SOLO分類視角的基因工程習題

【摘

要】教學實踐結果表明，大部分學生缺乏突破基因工程習題的思路，其根本原因是缺乏對基因工程習題思維結構特點的正確認識。因此，以SOLO分類理論為指導，對基因工程習題的思維結構特征進行研究，并提出以過程為核心，輻散周邊知識；以基因為媒介，深挖內在聯(lián)系；以情境為拓展，增加思維深度的突破思路。【關鍵詞】SOLO分類理論；基因工程習題；思維結構；突破路徑“基因工程”是高中生物學選擇性必修三的重要內容之一，《普通高中生物學課程標準》（2020年修訂）將其凝練為“概念5基因工程賦予生物新的遺傳特性”，相關習題情境設計新穎，覆蓋面廣，靈活多變，常成為標準化試題和高三綜合性試題編制的重要組成部分。但是從教學實踐來看，學生在解決此類問題時常表現(xiàn)為“一看解析就會，不看無從下手”。這一現(xiàn)象充分反映出學生難以清晰認識到基因工程習題內在的思維規(guī)律特點。因此，我們可以從習題的思維結構特征出發(fā)，尋求突破路徑。一、SOLO分類理論提供理論基礎澳大利亞著名的教育心理學家彼格斯和科里斯在皮亞杰認知發(fā)展理論的基礎上，共同提出了一種新的質性評價方法——SOLO分類理論（StructureofTheObservedLearningOutcome，SOLO），即根據學生回答具體問題情境時表現(xiàn)出的外顯化思維結構的特點，按照由簡單到復雜的順序，將學習成果劃分為5個不同的層次。在前結構水平下，學生思維邏輯混亂，不能正確地發(fā)現(xiàn)解決問題所需的素材與信息，導致所呈現(xiàn)的回答與答案毫不相關，幾乎不能解決問題；在單點結構水平下，學生的信息提取能力有所提升，能夠找到解決問題的個別信息和線索，但是仍然缺乏解決問題的能力；當思維層次上升到多點結構水平時，學生收集線索的數(shù)量顯著提升，不能有效整合線索，導致信息零碎，無法真正解決問題；在關聯(lián)結構層級下，學生能從整體上把握問題，不僅能找到解決問題所需要的素材和線索，還能挖掘其內部聯(lián)系，真正解決問題；以關聯(lián)結構水平為基礎的拓展抽象水平層級，加深對原有問題情境的理解，在原有問題結論的基礎上，結合新的假設，獲得新的方法與結論。欲精準評價學生的思維結構水平，必須提供一個科學多維的問題情境，參照思維結構水平的特點，確定線索的呈現(xiàn)方式、設問方式等，以具體問題情境為核心展開研究?；蚬こ塘曨}在標準化試題等綜合性測驗中，多以填空題的方式出現(xiàn)，每個小題都有具體的思維結構要求，彼此之間也存在一定的遞進關系。由此可見，只有針對性的突破，才能全面實現(xiàn)學生思維結構水平的提升。二、基因工程習題的思維結構特征基因工程習題分布于選擇性必修3《生物技術與工程》中，內容上既向學生傳播了新興的生物學技術手段，又是對必修2中基因表達過程的延伸。因此，這部分習題多圍繞基本操作過程展開，以科研成果為情境，問題設置多呈現(xiàn)出由易到難的特征，思維結構水平覆蓋面廣，一般從單點結構水平切入，落點在關聯(lián)結構水平。綜上所述，探析基因工程習題的思維結構特征對突破路徑的提出有積極意義。（一）單點結構水平為表象，多點結構水平為實質在基因工程類習題中，常會出現(xiàn)一些設問方式直接、信息提示明確的題目，看似為單點結構水平，實際符合多點結構水平的思維特征。鮮明的情境信息，易讓學生陷入單點結構的誤區(qū)，以例1為例，如果只以基因表達載體的構建過程這一單一信息線索為出發(fā)點，很難保證答案的全面性，必須不斷代入其他知識或信息，如通過堿基配對方式聯(lián)系中心法則的不同環(huán)節(jié)，才能提高答案的準確性。例1：圖1表示利用基因工程制備某種病毒單克隆抗體的操作流程圖。圖2表示遺傳信息傳遞過程中發(fā)生堿基配對的部分片段示意圖。圖2所示物質可存在于圖1的過程_____（填序號）。（二）多點結構水平做鋪墊，關聯(lián)結構水平顯核心基因工程習題以填空題形式出現(xiàn)時，總會包含多個小問題，問題難度呈現(xiàn)臺階式增長，彼此關聯(lián)，目的是綜合考查學生的圖形分析、演繹推理、歸納概括等多種能力。此類問題以多點結構水平做鋪墊，要想徹底解決具體問題，必須達到關聯(lián)結構水平的要求。例2以PCR過程中引物的選擇過程為例，圍繞引物的設計原則展開考查。從設問方式來看較為明確，但機械記憶引物的設計原則未必能得出結論，必須透徹理解問題情境，明確擴增序列，即模板鏈的結構、子鏈延伸的方向等也要納入考慮范圍，最后還要對延伸過程進行推理，確定選擇是否正確。由此可見，多點結構水平為梳理清引物的設計原則提供幫助，由于具體情境下子鏈延伸過程的差異性，導致要對信息進行分析和整合，有效利用線索顯然需要關聯(lián)結構水平的幫助。例2：如果已知一小段DNA的序列，可采用PCR的方法，簡捷地分析出已知序列兩側的序列，具體流程如下圖（以EcoRI酶切為例）。若上圖所列為已知的DNA序列和設計的一些PCR引物，步驟Ⅲ選用的PCR引物必須是_____

