。圖1(a)顯示了細菌中mRNA的翻譯終止機制，UAG、UAA和UGA均為終止密碼子，其中釋放因子RF1負責(zé)識別UAG和UAA，釋放因子RF2識別UGA，同時也能識別UAA，當核糖體移動至終止密碼子UAG處時，釋放因子RF1識別UAG并與核糖體(A位)結(jié)合，促使肽鏈釋放。(3)闡明圖示的菌株改造方法及其意義。為實現(xiàn)密碼子擴展，需要刪除菌株的釋放因子RF1，使UAG喪失終止功能以被用于氨基酸編碼，同時，刪除RF1也防止了攜帶UAG密碼子的目標蛋白編碼基因被提前終止；其次，需要將菌株基因組中的所有終止密碼子UAG替換為UAA或UGA，使得原本以UAG為終止密碼子的基因得以正常終止翻譯；最后，為實現(xiàn)UAG編碼，還需對相應(yīng)的翻譯元件進行改造，包括將tRNA的反密碼子改造為CUA以進行UAG識別，以及構(gòu)建能夠識別目標氨基酸和tRNA的氨酰tRNA合成酶。完成上述改造后，只需在目標蛋白質(zhì)的編碼基因中引入UAG密碼子，即可被改造后的翻譯系統(tǒng)自動識別并在肽鏈中加入目標氨基酸。

案例2：基因線路是由不同功能的生物分子和基因元件組成的自動控制裝置，通過在活細胞中感受、整合和處理分子信號，行使特定的生物功能[4]。邏輯門是一種基本的基因線路，可執(zhí)行類似于布爾邏輯中的“與”“或”“非”等運算。圖2分別展示了一種“非”門[圖2(a)]和“或”門[圖2(b)]的基因線路構(gòu)架方式[5]，A和B代表兩種輸入信號，啟動子的轉(zhuǎn)錄(以P表示)表征信號輸出，表中“0”代表無信號，“1”代表有信號。請參照“非”門和“或”門的構(gòu)架方式，設(shè)計一種“異或”門[圖2(c)]基因線路，實現(xiàn)表中所示運算。

(a)“非”門；(b)“或”門；(c)“異或”門。圖2 邏輯門基因線路Figure 2 Logic gate gene circuits

本試題為推理型讀圖題，以合成生物學(xué)中的基因線路為素材，考查分子生物學(xué)和微生物學(xué)中基因轉(zhuǎn)錄的相關(guān)內(nèi)容。測試了受試者對轉(zhuǎn)錄元件、RNA聚合酶結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄起始、轉(zhuǎn)錄激活和轉(zhuǎn)錄抑制過程的掌握程度，重點考查了對轉(zhuǎn)錄調(diào)控中阻遏蛋白和激活因子作用機制的理解。受試者需要以邏輯思維重新理解分子生物學(xué)過程。如圖2(a)所示，轉(zhuǎn)錄負調(diào)控本質(zhì)上是一個“非”門，轉(zhuǎn)錄因子A(阻遏蛋白)的出現(xiàn)會阻止RNA聚合酶對啟動子的轉(zhuǎn)錄，致使下游基因無法表達，即信號A出現(xiàn)時，系統(tǒng)不產(chǎn)生輸出信號，反之則產(chǎn)生信號。而作用于同一靶標的多個轉(zhuǎn)錄正調(diào)控可以理解為“或”運算，如圖2(b)所示，轉(zhuǎn)錄因子A和B均能與RNA聚合酶的α亞基發(fā)生相互作用，從而激活RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄，只有當其中的至少一個轉(zhuǎn)錄因子出現(xiàn)在啟動子上游的結(jié)合位點時，下游的轉(zhuǎn)錄才能開啟，即系統(tǒng)輸出信號的產(chǎn)生依賴于信號A、B中的任意一個，A和B的同時出現(xiàn)也能誘導(dǎo)信號輸出，只有在A和B都不出現(xiàn)時，信號輸出才被終止。

