“問題支架”在解答原因分析題中的應用

黃曉蕓

(福建省龍巖第一中學)

支架式教學源于建構主義教學理論,是指依據“最近發展區”理論,在學習者學習的過程中搭建恰當的支架,幫助學習者自主地、循序漸進地構建知識,從而順利完成學習目標。支架的表現形式多種多樣,如問題支架、圖表支架、情境支架、實驗支架等,其中問題支架是教學中最常見的一種形式。它是指學習者在進行某一主題的學習時,教師圍繞一定的學習目標,依據一定的邏輯,精心設置一系列的問題,利用問題支架進行教學,將一個大問題拆分成若干個小問題,引導學生層層深入地進行思考,使學習的邏輯思維得到提升,從而構建完整的邏輯思維體系。

原因分析題是指要求考生解釋原因、闡明機制、表述觀點的一類主觀題。該類試題通常利用生物學科學史、與生物學相關的實驗研究、與生物學相關的生產生活實踐等創設真實的問題情境,要求考生依據題干所提供的信息,結合所學的生物學知識解釋現象產生的原因,闡明自己的判斷或觀點。該類試題要求學生有嚴謹的邏輯思維和較好的語言表達能力,能較好地考查學生生物學核心素養,區分度高,具有較好的選拔性,是各地高考試題中常見的試題類型。筆者在實際教學中發現,學生在解答該類題目時由于無法準確把握知識點之間的邏輯性,而出現“思維跳躍、會而不全、作答缺步”的現象。針對這一情況,筆者嘗試利用“問題支架”幫助學生厘清知識的邏輯關系,進行完整的推理。

1.原因分析題的解題策略

1.1 順向思維,層層推進

順向思維的解題過程是從題干提供的條件(或者現象)入手,設置一系列問題支架進行連續追問,直至與題目所給的結果(或結論)建立聯系。其解題流程如圖1所示:

圖1

【例1】(2023年·廣東卷·17題節選)放射性心臟損傷是由電離輻射誘導的大量心肌細胞凋亡產生的心臟疾病。一項新的研究表明,circRNA可以通過miRNA調控P基因表達進而影響細胞凋亡,調控機制見圖2。miRNA是細胞內一種單鏈小分子RNA,可與mRNA靶向結合并使其降解。circRNA是細胞內一種閉合環狀RNA,可靶向結合miRNA使其不能與mRNA結合,從而提高mRNA的翻譯水平。

圖2

(3)據圖分析,miRNA表達量升高可影響細胞凋亡,其可能的原因是_______________________。

【解題思路】以題干中的條件“miRNA表達量升高”為起始條件搭建問題支架進行連續追問,直到與題干結果“細胞凋亡”建立聯系。具體解題思路如表1:

表1

通過搭建上述問題支架,將題干所給條件“miRNA表達量升高”與結果“細胞凋亡”建立了聯系。對上述問題支架的解答進行整理,即可得出本題答案。

【參考答案】P蛋白能抑制細胞凋亡,miRNA表達量升高,更多miRNA可與P基因mRNA靶向結合,使P基因mRNA降解率升高,導致合成的P蛋白減少,無法抑制細胞凋亡

1.2 逆向推導,追根溯源

逆向推導的解題過程是以題干提供的現象(或者結論)為起點,逆向思維,搭建的問題支架環環相扣,直至與題干提供的條件相聯系,再正向整理答案。其解題流程如圖3所示:

圖3

【例2】(2023年·全國乙卷·29題節選)植物的氣孔由葉表皮上兩個具有特定結構的保衛細胞構成。保衛細胞吸水體積膨大時氣孔打開,反之關閉。保衛細胞含有葉綠體,在光下可進行光合作用。已知藍光可作為一種信號促進保衛細胞逆濃度梯度吸收K+。有研究發現,用飽和紅光(只用紅光照射時,植物達到最大光合速率所需的紅光強度)照射某植物葉片時,氣孔開度可達最大開度的60%左右?；卮鹣铝袉栴}。

(2)紅光可通過光合作用促進氣孔開放,其原因是______________________________。

【解題思路】找出題干的結果“氣孔開放”,采用逆向思維進行推理。具體解題思路如表2:

表2

問題支架搭建至此,將題干的結果“氣孔開放”與條件“紅光”建立相聯系。對上述問題支架的解答進行整理,即可得出本題答案。

【參考答案】紅光下,保衛細胞進行光合作用合成有機物使保衛細胞溶質濃度增大,保衛細胞吸水體積膨大,氣孔開放

1.3 雙向并進,尋找交點

當正向思維和逆向推導都無法單獨解決問題時,可采用正向、逆向同時并進的方式。解題過程為了從題干中找出條件和結果,同時正向、逆向搭建支架,直至找到它們的相交點,再將問題串的答案進行正向梳理。

