组织专题复习 提升学科能力

闫新霞 管 旭

（中国人民大学附属中学 北京 100080）

学科能力是学科核心素养的重要组成部分，是大规模教育考试重要的评价目标之一［1］。为积极发挥教学导向功能，从有利于促进学生健康成长、成才和服务科学选才考虑［2］，2018 版高考北京卷《考试说明》生物学科部分（以下简称《考试说明》）对能力要求进行了修订，构建了生物学科能力要求框架，对考生应具备的能力给出了更清晰的界定。在高三生物学教学中，可以此为依据组织专题复习，有效提升学生的学科能力。

1 高考北京卷生物学科能力要求与备考

1.1 《考试说明》中的能力要求解读 2018年版高考北京卷《考试说明》中，对生物学科能力要求包括“理解能力、应用能力、思辨能力、创新能力”4 个层级，每层能力包含2～3 项具体要求［2］，《考试说明》对每项能力要求的内涵进行了准确描述（表1）。

表1 高考北京卷生物学科能力要求及内涵描述［3］

此能力框架中4 项学科能力的思维要求是逐级提高的，高层级能力以低层级能力为基础［1］。“理解能力”中的“辨认”和“比较”是针对生物学知识本身的，要求学生领会知识要点并比较知识间的异同，在此基础上，学生才能对题目给定的各种形式的信息进行正确“解读”。“应用能力”要求学生能对给定情境中的信息进行分析和解释，包括由因到果的“推理”和由果到因的“归因”，思维链条一般只包括一个环节。“思辨能力”要求学生在面对复杂情境时，能综合应用所学知识对获取的信息进行加工和整合，对思维深度和广度的要求高于“推理”“归因”。其中，“论证”要求学生能综合不同知识内容分析问题并完整阐述思维过程，“评价”要求学生能从课题完成者的角度对研究方案的合理性、结果与结论的一致性进行论述。“创新能力” 要求学生能在解决新情境下的复杂问题之后，再提出新的问题、作出合理“假设”并“设计”实验进行检验。此要求直指创新意识和创新能力的培养，用意深远。

1.2 高考北京卷生物学试题命题导向 高考北京卷生物学试题坚持素养导向，试题情境新，非选择题的命题素材多来自生物学最新研究成果。命题者对素材进行合理组织，结合研究过程精心设问，实现对学生各层级思维能力逐级考查的目的。试题通过简单的设问，考查对生物学基本概念的“辨认”；通过图表等各种信息呈现方式，考查“解读”和“比较”能力；通过分析数据得出结果或结论，考查“推理”或“归因”“论证”与“评价”；根据已有信息考查提出问题和作出假设的能力；在“评价”设计方案的基础上考查“设计”研究方案的能力。多层级的能力考查在近年来的北京卷生物学试题中不断展现，其中第29 题和第31 题体现得非常突出，已成为北京生物学高考试题的特色。

1.3 复习备考 高三第1 学期进行单元复习，主要进行知识梳理和基本能力训练。第2 学期进行专题复习，重在知识的综合应用和能力提升，可结合学情从多角度设计。科学研究中的思维能力是提升学生科学素养的关键能力，在第2 学期组织“能力提升”专题复习非常必要。

2 能力提升专题复习的目标和任务

2.1 学情分析和专题复习目标 经过单元复习，学生的学科知识水平有了明显提高，也具备了分析解决生物学问题的基本能力，但面对思维过程复杂的思辨能力和创新能力类试题时，许多学生无法理清解决问题的思路，高阶能力水平偏低。能力提升专题复习的教学目标，就是使学生明确生物科学研究一般过程中的思维路径及各思维环节的要点，提高解决问题的学科能力（图1）。

图1 高考能力要求在研究过程中的体现及思维要点

2.2 专题复习的任务 本专题以课内、外生物学研究实例为素材，将科学研究的一般过程与考试说明能力要求相结合，对研究素材进行精细化分析，明确如何通过实验设计及分析得出科学结论。

3 能力提升专题复习的策略与案例

3.1 课内素材的使用 高中生物学教材中有科学史经典实验，也有学生实验，这些都是培养学生科学思维的好素材。在本专题的复习中，要重温这些实验的研究过程，从问题提出到实验设计，再到实验操作细节和结果检测，最后分析结果得出结论。通过理清研究的逻辑，让能力培养落到实处。

案例1：噬菌体侵染细菌实验。

本实验在科学史上具有重要地位，确立了“DNA 是遗传物质”这一重要结论。在对研究过程做精细化分析时，需要回答以下问题：

1）实验前已知什么？ 实验需要解决的问题是什么？ 本实验的研究价值是什么？

已知：噬菌体能侵染细菌并引起细菌裂解，从噬菌体与细菌混合到细菌裂解释放子代噬菌体的时间。

待解决问题：噬菌体侵染细菌进行增殖的过程中，哪部分（或哪种物质）进入细菌并保留在子代噬菌体中。

研究价值：认清噬菌体增殖过程中哪种物质发挥了重要作用，即可知道什么物质是噬菌体的遗传物质。

2）实验前的假设是什么？

假设有3 个：噬菌体的遗传物质是：①DNA；②蛋白质；③DNA 和蛋白质。

3）如何设计实验分别研究DNA 和蛋白质的作用？

经检测，噬菌体的P 元素仅存在于DNA，S 元素仅存在于蛋白质，可用32P 和35S 分别标记噬菌体的DNA 和蛋白质，将标记后的噬菌体与细菌混合适当时间，在细菌未裂解时检测其放射性，确定哪种物质在噬菌体侵染时进入细菌。在细菌裂解后检测子代噬菌体的放射性，确定哪种物质会保留在子代噬菌体中。