本題將教科書中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式圖轉(zhuǎn)化為邏輯運算圖表，首先考驗受試者對轉(zhuǎn)錄調(diào)控本質(zhì)的理解，通過對知識的融會貫通，建立轉(zhuǎn)錄調(diào)控與邏輯運算的聯(lián)系。其次考驗了信息的總結(jié)提取能力，即通過分析案例中的兩類邏輯門線路，歸納出轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點的位置是決定邏輯運算類型的關(guān)鍵。當結(jié)合位點處于啟動子內(nèi)部時，轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮阻遏作用，產(chǎn)生“非”運算，當多個結(jié)合位點處于啟動子上游時，轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮激活作用，產(chǎn)生“或”運算。本題重點考驗了邏輯分析能力，受試者需要根據(jù)“異或”門真值表推斷該邏輯門的工作方式，即僅當A和B中有一個輸入時，系統(tǒng)才有輸出信號，而A和B同時出現(xiàn)時，系統(tǒng)反而不產(chǎn)生輸出信號。由此可見，“異或”門可在一定程度上看作“非”門和“或”門的疊加。在理解基因線路原理和各類元件功能的基礎(chǔ)上，受試者需要自行設(shè)計“異或”門的基因線路，在此特別考查了受試者的圖示能力，如何用圖畫闡明設(shè)計思路，達到清晰簡明、要素齊全、標注準確、排版美觀的目標是評估受試者科研潛力的一項重要指標。本題的參考答案見圖2(c)。

案例3：圖3所示的是谷氨酸棒桿菌的分支氨基酸生物合成途徑[6-7]。其中斜體字表示基因名稱，括號中的縮寫表示酶的名稱。虛線和灰色線條分別表示反饋抑制和轉(zhuǎn)錄衰減作用?，F(xiàn)要將谷氨酸棒桿菌改造成為一株L-亮氨酸高產(chǎn)菌，請設(shè)計至少3種改造方案。圖3中縮寫分別代表：TDH蘇氨酸脫水酶，AHAS乙酰乳酸合酶，AHAIR乙酰乳酸異構(gòu)還原酶，AK天冬氨酸激酶，ASADH天冬氨酸半醛脫氫酶，BCAT分支氨基酸轉(zhuǎn)氨酶，DHAD二羥酸脫水酶，HDH高絲氨酸脫氫酶，HK高絲氨酸激酶，IPMD異丙基蘋果酸脫氫酶，IPMI蘋果酸異丙酯異構(gòu)酶，IPMS異丙基蘋果酸合酶，TDH蘇氨酸脫水酶，TrAT酪氨酸抑制型轉(zhuǎn)氨酶。

圖3 分支氨基酸的生物合成途徑Figure 3 Biosynthetic pathway for branched-chain amino acid

本試題為應(yīng)用型讀圖題，屬于生物化學(xué)的范疇。以氨基酸合成途徑為例，考查了對生化過程及其調(diào)控的理解。該題并不依賴于對分支氨基酸合成途徑的記憶，而是考查對合成途徑構(gòu)架的解析，受試者需要以模塊化思維拆解這一合成途徑?？傮w上，該途徑由前體供應(yīng)和3條合成途徑構(gòu)成，其中糖酵解途徑為3種分支氨基酸的合成提供了共同前體丙酮酸，此后合成途徑分為兩支：一支與L-蘇氨酸的脫氨產(chǎn)物2-酮丁酸共同合成L-異亮氨酸；另一支路產(chǎn)生L-纈氨酸和L-亮氨酸。這一支路在生成酮異戊酸后再次分為兩支，其中一支經(jīng)一步轉(zhuǎn)化生成L-纈氨酸；另一支經(jīng)三步轉(zhuǎn)化生成L-亮氨酸。由此可見，3種分支氨基酸的合成之間既相互依附又相互競爭，丙酮酸和酮異戊酸均是代謝流的競爭節(jié)點。進一步分析合成途徑的催化酶可發(fā)現(xiàn)，L-異亮氨酸和L-纈氨酸共享ilvCDE編碼的3種催化酶，即這3種酶可以識別不同底物，將2-乙酰-2-羥基丁酸或乙酰乳酸分別轉(zhuǎn)化為L-異亮氨酸或L-纈氨酸。除合成步驟外，圖3中還顯示了調(diào)控關(guān)系這一關(guān)鍵信息，3種氨基酸均對合成途徑中的關(guān)鍵酶產(chǎn)生不同形式的負調(diào)控作用。最后，3種氨基酸還可被不同的轉(zhuǎn)運蛋白吸收或外排出細胞。

