培养学生高阶思维的单元教学试题分析

摘要：本文分析了2023年山东省高考生物卷第17题，探讨了试题特点，教学疑惑及解题策略，指出正确理解原理和高阶思维的培养对解题的重要性。通过加辅助线等方法，简化比较不同时间点植物细胞呼吸消耗葡萄糖量的问题，培养科学思维和创造性、批判性思维，强调教师在培养学生生物学学科素养中的关键作用。

关键词：山东卷；解决问题；高阶思维

文章编号：1003-7586（2024）02-0064-03 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

优秀高考试题是《中国高考评价体系》的践行模板，更是服务选才和引导教学的重要评价基础。现行新高考改革模式中，很多省份独立命制生物单科试题，在不公布高考试题和参考答案的背景下，很多流人市面的生物高考试题引发了一线教师激烈的探讨和争论。在不同认知下，一些生物高考试题甚至出现完全不同的答案，孰是孰非似乎难以定论。若教师不进行分析和斟酌，极易出现理解偏差和教学失误，这对培养学生形成生物学核心素养十分不利。本文以2023年山东省高考生物卷第17题（以下简称为“试题”）为例，讨论试题的命制特点、学生及部分教师的困惑原因、正确的解题方法和感悟命题道理等方面，通过培养学生高阶思维思考和解决问题，同时与各位同仁交流商榷。

原题呈现 （2023年山东卷第17题）某种植株的非绿色器官在不同O2浓度下，单位时间内O2吸收量和CO2释放量的变化如图所示。若细胞呼吸分解的有机物全部为葡萄糖，下列说法正确的是（ ）。

A.甲曲线表示O2吸收量

B.O2浓度为b时，该器官不进行无氧呼吸

C.O2浓度由O到b的过程中，有氧呼吸消耗葡萄糖的速率逐渐增加

D.O2浓度为a时最适合保存该器官，该浓度下葡萄糖消耗速率最小

[市面资料参考答案]BC或BCD

1论题

这是一道看似平常，甚至平淡的不定项选择题，但是细究起来尤有深意。试题以植物非绿色器官在不同02浓度下有氧呼吸和无氧呼吸的速率变化为情境，重点考查细胞呼吸类型、过程和原理应用等知识。结合试题图示，分析环境因素对细胞呼吸的影响，能检测学生的理解能力、获取信息能力、实验与探究能力和综合运用能力。试题渗透了检测学生的结构与功能观、物质与能量观等生命观念，也对科学思维和科学探究等学科素养进行多角度考查。

试题命制注重考查细胞呼吸类型和过程等基础知识，又结合图示信息让学生比较不同条件下植物器官两种细胞呼吸速率的变化及耗糖关系，这是综合性的体现。试题将实验结果用于指导农业科学存储果实，这是在践行应用性。试题在图示中标出了纵坐标关键点的气体数值，这是常见图示不具备的重要信息，既体现高考试题素材的严谨和科学，也体现本题命题角度的创新性。看似很常规的一道试题，经过命题专家的精雕细琢，显然已对生物教学产生了“一石激起千层浪”的教研效应，完美体现了高考试题引导教学的重要功能。

2论惑

试题中A项、B项和C项很容易判断，对于D项表述，很多学生及教师有不同看法。一种观点认为D项是正确选项，持有此种观点的师生的主要依据是市面教辅资料。结合试题图示中O2浓度增大后，植物器官无氧呼吸强度逐渐减弱而有氧呼吸逐渐增强，得出两种细胞呼吸强度之和应是先减小后增大的趋势，即某点时植物器官细胞呼吸消耗葡萄糖最少，此点就是储存植物器官的最适O2浓度。根据CO2释放量，理所当然得出图中a时葡萄糖消耗速率最小，此种思维模式下试题答案就选BCD。

另一种观点认为试题中两种细胞呼吸均以葡萄糖为底物，无氧呼吸中消耗葡萄糖量与产生CO2量之比为1：2；有氧呼吸中消耗葡萄糖量与产生CO2量之比为1：6。在试题曲线中，a时CO2产生量虽最少，但这仅代表总细胞呼吸产生CO2量。由于两种细胞呼吸有着不同的消耗葡萄糖量与释放CO2量之比，a时CO2量最少一定是植物器官消耗葡萄糖量最少的点吗？针对这个疑问，笔者也试着以每种细胞呼吸的产生CO2量与消耗葡萄糖量建立数学函数模型，试图再建立总细胞呼吸释放CO2量与消耗葡萄糖量的函数式，苒根据函数式找出消耗葡萄糖量最少时对应的O2浓度，但几经尝试，未能如愿。众所周知，任何生命现象只有一个真理，试题曲线中a时究竟是不是植物器官消耗葡萄糖量最少的点？若不是，哪点时葡萄糖消耗量最少呢？如何比较不同点葡萄糖消耗量的多少呢？此问题已成为很多学生乃至一线教师困惑的焦点。

3论法

作为一道高考试题，一定有着科学命题依据和正确解决问题的思路。基于这个认识，笔者打破传统思维定式，结合试题图示特点，利用纵坐标明确标出气体的相对数值，引导学生通过获取数据和处理数据得以证明a时消耗葡萄糖量并非最少。