【例3】(2021年·全國甲卷·29題節選)植物的根細胞可以通過不同方式吸收外界溶液中的K+?；卮鹣铝袉栴}:

(3)細胞外的K+可以通過載體蛋白逆濃度梯度進入植物的根細胞。在呼吸抑制劑的條件下,根細胞對K+的吸收速率降低,原因是________________________________________。

【解題思路】一方面抓住題干中的條件——“呼吸抑制劑”,搭建問題支架進行正向追問;另一方面,從題干中的結果——“根對K+的吸收速率降低”搭建問題支架進行逆向推理,直至找到兩者的相交點。具體解題思路如表3、表4:

表4 逆向推理過程

通過正向追問和逆向推理,找到兩者的交匯點——能量,由此將題干中的條件與結果建立聯系。對上述問題串的答案進行整理,得出本題的答案。

【參考答案】細胞逆濃度梯度吸收K+是主動運輸的過程,需要能量,呼吸抑制劑會影響細胞呼吸供能,故使細胞主動運輸速率降低

2.復習建議與策略

新高考更加注重對學生科學思維和科學素養的考查,在高考題中原因分析題占據了較大的比例。教師可以從以下幾個方面提升復習效率:

2.1 回歸教材,構建體系

在原因類分析題中,有一類試題設置的問題情境相對簡單,直接考查學生對教材的結論性句子、教材原理、核心知識的理解和掌握程度。如2023年全國乙卷第31題(3)考查森林生態系統的抵抗力穩定性高于農田生態系統的原因。該題來源于2019年人教版《選擇性必修2生物與環境》第75頁正文部分內容,考查學生對生態系統維持穩定性原因的理解和應用,學生如果熟練掌握教材知識,應該很容易得出答案。

在高三復習中要引導學生回歸教材,精讀教材。教材中的語言表達就是最好的規范表達模板,在教學中可以將教材內容改編為原因分析題。例如設置問題:酶制劑適于在低溫下保存的原因是____________________。(答案:在低溫時,酶的活性很低,但酶的空間結構穩定,在適宜的溫度下酶的活性可以升高,因此酶制劑適于在低溫下保存)又如,設置問題:人體內需要源源不斷的產生激素的原因是____________________。(答案:激素一經靶細胞接受并起作用后就被滅活,因此需要體內源源不斷地產生激素,以維持激素含量的動態平衡)

另外,教師要指導學生構建思維導圖,幫助學生深度理解教材,把握核心概念的內涵與外延,將散亂的生物學知識構建形成有邏輯關系的知識體系,有助于學生形成嚴密的、具有邏輯的思維過程。

2.2 多角度訓練,提高學生科學思維

充分利用高考題和教材中的“思考與討論” “技能訓練”欄目等多角度訓練學生的科學思維,還可以對高考題、教材課后練習進行改編,一題多用,培養學生邏輯思維能力和語言表達能力。

【例4】(2023年·湖北卷·3題)維生素D3可從牛奶、魚肝油等食物中獲取,也可在陽光下由皮膚中的7-脫氫膽固醇轉化而來,活化維生素D3可促進小腸和腎小管等部位對鈣的吸收。研究發現,腎臟合成和釋放的羥化酶可以促進維生素D3的活化。下列敘述錯誤的是

(C)

A.腎功能下降可導致機體出現骨質疏松

B.適度的戶外活動,有利于少年兒童的骨骼發育

C.小腸吸收鈣減少可導致細胞外液滲透壓明顯下降

D.腎功能障礙時,補充維生素D3不能有效緩解血鈣濃度下降

教師可以基于A選項設問:腎功能下降導致機體出現骨質疏松的原因是什么?(答案:腎功能下降會導致維生素D3的活性下降,使小腸和腎小管等部位對鈣的吸收減少,導致機體出現骨質疏松)基于 B選項設問:為什么說適度的戶外活動,有利于少年兒童的骨骼發育?(答案:因為陽光下皮膚中的7-脫氫膽固醇可以轉化維生素D3,維生素D3又能促進鈣的吸收,因此適度的戶外活動,有利于少年兒童的骨骼發育)可以基于D選項設問:腎功能障礙時,補充維生素D3不能有效緩解血鈣濃度下降,其原因是____________________。(答案:腎功能障礙時,維生素D3的活化受抑制,只有活化的維生素D3才能促進鈣的吸收,因此補充維生素D3不能有效緩解血鈣濃度下降)

2.3 歸納整理,突破思維障礙