（填編號）。（三）關聯(lián)結構水平來銜接，抽象拓展結構水平促延伸基因工程習題一直是學生難以突破的知識點，在內容上它密切關聯(lián)遺傳信息的復制與表達過程，融合微生物培養(yǎng)、動植物細胞工程等多種現(xiàn)代化生物學技術；在思維能力上，綜合運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等思維類型。例3的情境信息冗雜，首先要借助題干線索破譯“Cre/loxP重組酶系統(tǒng)”的作用特點，再以此為基礎將結論應用于新的情境中。從設問方式來看，這不是對事實性知識的描述，而是對現(xiàn)象成因的分析和對操作措施的建議，需要充分調動學生的多種思維能力。綜上所述，作為最高級思維結構層次，進行題目設計時，需以關聯(lián)結構水平做銜接，充分理解題干情境的設計意圖，進而提出結論在新情境應用的設想，通常難度很大。例3：Cre/loxP重組酶系統(tǒng)是通過對轉基因受體細胞DNA上的特定序列進行定點切割和重新連接，實現(xiàn)在基因或染色體水平上對生物基因進行遺傳改造的一種技術。GUS基因編碼的酶可將無色底物生成藍色產物，GFP基因會產生綠色熒光蛋白，這兩種基因都可作為標記基因，配合Cre/loxP重組酶系統(tǒng)來研究發(fā)育生物學的問題。Cre基因經38℃熱處理后可被激活表達，在此前提下組織中可檢測出綠色熒光區(qū)，據此分析綠色熒光區(qū)形成的原因是__________

。三、基因工程習題的突破路徑探析有效突破基因工程習題離不開生物學知識量的積累，同時要掌握關聯(lián)知識的技巧，只有這樣才能更好地實現(xiàn)應用和遷移。由此可見，基因工程習題突破路徑也符合思維結構的發(fā)展規(guī)律，以多點結構水平做鋪墊，關聯(lián)結構水平做銜接，最終實現(xiàn)抽象拓展水平的達成。（一）以“過程”為核心，輻散周邊知識，提升多點結構水平基因工程作為綜合題時，不會局限于某一個知識點，多是對“過程”的考查，在思維結構上表現(xiàn)為對多點結構水平的考查。作為一線教師，要幫助學生豐富“過程”的內涵，輻散周邊知識，實現(xiàn)多點結構水平的提升。從實際教學經驗和標準化試題來看，除了考查基因工程的四個具體操作過程，還包括應用的過程等。不僅要引導學生對核心過程的關注，還要積累周邊知識，例如對目的基因的檢測與鑒定的考查，除了檢測的方式和原理角度，還有遺傳信息的傳遞過程、堿基配對的方式、表達產物離開細胞的方式、細胞質膜的結構特點等。因此，積累周邊知識有助于更好地獲取線索信息，以量變引起質變，最終實現(xiàn)對基因工程習題的突破。（二）以“基因”為媒介，深挖內在聯(lián)系，形成關聯(lián)結構水平基因工程從本質上看是一種重組DNA技術，為了更好地理解這門技術，不能把各個環(huán)節(jié)割裂開，需要深挖知識之間的內在聯(lián)系，才能形成關聯(lián)結構水平。例如，脫氧核苷酸作為目的基因的基本組成單位，其排列方式具有多樣性和特異性特點，這給學生帶來了基因表達載體構建過程中粘性末端的設計問題；體外的DNA復制——PCR擴增技術，體內DNA復制可以對應目的基因的檢測——DNA分子雜交；目的基因的表達除了包括mRNA和蛋白質的鑒定，還有轉錄、翻譯的場所、乳腺生物反應器等；基因表達的調控是目前較為熱門的研究方向，例如原核細胞中的乳糖操縱子等。當然，這類問題離不開情境的干擾，只有找準、找全情境線索，才能精準定位多條知識信息，這都是解答關聯(lián)結構水平問題的必經之路。此外，這部分內容是對學生高層級思維能力的考查，其中轉化圖形信息、演繹推理等最常見。此類習題的答案多為長句，如何用規(guī)范的生物學語言進行描述，厘清情境線索與知識點之間的邏輯關系，都是關聯(lián)結構水平的考查要求。（三）以“情境”為拓展，增加思維深度，達成拓展抽象結構水平學生之所以感覺基因工程習題難突破，最主要的原因是它的問題情境雖然豐富多元，但都不是常見的生活情境，讓學生感受到“距離感”，會出現(xiàn)無從下筆的現(xiàn)象。當然，基因工程習題作為標準化試題的重要組成部分，在題干設計上也要凸顯選拔與甄別的功能。因此，教師在教學實踐中、在情境選擇上，要關注最新的研究進展，讓學生發(fā)散思維，增加思考的深度，提高達成拓展抽象水平的可能性。情境信息的豐富性給學生帶來了思考，拉近了