3.1定量分析数据完成解题

由于试题提供了a时和b时植物器官细胞呼吸消耗的O2量和释放的CO2总量，笔者引导学生先分析a时情况，学生很快得出有氧呼吸产生CO2量为0.3个单位，无氧呼吸产生CO2量也为0.3个单位。结合两种细胞呼吸反应式，学生很快计算出a时植物器官细胞呼吸共消耗葡萄糖量为0.2个单位。对于图中b时情况，学生得出有氧呼吸产生CO2量为0.7个单位，无氧呼吸产生CO2量为0个单位，学生很快计算出b时植物器官细胞呼吸消耗葡萄糖量约为0.117个单位。在事实面前，学生很快得出试题图中a时消耗葡萄糖量不是最少的结论。基于证据和事实，学生很快接受了试题正确答案为BC，这里学生运用定量分析数据显然可以解题。

很快有学生提出疑问，此题图中只是比较出b时消耗葡萄糖量少于a时，那么究竟哪点时消耗葡萄糖量最少？如遇到试题情境中纵坐标无具体数值，又该如何解决问题呢？学生提出的问题很有价值，如何理性解题并形成科学解决问题的模式，这又引发了笔者的深度思考。分析解决此类问题实际困惑点后，笔者对图示巧加一道辅助线，实现由定量解题到定性解决问题的突破，受到学生和同仁的认可与称赞。

3.2巧加辅助线定性解决问题

其实师生都明白图中O时植物器官只进行无氧呼吸，O时（不包括此点）到b时（不包括此点）器官进行无氧呼吸和有氧呼吸，b时及以后只进行有氧呼吸。而解决问题的难点就是图中O时到b时存在两种细胞呼吸，两种细胞呼吸均消耗葡萄糖和释放CO2，且消耗葡萄糖量与释放CO2量之比还不同，混在一起着实难以处理。该如何避繁就简比较不同点时细胞呼吸消耗葡萄糖量的关系呢？深入思考后，笔者认为在比较不同点释放CO2时，若能把不同点有氧呼吸中等量产生的CO2标出来，简化成只比较一点无氧呼吸释放CO2量与另一点有氧呼吸多释放CO2量的多少关系，即可完成解题。联系细胞呼吸反应式可知消耗等量葡萄糖时，有氧呼吸产生CO2量是无氧呼吸产生CO2量的3倍，即加辅助线简化后，若有氧呼吸多产生的CO2量是无氧呼吸产生CO2量的3倍（无具体数值时，学生可以通过目测定性比较），即两点消耗葡萄糖量相等；若有氧呼吸多产生的CO2量不及无氧呼吸产生CO2量的3倍，则有氧呼吸消耗葡萄糖量不及无氧呼吸，反之可推有氧呼吸消耗葡萄糖量多于无氧呼吸。

以试题图示为例，笔者在图1中a时有氧呼吸吸收O2量向b时作出一条辅助线，因为a时有氧呼吸消耗O2量等于有氧呼吸产生CO2量，这样把两点有氧呼吸等量产生的CO2量先减去，则图1中A段数值则表示a时无氧呼吸产生CO2量，而B段就表示b时有氧呼吸比a时有氧呼吸多产生的CO2量，这样通过画横线减去等量有氧呼吸产生的CO2量，问题就简化成比较B段和A段的数值比例关系。分析图1可见，B段数值显然达不到A段数值的3倍，即b时有氧呼吸消耗葡萄糖量比a时总细胞呼吸消耗葡萄糖量少。通过加辅助线分析，学生可以在无数据情况下解决问题，会对处理此类问题有更理性的认识，也会对于运用科学思维解决实际生产问题有更多的审视和论证，这有利于形成创造性思维和批判性思维。为进一步讨论此种方法的应用范围，笔者继续利用图1进行引导和启发，抛出问题：如何比较图2中c时和b时植物器官细胞呼吸消耗葡萄糖量的关系？学生很快结合c时O2消耗量向b时作出辅助线，而后比较c时无氧呼吸产生CO2量（图2中A段）与b时有氧呼吸多释放出的CO2量（图2中B段）的比值关系，学生很快得出B段数值不是A段数值的3倍，即c时消耗葡萄糖量也比b时消耗葡萄糖量多。

基于这种思路，很多学生再选多点与b时比较，也大胆归纳出此试题中b时可能就是消耗葡萄糖量最少的点。针对此题，究竟b时是不是消耗葡萄糖量最少的点，笔者并未轻易给学生下定论，而是引导学生从继续设计实验加以验证的角度解决问题，告诉学生提出问题和作出假设后，进一步设计实验验证假设的重要性和必要性，这对厚培学生分析、评价、创造等高阶思维和建立科学探究等学科素养尤为关键。

4论道

教师是科学在课堂中的代表，生物学教师则是培养学生生物学学科素养的重要指导者，也是学生通过学习逐步形成必备品格和关键能力的引路人。针对2023年山东省高考生物卷第17题，命题者就是在引导学生不能迷信教辅资料而简单得出结论，而是要尊重事实和证据，运用科学思维方式认识事物，增加解决实际问题的思维习惯和能力，能用创造性思维和批判性思维等高阶思维阐释生物现象及规律，审视或论证生物学生产议题。同时也让学生体会学以致用，针对特定生物学现象，能进行观察、提问、实验设计和实施方案等，逐步增强对自然现象的求知欲，提高科学探究的基本思路和实践能力。在实际教学中，一线教师不能对复杂生物学问题听之任之，也不能毫无甄别套用市面教辅资料的一家之言，以免失去继续探究真理的契机。教学中，教师若对学生提出的困惑不能给予科学引导，显然不利于培养和发展学生高阶思维。教学中，当学生遇到难题而教师又一时不能解决时，这就意味着教师提升专业素养的机会已经到来，同时也是培养学生高阶思维的契机，大家积极思考与探索，这正是教学相长之道。