創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境 落實(shí)核心素養(yǎng)

楊豪

一、試題呈現(xiàn)

（2023年廣東省高考生物學(xué)第18題）光合作用機(jī)理是作物高產(chǎn)的重要理論基礎(chǔ)。大田常規(guī)栽培時(shí)，水稻野生型（WT）的產(chǎn)量和黃綠葉突變體（ygl）的產(chǎn)量差異不明顯，但在高密度栽培條件下ygl產(chǎn)量更高，其相關(guān)生理特征見(jiàn)下表和圖（略）。（光飽和點(diǎn)：光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加時(shí)的光照強(qiáng)度;光補(bǔ)償點(diǎn)：光合過(guò)程中吸收的CO2與呼吸過(guò)程中釋放的CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度。）（題干略）

二、試題分析

本題依托研究過(guò)程中具體的數(shù)據(jù)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，內(nèi)容主要圍繞光合作用、呼吸作用以及二者之間的關(guān)系展開(kāi)。試題難度總體偏大，區(qū)分度高，設(shè)問(wèn)有層級(jí)性，對(duì)學(xué)生的綜合能力要求比較高，主要涉及信息提取能力、圖文轉(zhuǎn)換能力、提出科學(xué)問(wèn)題的能力以及邏輯推理能力等。

1.立足簡(jiǎn)單問(wèn)題情境，考查學(xué)生生物學(xué)必備知識(shí)。本題第一小問(wèn)，是基于表格數(shù)據(jù)呈現(xiàn)水稻野生型（WT）和黃綠葉突變體（ygl）的基本特征，包括葉綠素含量、類(lèi)胡蘿卜素含量以及類(lèi)胡蘿卜素與葉綠素的比值等信息。考查學(xué)生掌握光合作用必備知識(shí)的情況，葉片中的色素種類(lèi)以及色素主要吸收的可見(jiàn)光種類(lèi)。

2.提供多類(lèi)數(shù)據(jù)信息，考查學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)。本題數(shù)據(jù)信息非常豐富，數(shù)據(jù)信息載體具有多樣性，呈現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的載體有表格、曲線(xiàn)圖、柱形圖以及文字?jǐn)⑹?。其中，第一?wèn)ygl葉色黃綠的原因除了葉綠素含量較低，還有什么原因？原因可以從表格中找到相關(guān)數(shù)據(jù)信息：ygl中類(lèi)胡蘿卜素與葉綠素的比值為0.27，WT中類(lèi)胡蘿卜素與葉綠素的比值為0.15，ygl中該比值比WT中高，問(wèn)題就迎刃而解了。第二問(wèn)第一空是比較WT與ygl的光飽和點(diǎn)，從a圖曲線(xiàn)可以看出500μmolm-2s-1到2000μmolm-2s-1的光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，ygl的凈光合速率較WT更高，與第二問(wèn)題干相符，但是，這是一個(gè)干擾信息。光飽和點(diǎn)指光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加時(shí)的光照強(qiáng)度，題干中有明確信息，光照強(qiáng)度逐漸增加達(dá)到2000μmolm-2s-1時(shí)，兩者凈光合速率都不再隨光照強(qiáng)度的增加而增加，所以?xún)烧叩墓怙柡忘c(diǎn)相等，均為2000μmolm-2s-1。第二問(wèn)第二空是問(wèn)ygl有較高的光補(bǔ)償點(diǎn)，可能的原因除了葉綠素含量較低，還有什么原因？要解決這個(gè)問(wèn)題，要利用好題干中有用的信息，光補(bǔ)償點(diǎn)指光合過(guò)程中吸收的CO2與呼吸過(guò)程中釋放的CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度。還要利用b圖和c圖中的柱形圖，獲取有效的數(shù)據(jù)信息，綜合上述信息，會(huì)發(fā)現(xiàn)ygl葉綠素含量，在低光照強(qiáng)度下光合作用比較弱，呼吸作用又比較強(qiáng)，所以相對(duì)WT來(lái)說(shuō)ygl需要更高的光照強(qiáng)度才能使光合過(guò)程中吸收的CO2與呼吸過(guò)程中釋放的CO2等量。

3.呈現(xiàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)情境，考查學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。本題先創(chuàng)設(shè)了一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情境：大田常規(guī)栽培時(shí)，水稻野生型（WT）的產(chǎn)量和黃綠葉突變體（ygl）的產(chǎn)量差異不明顯，但在高密度栽培條件下ygl產(chǎn)量更高。但又巧妙地說(shuō)明光合作用機(jī)理是作物高產(chǎn)的重要理論基礎(chǔ)，順利過(guò)渡到科學(xué)實(shí)驗(yàn)情境。整個(gè)題目均按照科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室做探究實(shí)驗(yàn)的流程進(jìn)行呈現(xiàn)，有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論等。在第三問(wèn)中讓學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的機(jī)理。與WT相比，ygl葉綠素含量低，高密度栽培條件下，更多的光可到達(dá)下層葉片，且ygl群體的凈光合速率較高，表明該群體對(duì)光能吸收、利用、轉(zhuǎn)化的能力更強(qiáng)，是其高產(chǎn)的原因之一。第四問(wèn)第一空考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的能力以及用曲線(xiàn)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力?？梢岳靡延械臄?shù)據(jù)信息：WT和ygl的光補(bǔ)償點(diǎn)，WT和ygl的呼吸速率，可以繪制出0～50μmol m-2s-1范圍的低光照強(qiáng)度下兩者的凈光合速率趨勢(shì)曲線(xiàn)。第四問(wèn)第二空考查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中提出科學(xué)問(wèn)題的能力，對(duì)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維也有考查。分析圖a和學(xué)生自己繪制的曲線(xiàn)，比較高光照強(qiáng)度和低光照強(qiáng)度條件下WT和ygl的凈光合速率，可以提出一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，如為什么高光照強(qiáng)度下WT的凈光合速率小于ygl的凈光合速率，而低光照強(qiáng)度條件下WT的凈光合速率大于于ygl的凈光合速率？