上述分析重點考查了受試者對生化過程和調(diào)控的理解，在讀懂、讀透題圖的基礎(chǔ)上，受試者需要活學(xué)活用，提出促進L-亮氨酸合成的策略。具有較強專業(yè)能力的受試者可以提出如下幾類策略：(1)“開源”策略。通過過表達糖酵解合成途徑來加快葡萄糖向丙酮酸的轉(zhuǎn)化，為分支氨基酸的合成提供充足前體，以及過表達leuABCD和tyrB，驅(qū)動酮異戊酸投入L-亮氨酸的合成。(2)“節(jié)流”策略。即削弱競爭分支途徑，減少L-亮氨酸前體的額外消耗，如對丙氨酸向L-異亮氨酸的分流途徑，可通過敲低或敲除ilvA來減少AHAS酶的催化底物，從而抑制丙酮酸向2-乙酰-2-羥基丁酸的轉(zhuǎn)化，使更多的丙酮酸分配至乙酰乳酸的合成。同時，因L-異亮氨酸的前體供應(yīng)被阻斷，可在此基礎(chǔ)上過表達ilvCD，強化乙酰乳酸到酮異戊酸的轉(zhuǎn)化。(3)解除反饋抑制?？赏ㄟ^對AHAS、IPMS、DHAD等受L-亮氨酸調(diào)控的催化酶實施蛋白質(zhì)工程，削弱變構(gòu)效應(yīng)，對AHAS和IPMS的轉(zhuǎn)錄衰減作用，可直接刪除基因上游的衰減子。(4)轉(zhuǎn)運調(diào)控。該策略的主要目的是降低產(chǎn)物L(fēng)-亮氨酸在胞內(nèi)的累積，促使酶促反應(yīng)向生成L-亮氨酸的方向進行，可通過過表達brnFE或敲除brnQ實現(xiàn)。

由此可見，本題特別強調(diào)受試者的思維條理性和全局觀。表面上針對氨基酸合成途徑進行考查，實則評估了受試者對生化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、代謝資源分配、轉(zhuǎn)錄衰減、變構(gòu)調(diào)節(jié)、酶促反應(yīng)平衡等方面的理解。因此，單純記憶合成途徑中化合物及酶的組成對解答本題并無直接幫助，信息的提取歸納、因果關(guān)系的邏輯梳理、專業(yè)理論的靈活運用才是得分制勝的關(guān)鍵，這也正是讀圖型問答題的優(yōu)勢所在。

