SOLO分類視角的基因工程習(xí)題

沈琨

【摘? 要】教學(xué)實踐結(jié)果表明，大部分學(xué)生缺乏突破基因工程習(xí)題的思路，其根本原因是缺乏對基因工程習(xí)題思維結(jié)構(gòu)特點的正確認識。因此，以SOLO分類理論為指導(dǎo)，對基因工程習(xí)題的思維結(jié)構(gòu)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(nèi)在聯(lián)系；以情境為拓展，增加思維深度的突破思路。

【關(guān)鍵詞】SOLO分類理論；基因工程習(xí)題；思維結(jié)構(gòu)；突破路徑

“基因工程”是高中生物學(xué)選擇性必修三的重要內(nèi)容之一，《普通高中生物學(xué)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(guān)習(xí)題情境設(shè)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(xué)實踐來看，學(xué)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(xué)生難以清晰認識到基因工程習(xí)題內(nèi)在的思維規(guī)律特點。因此，我們可以從習(xí)題的思維結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，尋求突破路徑。

一、SOLO分類理論提供理論基礎(chǔ)

澳大利亞著名的教育心理學(xué)家彼格斯和科里斯在皮亞杰認知發(fā)展理論的基礎(chǔ)上，共同提出了一種新的質(zhì)性評價方法——SOLO分類理論（Structure of The Observed Learning Outcome，SOLO），即根據(jù)學(xué)生回答具體問題情境時表現(xiàn)出的外顯化思維結(jié)構(gòu)的特點，按照由簡單到復(fù)雜的順序，將學(xué)習(xí)成果劃分為5個不同的層次。

在前結(jié)構(gòu)水平下，學(xué)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(dǎo)致所呈現(xiàn)的回答與答案毫不相關(guān)，幾乎不能解決問題；在單點結(jié)構(gòu)水平下，學(xué)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(jié)構(gòu)水平時，學(xué)生收集線索的數(shù)量顯著提升，不能有效整合線索，導(dǎo)致信息零碎，無法真正解決問題；在關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層級下，學(xué)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(nèi)部聯(lián)系，真正解決問題；以關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平為基礎(chǔ)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(jié)論的基礎(chǔ)上，結(jié)合新的假設(shè)，獲得新的方法與結(jié)論。

欲精準評價學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)水平，必須提供一個科學(xué)多維的問題情境，參照思維結(jié)構(gòu)水平的特點，確定線索的呈現(xiàn)方式、設(shè)問方式等，以具體問題情境為核心展開研究?；蚬こ塘?xí)題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(jié)構(gòu)要求，彼此之間也存在一定的遞進關(guān)系。由此可見，只有針對性的突破，才能全面實現(xiàn)學(xué)生思維結(jié)構(gòu)水平的提升。

二、基因工程習(xí)題的思維結(jié)構(gòu)特征

基因工程習(xí)題分布于選擇性必修3《生物技術(shù)與工程》中，內(nèi)容上既向?qū)W生傳播了新興的生物學(xué)技術(shù)手段，又是對必修2中基因表達過程的延伸。因此，這部分習(xí)題多圍繞基本操作過程展開，以科研成果為情境，問題設(shè)置多呈現(xiàn)出由易到難的特征，思維結(jié)構(gòu)水平覆蓋面廣，一般從單點結(jié)構(gòu)水平切入，落點在關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平。綜上所述，探析基因工程習(xí)題的思維結(jié)構(gòu)特征對突破路徑的提出有積極意義。

（一）單點結(jié)構(gòu)水平為表象，多點結(jié)構(gòu)水平為實質(zhì)

在基因工程類習(xí)題中，常會出現(xiàn)一些設(shè)問方式直接、信息提示明確的題目，看似為單點結(jié)構(gòu)水平，實際符合多點結(jié)構(gòu)水平的思維特征。鮮明的情境信息，易讓學(xué)生陷入單點結(jié)構(gòu)的誤區(qū)，以例1為例，如果只以基因表達載體的構(gòu)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(zhì)可存在于圖1的過程_____（填序號）。

（二）多點結(jié)構(gòu)水平做鋪墊，關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平顯核心

基因工程習(xí)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(guān)聯(lián)，目的是綜合考查學(xué)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(jié)構(gòu)水平做鋪墊，要想徹底解決具體問題，必須達到關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)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(shè)計原則展開考查。從設(shè)問方式來看較為明確，但機械記憶引物的設(shè)計原則未必能得出結(jié)論，必須透徹理解問題情境，明確擴增序列，即模板鏈的結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)水平為梳理清引物的設(shè)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(dǎo)致要對信息進行分析和整合，有效利用線索顯然需要關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)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(cè)的序列，具體流程如下圖（以EcoR I酶切為例）。