三、教學(xué)啟示

1.倡導(dǎo)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，厘清生物學(xué)核心概念。比如，人教版新教材高一生物學(xué)第五章第一節(jié)《降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶》，教師可以設(shè)置問(wèn)題串：（1）酶的作用機(jī)理是什么？（2）酶在哪里產(chǎn)生的？（3）酶的化學(xué)本質(zhì)是什么？引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察過(guò)氧化氫分解的實(shí)驗(yàn)得出酶可以降低反應(yīng)所需的活化能。然后，引導(dǎo)學(xué)生閱讀發(fā)現(xiàn)酶的科學(xué)史，綜合巴斯德、畢希納以及薩姆納等科學(xué)家的研究結(jié)論，得出酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)。再結(jié)合科學(xué)家切赫和奧特曼的發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充酶的化學(xué)本質(zhì)還可以是RNA。通過(guò)以上問(wèn)題串的解決，學(xué)生可以很容易建構(gòu)出酶的概念模型。在概念教學(xué)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的持續(xù)建構(gòu)和關(guān)鍵能力的不斷發(fā)展，幫助學(xué)生掌握好生物學(xué)核心概念和必備知識(shí)，打好學(xué)科基礎(chǔ)。

2.創(chuàng)設(shè)復(fù)雜問(wèn)題情境，培養(yǎng)信息提取能力。教師應(yīng)關(guān)注生物學(xué)研究前沿和社會(huì)熱點(diǎn)，將這些實(shí)例作為材料引入生物學(xué)教學(xué)中，無(wú)論生活實(shí)踐類(lèi)情境還是學(xué)習(xí)探索類(lèi)情境，都應(yīng)該隱含復(fù)雜的生物學(xué)知識(shí)或者方法，推動(dòng)相應(yīng)情境活動(dòng)進(jìn)行時(shí)，需要學(xué)生閱讀材料、獨(dú)立思考和有效解讀生物學(xué)信息。比如，在光合作用一節(jié)內(nèi)容的講授時(shí)可以引入以下材料：（1）海南大學(xué)教授萬(wàn)迎朗及其團(tuán)隊(duì)在海南東寨港國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)紅樹(shù)林和文昌市云龍灣珊瑚礁中，發(fā)現(xiàn)白邊側(cè)足海天牛和絨毛海天牛2個(gè)新記錄物種。海天牛通過(guò)取食藻類(lèi)，將藻類(lèi)葉綠體存放在自身的細(xì)胞中繼續(xù)進(jìn)行光合作用。（2）科學(xué)家用提取菠菜類(lèi)囊體制成納米級(jí)類(lèi)囊體單元，用小鼠軟骨細(xì)胞膜進(jìn)行封裝，注射到患有關(guān)節(jié)炎的小鼠膝關(guān)節(jié)，用來(lái)治療小鼠關(guān)節(jié)炎疾病，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)光照后，細(xì)胞內(nèi)代謝得到了改善，軟骨退化減緩。

3.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，注重科學(xué)探究過(guò)程。高中生物學(xué)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)類(lèi)型有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)，以探究性實(shí)驗(yàn)為主。教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)可以拓展實(shí)驗(yàn)材料和試劑，如質(zhì)壁分離與復(fù)原的實(shí)驗(yàn)可以提供洋蔥鱗片葉外表皮、洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮以及黑藻葉片等材料，實(shí)驗(yàn)試劑可以提供0.3g/mL蔗糖溶液、清水、甘油、1mol/L硝酸鉀溶液等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)應(yīng)具有真實(shí)性，讓學(xué)生親歷觀察現(xiàn)象、提出問(wèn)題、作出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)收集和結(jié)論分析等過(guò)程，幫助學(xué)生對(duì)生物學(xué)知識(shí)進(jìn)行深入理解，加強(qiáng)體驗(yàn)感并調(diào)動(dòng)積極性，提高動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)情境中任務(wù)要具有層級(jí)性，要求學(xué)生關(guān)聯(lián)相應(yīng)的生物學(xué)知識(shí)，綜合各方面的關(guān)鍵能力，注重科學(xué)思維方法的培養(yǎng)，凸顯生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的融合，從而，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)綜合、全面的提升。

責(zé)任編輯 徐國(guó)堅(jiān)