3 實施效果

為探究讀圖型問答題的實際考核效果，在分子生物學(xué)的本科課程考試中加入了包括案例一在內(nèi)的讀圖型問答題。受試者為雙一流大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)大三年級本科生，總?cè)藬?shù)23人，男、女比例15∶8。試卷針對分子生物學(xué)中的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯3大模塊，對同類知識點分別設(shè)置了名詞解釋題、基礎(chǔ)型問答題和讀圖型問答題3類題目，其中前兩類題型主要考查對基本概念的記憶熟練度，而讀圖型型問答題更側(cè)重專業(yè)能力考查。名詞解釋題共10小題，每個小題2分，總分20分。兩類問答題共8小題，每題10分，總分80分。成績分析表明，讀圖型問答題在實際考核中表現(xiàn)出優(yōu)秀的成績區(qū)分度，實際得分區(qū)間為2～9分，平均5.6分，總體近似正態(tài)分布[圖4(a)]。以滿分的90%、80%和60%劃分優(yōu)秀、良好和及格分數(shù)線，達到優(yōu)秀的人數(shù)比例為4%，良好為17%，及格為26%，不及格為52%。相比之下，同一試卷中基礎(chǔ)型問答題的得分并不符合正態(tài)分布[圖4(b)]，分數(shù)超過良好的人數(shù)比例達到43%，滿分人數(shù)比例達到22%，顯然無法有效拉開差距。關(guān)聯(lián)分析表明，讀圖型問答題與基礎(chǔ)型問答題的得分并無強相關(guān)性[圖4(c)]，與名詞解釋這類概念記憶題無顯著相關(guān)性[圖4(d)]，而基礎(chǔ)型問答題與名詞解釋題的成績顯著關(guān)聯(lián)[圖4(e)]，這表明基礎(chǔ)型問答題和名詞解釋題得分較高的學(xué)生，在讀圖型問答題中并不一定能取得相應(yīng)的分數(shù)層次。具體的，在基礎(chǔ)型問答題中取得滿分的考生中，僅4%的考生在讀圖題中取得優(yōu)秀等級，40%在讀圖題中未達到及格線；在名詞解釋中取得優(yōu)秀等級的考生中，僅10%在讀圖題中達到優(yōu)秀等級，30%達到良好等級，超半數(shù)考生未達到讀圖題及格線；而對讀圖題中達到良好以上分數(shù)線的考生，80%在基礎(chǔ)型問答題和名詞解釋題中取得優(yōu)秀等級。以上試題成績關(guān)系表明，基礎(chǔ)型問答題與名詞解釋題考查的方面基本一致，均針對知識記憶的熟練度，而讀圖型問答題顯著有別于這類傳統(tǒng)題型，更側(cè)重于對專業(yè)思維能力的考查，可以有效淘汰僅記憶了生物學(xué)概念的字面含義，而非真正理解其機制原理的“記憶型”考生。后續(xù)問調(diào)表明，考生普遍認可讀圖型問答題的新穎性并表現(xiàn)出較高的接受度。過半考生表示該題型調(diào)動了邏輯思維、知識聯(lián)想、信息歸納等方面的能力，部分考生認為解題過程具有趣味性和靈活性，激發(fā)了深入學(xué)習(xí)生物科學(xué)的興趣，同時，也有少部分考生表示此類問答題不如文字型問答題易懂，答題過程不知從何下手，只能列舉已記憶的相關(guān)知識點。對答題情況較好的學(xué)生進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生具有參加科研項目或科研競賽的經(jīng)歷，已接受過基本的科研訓(xùn)練，養(yǎng)成了一定的科研思維和文獻閱讀習(xí)慣，部分學(xué)生的科研項目已取得了豐碩的成果，表現(xiàn)出獨立從事科學(xué)研究的潛力。由此可見，讀圖型問答題能夠更加真實地反映受試者的專業(yè)素養(yǎng)，從而為考核評價及人才選拔提供更具價值的參考。經(jīng)應(yīng)用效果的檢驗，其他生物類課程的授課教師也對該題型給予了高度認可，并表示將在生物化學(xué)、細胞生物學(xué)、微生物學(xué)等學(xué)科的教學(xué)考核及人才選拔中加入更多的“讀圖”元素。因此，經(jīng)過實踐、考生與同行教師的多方驗證評定，讀圖型問答題可以有效應(yīng)對生物學(xué)學(xué)科對信息提取、邏輯分析和理論應(yīng)用三個方面的能力要求，有助于推動生物學(xué)專業(yè)人才選拔方法的升級優(yōu)化，為生物學(xué)高端教育質(zhì)量提供保障。