若上圖所列為已知的DNA序列和設(shè)計的一些PCR引物，步驟Ⅲ選用的PCR引物必須是_____? ? （填編號）。

（三）關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平來銜接，抽象拓展結(jié)構(gòu)水平促延伸

基因工程習(xí)題一直是學(xué)生難以突破的知識點，在內(nèi)容上它密切關(guān)聯(lián)遺傳信息的復(fù)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(xué)技術(shù)；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(chǔ)將結(jié)論應(yīng)用于新的情境中。從設(shè)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(diào)動學(xué)生的多種思維能力。綜上所述，作為最高級思維結(jié)構(gòu)層次，進行題目設(shè)計時，需以關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平做銜接，充分理解題干情境的設(shè)計意圖，進而提出結(jié)論在新情境應(yīng)用的設(shè)想，通常難度很大。

例3：Cre/loxP重組酶系統(tǒng)是通過對轉(zhuǎn)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(shù)。

GUS基因編碼的酶可將無色底物生成藍色產(chǎn)物，GFP基因會產(chǎn)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(xué)的問題。Cre基因經(jīng)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(jù)此分析綠色熒光區(qū)形成的原因是__________? ?。

三、基因工程習(xí)題的突破路徑探析

有效突破基因工程習(xí)題離不開生物學(xué)知識量的積累，同時要掌握關(guān)聯(lián)知識的技巧，只有這樣才能更好地實現(xiàn)應(yīng)用和遷移。由此可見，基因工程習(xí)題突破路徑也符合思維結(jié)構(gòu)的發(fā)展規(guī)律，以多點結(jié)構(gòu)水平做鋪墊，關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為對多點結(jié)構(gòu)水平的考查。作為一線教師，要幫助學(xué)生豐富“過程”的內(nèi)涵，輻散周邊知識，實現(xiàn)多點結(jié)構(gòu)水平的提升。從實際教學(xué)經(jīng)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(yīng)用的過程等。不僅要引導(dǎo)學(xué)生對核心過程的關(guān)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(chǎn)物離開細胞的方式、細胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)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(zhì)變，最終實現(xiàn)對基因工程習(xí)題的突破。

（二）以“基因”為媒介，深挖內(nèi)在聯(lián)系，形成關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平

基因工程從本質(zhì)上看是一種重組DNA技術(shù)，為了更好地理解這門技術(shù)，不能把各個環(huán)節(jié)割裂開，需要深挖知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，才能形成關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)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(xué)生帶來了基因表達載體構(gòu)建過程中粘性末端的設(shè)計問題；體外的DNA復(fù)制——PCR擴增技術(shù)，體內(nèi)DNA復(fù)制可以對應(yīng)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(zhì)的鑒定，還有轉(zhuǎn)錄、翻譯的場所、乳腺生物反應(yīng)器等；基因表達的調(diào)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(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平問題的必經(jīng)之路。此外，這部分內(nèi)容是對學(xué)生高層級思維能力的考查，其中轉(zhuǎn)化圖形信息、演繹推理等最常見。此類習(xí)題的答案多為長句，如何用規(guī)范的生物學(xué)語言進行描述，厘清情境線索與知識點之間的邏輯關(guān)系，都是關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)水平

學(xué)生之所以感覺基因工程習(xí)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(xué)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(xí)題作為標準化試題的重要組成部分，在題干設(shè)計上也要凸顯選拔與甄別的功能。因此，教師在教學(xué)實踐中、在情境選擇上，要關(guān)注最新的研究進展，讓學(xué)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(xué)生帶來了思考，拉近了基因工程與現(xiàn)實生活的距離。例如，與疫情背景密切相關(guān)的新型冠狀疫苗的研制過程——利用S基因制作第三代疫苗，這也是對免疫學(xué)應(yīng)用的延伸；以從分子水平上研究如何改變生物的遺傳特性的研究為例，“CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)”和“轉(zhuǎn)基因技術(shù)”雖在技術(shù)上各有千秋，但本質(zhì)無異。此外，還有轉(zhuǎn)座子系統(tǒng)的研究等。這些情境增加了學(xué)生和前沿科學(xué)技術(shù)的“親密度”，使得更多學(xué)生有機會達到抽象拓展水平。

【參考文獻】

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