4）实验步骤中混合保温、搅拌、离心的作用分别是什么？

混合保温是为噬菌体侵染细菌创造条件；搅拌是为了使噬菌体未侵入细菌的部分与侵入部分分离；离心是为了使未侵入的噬菌体（或其中一部分）与细菌分别位于上清液和沉淀物中，以便通过放射性检测确定哪种物质进入了细菌。

5）实验结果和结论是什么？

实验结果：32P 组的放射性主要出现在沉淀物中，子代噬菌体有放射性；35S 组的放射性主要出现在上清液，子代噬菌体无放射性。

实验结论：噬菌体的DNA 侵入到细菌细胞中，并控制子代噬菌体的产生，DNA 是噬菌体的遗传物质。

以上问题分析逻辑清晰，学生能理解科学研究各环节的思考要点。教师再进一步点明：提出问题和作出假设都需要已有的研究成果作为依据；设计实验时最关键的问题就是找准实验控制的自变量和需检测的因变量，明确结果与结论的相关性；结果是所记录的客观事实，结论是对结果进行分析后形成的认识，理清证据与逻辑是思维要点。

除了回顾单个实验外，教师可向学生布置新任务：对应不同实验的设计（表2），列出教材中的科学史实验及学生实验，分析每个实验方案的核心内容：自变量的控制、因变量（结果）的检测、得出的结论。通过此项任务，让学生集中思考实验研究的逻辑，找到规律。

表2 高中生物学教材中实验的要点分析

3.2 课外素材的使用 课外的生物学研究素材来源广泛，主要来自2 个方面：①各研究领域的科研论文；②用科研论文改编的试题。受专业背景的限制，学生直接阅读科研论文会有一定的难度，可根据学生接受能力对科研论文进行适当改编，以学案的形式呈现，带领学生分析。为取得理想成绩，学生更愿意分析来自题目的研究素材，明确各种类型的设问该如何作答。因此，在本专题复习中，可将试题作为课外素材的主要来源，选择高考题或模拟题，对审题和解题思路进行精细化分析，可让学生找到试题设问方向和答题要点，有效提升学科关键能力。

案例2：2017年海淀高三一模理综第29 题（节选并改编）。

独脚金内酯是近年新发现的一类植物激素。研究发现独脚金内酯能通过促进生长素的作用抑制侧枝生长。请你对可能的机制提出一个合理的假设：____________。

在科学研究中，假设必须以已有科学结论为依据。在教学中，要利用开放性试题充分调动学生的思维，引导学生自评或互评假设的合理性。学生在充分思考和讨论后能认识到，提出假设时需要结合顶端优势原理及题目信息。独脚金内酯可能通过促进生长素的合成、促进生长素向侧枝运输或抑制生长素从侧枝运输，从而抑制侧枝生长，因为这几个途径都会使侧枝处生长素浓度过高而产生抑制效应。此外，独脚金内酯还可能提高了侧枝对生长素的敏感性，这样也会对侧枝产生抑制生长的效果。这些回答紧密围绕植物激素的概念和作用特点进行思考，虽然角度多样但都逻辑严密。

案例3：2017年高考北京卷理综第29 题（节选并改编）。

学习、记忆是动物适应环境、使个体得到发展的重要功能。通过电刺激实验，发现学习、记忆功能与高等动物的海马脑区（H 区）密切相关。

1）在小鼠H 区的传入纤维上施加单次强刺激，传入纤维末梢释放的________ 作用于突触后膜的相关受体，突触后膜出现一个膜电位变化。

2）如果在H 区的传入纤维上施加100 次／s、持续1 s 的强刺激（HFS），在刺激后几小时之内，只要再施加单次强刺激，突触后膜的电位变化都会比未受过HFS 处理时高2～3 倍，研究者认为是HFS 使H 区神经细胞产生了“记忆”。图2为这一现象可能的机制。

图2

①N 受体和A 受体在突触传递中的功能分别是____________。

②请据图推测神经细胞产生了“记忆”的机理____________。

3）为验证A 受体胞内肽段T 的磷酸化能增强神经细胞对刺激的“记忆”这一假设，将T 的磷酸化位点发生突变的一组小鼠，用HFS 处理H 区传入纤维，30 min 后检测H 区神经细胞突触后膜A受体能否磷酸化。请评价该实验方案并加以完善____________。

本题的图文信息量较大，对学生的“解读”能力要求很高。“解读”能力是高阶能力考查的重要基础。根据需要，笔者对本题进行改编，通过增加设问要求学生全面解读图文信息，为高阶能力考查搭建台阶，降低思考难度。