(a)讀圖型問答題分數(shù)分布；(b)基礎(chǔ)型問答題分數(shù)分布；(c)(d)讀圖型問答題與基礎(chǔ)型問答題或名詞解釋題得分的相關(guān)性；(e)基礎(chǔ)型問答題與名詞解釋題得分的相關(guān)性。P<0.05表示顯著；P<0.01表示極顯著。圖4 成績分析Figure 4 Score analysis

4 教學(xué)方式思考

讀圖型問答題的作答情況表明，當前我國的生物學(xué)教育在思維訓(xùn)練和專業(yè)能力培養(yǎng)方面還存在不足，課程教學(xué)仍未完全擺脫灌輸為主的教學(xué)模式，導(dǎo)致部分學(xué)生仍將生物學(xué)看作一門記憶型學(xué)科，從而忽略了對信息提取、邏輯思維和理論應(yīng)用能力的培養(yǎng)。當考題忠實于課本內(nèi)容時，普遍能夠取得滿意的分數(shù)，而一旦考題擺脫原始教學(xué)材料，作答情況便急轉(zhuǎn)直下。因此，生物學(xué)教學(xué)方式的探索仍然任重道遠。針對專業(yè)能力的培養(yǎng)，筆者建議在日常教學(xué)中貫徹從理論本質(zhì)出發(fā)的剖析式、推理式及啟發(fā)式教學(xué)方法，結(jié)合本文提出的“讀圖”思路，可借鑒的措施包括：(1)以圖示代替文字進行專業(yè)理論教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生從圖中抽提理論知識，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身理解將圖示內(nèi)容轉(zhuǎn)化為文字描述，培養(yǎng)學(xué)生的信息提取和歸納總結(jié)能力；(2)以經(jīng)典文獻作為教學(xué)材料，通過解釋研究背景、研究思路、研究方法、實驗原理等引導(dǎo)學(xué)生讀懂其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)圖，并鼓勵學(xué)生從數(shù)據(jù)圖中進行規(guī)律總結(jié)和結(jié)論推導(dǎo)，培養(yǎng)邏輯思維能力；(3)將讀圖問答訓(xùn)練引入日常教學(xué)檢驗，鞏固學(xué)生的專業(yè)知識，進一步加強對生物學(xué)概念的理解；(4)將讀圖拓展至作圖，引導(dǎo)學(xué)生以設(shè)計圖、流程圖、技術(shù)路線圖等形式給出應(yīng)用問題的圖示解決方案，全面強化歸納總結(jié)、邏輯思維，以及理論應(yīng)用能力。在訓(xùn)練量達到一定程度后，可參照問題導(dǎo)向的教學(xué)模式[8]，引領(lǐng)學(xué)生基于已掌握的知識和方法，運用科學(xué)思維獨立設(shè)計研究方案，在方案討論和完善中進一步拔高理論水平和專業(yè)能力[9-10]。

5 總結(jié)

讀圖型問答題針對當前我國生物學(xué)領(lǐng)域從業(yè)者普遍存在的問題，瞄準信息提取、邏輯思維和理論應(yīng)用方面進行綜合考查，為真實專業(yè)能力的評估提供了新手段，有助于推動生物學(xué)專業(yè)人才選拔方式與時俱進和升級優(yōu)化，為生物學(xué)高端教育質(zhì)量提供保障。該題型設(shè)計資料來源廣泛，方式靈活多變，適用于任何生物學(xué)分支門類。在實際應(yīng)用中可有效填補傳統(tǒng)型試題對綜合能力考查的不足，展現(xiàn)出良好的成績區(qū)分度。同時，該題型可真實反映學(xué)生對專業(yè)知識的掌握程度，對評價教學(xué)質(zhì)量、發(fā)現(xiàn)教學(xué)不足，以及推動教學(xué)改革也具有積極的參考意義。