由题干可知，题目的研究对象是动物的学习、记忆功能，“学习、记忆功能与高等动物的海马脑区（H 区）密切相关”是已有研究成果，“电刺激实验”是研究方法。从前2 个小题可获知的信息是：1）告知本实验的操作方法是施加刺激后测定突触后膜的膜电位变化。2）文字信息介绍了如何利用电刺激实验诱导并检测到记忆的产生：诱导产生记忆的操作是在H 区的传入纤维上施加100 次／s、持续1 s的强刺激（简称HFS），产生“记忆”的标志是在刺激后几小时之内，只要再施加单次强刺激，突触后膜的电位变化都会比未受过HFS 处理时高2～3 倍。图2是一个复杂的流程图，解读难度较大，需要结合所学知识找到流程的起、止点，再将中间过程解读到位并理清关系。

学生在解读题目信息时容易关注细节而忽略整体。例如，学生能比较轻松地认识到突触后膜上N 受体和A 受体的功能是结合谷氨酸后通道开放、使Ca2+或Na+进入胞内，但是却难以将二者与“记忆”相联系。在教师明确提出“阐述神经细胞产生了记忆的机理”这一学习任务时，学生从图中解读信息的目的性加强，有意识寻找记忆产生的起、止点及中间过程，这样才能快速理清思路。记忆产生的起点是HFS 引起的N 受体的通道开放、Ca2+进入胞内，之后是胞内信号转导过程，即结合Ca2+的钙调蛋白使C 酶活化，一方面引起带有A受体的囊泡运输到突触后膜，另一方面使膜上A受体磷酸化。至此，似乎已将图中的信息解读到位了，但只有将图中信息与2）文字信息相结合，才知什么是神经细胞产生记忆的标志：几小时内再次施加单次强刺激，突触后膜上大量磷酸化的A受体与谷氨酸结合，大量Na+进入胞内，突触后膜出现高的电位变化。这样，才真正解释清楚“记忆”形成的复杂机理（HFS 引起的神经元变化见图3，记忆的检测见图4）。

图3 HFS 引起的神经元变化

图4 电刺激检测神经细胞是否产生“记忆”

由此可见，使题干及图文信息条理化是“解读”复杂题目的重点。如此才能把握细节和整体的关系，既见树木又见森林。

图2的信息是“神经细胞形成记忆”的可能机制，如何通过实验证明？ 因为环节多，需要系列实验提供证据，高考题对这几个实验的设计和分析进行分别设问。在此，教师选取最后一个问题：为验证A 受体胞内肽段T 的磷酸化能增强神经细胞对刺激的“记忆”机理的假设，研究者设计了实验，让学生对此方案进行“评价”并修订。“评价”属于高阶能力要求，需要学生对科学研究的完整流程有清晰的认识。“评价并完善”并不意味原实验方案一无是处。在教师的引导下，学生意识到，研究者选用T 的磷酸化位点发生突变小鼠作为实验组非常恰当，该位点功能丧失后对结果产生的影响能显示其重要性。在此基础上，学生就能认识到，突变鼠只能是实验组，实验中必须还有T 磷酸化位点未发生突变的对照组小鼠，这样才能确定最终2 组的实验结果差异是由此产生的，从而对实验方案进行完善。实验方案还有哪些不足？很多学生难以找到第2 处，原因在于不能结合实验目的寻找实验结果的检测指标。实验目的是确定T 的磷酸化能增强神经细胞对刺激的“记忆”，结果一定要检验“记忆”是否实现，所以，需要在用HFS 处理H 区传入纤维30 min 后检测突触后膜是否出现较高的电位变化。

教师最后总结：设计实验时需要考虑的问题较多，对思维的挑战较大，务必根据实验目的关注如何控制自变量（实验组和对照组处理的差别）、如何检测因变量，此外，还需要针对假设预期结果，考虑由结果推知结论的逻辑是否严密。这是“设计”和“评价”能力考查试题的答题要点。

4 能力提升专题复习的经验与效果

4.1 专题复习的教学着力点和效果 复杂新情境下的生物学试题需要学生像科研人员一样思考问题，围绕研究课题把握问题提出、实验设计及结果分析的各个思维环节。学生主要是在应对图文信息量大、思维链条长的问题时有困难。教师应通过对研究素材的精细化分析，将复杂问题解构为多个简单问题，让学生找到思维切入点，再通过引导使学生有目的地寻找相关信息、将各思维环节相联系，理清解决问题的思路。进行实例分析后，还需对各能力水平的思维要点进行总结，可让学生在面对试题中的各层级能力考查时有章可循。

本专题复习后，学生分析生物学科研素材的思维清晰度提高，面对实验探究类试题时有思路、有方法，学科能力得到明显提升。

4.2 专题复习效果的巩固 思维范式形成后，内化成思维习惯还需要在平时进行多次巩固。为学生选用能力要求与高考试题接近的题目进行练习，让学生通过阅读科研文献接触真实的科研过程，都可让学生养成良好的思维习惯，提升其学科能力。