“因果解釋”模型在光合作用試題的應用摘要：本文針對光合作用試題，構建包含外因、內(nèi)因、結(jié)果三者的“因果解釋”模型，建立“由因索果”“執(zhí)果溯因”“內(nèi)外相聯(lián)”三種分析思路。本文結(jié)合分析思路，對應呈現(xiàn)了解答具體問題的三類實例，并闡述構建“因果解釋”模型在解決光合作用試題時的重要意義。關鍵詞：因果解釋；認識模型；光合作用；科學解釋文章編號：1003-7586(2024)08-0060-03中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B高考試題中的“因果解釋”問題常通過情境探究測評學生的科學解釋能力。其中，光合作用類試題存在圖文閱讀量大、信息提取難、情境創(chuàng)設新穎等特點，導致學生較易在“因果解釋”問題的解答上嚴重失分。筆者以2024年1月浙江省生物學選考試卷為例，試卷出現(xiàn)的原因分析、理由表述和提出措施等設問較往年明顯增多，著重加強對學生語言表達能力的考查力度。因此，提高學生對生物學現(xiàn)象的科學解釋水平尤為關鍵。目前，多數(shù)教師更專注于教授“因果解釋”類型試題的審題、答題等應試技巧，導致學生陷入機械答題的循環(huán)。鮮有教師將這類問題的教學與培養(yǎng)學生的科學解釋能力相結(jié)合，引導學生進行深入思考和實踐。在專題教學中構建“因果解釋”的認識模型，有利于提高高三學生實驗探究類專題復習的效率，減輕學生負擔并發(fā)展其科學解釋水平。本文以光合作用專題為例，圍繞“因果解釋”模型介紹實驗探究類教學的具體實施路徑。1“因果解釋”模型的基本形式信息技術現(xiàn)象之間因果關系的確定，是揭示現(xiàn)象本質(zhì)聯(lián)系的重要切口，進而可以洞察事物的深層次結(jié)構聯(lián)系，掌握其發(fā)展的動態(tài)規(guī)律，從而對事物的發(fā)展方向做出科學的預判。[1]生物學實驗的探究過程，包含對實驗條件、生命活動規(guī)律和實驗現(xiàn)象之間“因果聯(lián)系”的探究，是深化生命本質(zhì)的認知和掌握生命活動規(guī)律的重要途徑。在高考生物學試題中嵌入情境，旨在讓學生將所學知識遷移至試題情境，根據(jù)邏輯和證據(jù)解釋情境現(xiàn)象并解決問題，其強調(diào)對學生科學思維能力的考察。[2]“因果解釋”問題常具有以下特征：以生產(chǎn)生活或?qū)嶒炋骄康南嚓P素材為問題情境，涉及的關鍵要素包括材料和裝置、實驗操作和步驟、生命規(guī)律和機制、實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果。圍繞探究主線設計“因果解釋”問題，要求學生深入分析要素之間的聯(lián)系，進而基于相關知識做出科學性的解釋和預測。實驗探究類問題中“因果解釋”問題常見的考查形式如表1所示。在教學實踐中，教師應幫助學生構建分析和解決該類問題的認識模型，引導學生在運用認識模型的過程中，形成相對穩(wěn)定的思維框架。教師通過設置一定量的題目練習，使學生確立獨立、具體的認識視角和思維路徑，促進學生發(fā)展分析、解決問題的能力。針對“因果解釋”問題的解答，教師可以采用“干旱影響光合作用速率”的現(xiàn)象進行教學，引導學生構建如圖1所示的認識模型，促進學生構建分析和解決該問題的思維框架與具體認識思路?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標 準》)在學業(yè)質(zhì)量水平中提到，“能夠在新的問題情境中，基于事實和證據(jù)，采用適當?shù)目茖W思維方法揭示生物學規(guī)律或機制，并選用恰當?shù)姆绞奖磉_、闡明其內(nèi)涵。在面對生活中與生物學相關的問題并做出決策時，利用多個相關的生物學大概念或原理，通過邏輯推理闡明個人立場”。因此，構建圖1中的模型有助于學生用論證的方式提出觀點并闡明立場。分析并解決“因果解釋”問題的基礎是厘清試題包含的信息，并將試題中的相關信息按照外界因素、內(nèi)在因素、實驗現(xiàn)象(實驗結(jié)果)三者進行分類。學生在“內(nèi)因是結(jié)果的決定因素，外因是要通過內(nèi)因來影響結(jié)果”觀點的指導下，以建立要素之間的聯(lián)系作為解決“因果解釋”問題的突破口。在“因果解釋”問題的教學中，教師還應引導學生建立常見的三種分析思路?！坝梢蛩鞴?問題情境中包括了實驗材料和裝置、實驗操作和步驟等信息，要求解釋產(chǎn)生實驗現(xiàn)象(實驗結(jié)果)的原理。該分析思路需要學生從外因著手，解釋外因如何影響內(nèi)因，進而影響實驗結(jié)果的過程(外因一內(nèi)因一結(jié)果)。“執(zhí)果溯因”:問題情境中已知實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果等信息，要求解釋產(chǎn)生現(xiàn)象或結(jié)果的原因。該分析思路需要學生從結(jié)果出發(fā)，逆向追溯原因，強調(diào)學生把握關鍵實驗信息，深入思考生命現(xiàn)象背后的規(guī)律和機制，再進一步推測引起相關現(xiàn)象變化的實驗條件(結(jié)果—內(nèi)因一外因)。“內(nèi)外相聯(lián)”:問題情境中同時包含實驗條件、實驗現(xiàn)象(實驗結(jié)果)兩方面的信息，要求學生做出解釋。該分析思路需要學生探尋外因與結(jié)果間的聯(lián)系——內(nèi)因；同時，要求學生通過試題情境中給定的實驗條件(外因)和實驗現(xiàn)象(結(jié)果)對內(nèi)因(生命規(guī)律和機制)進行提煉，進而構建完整的“因果解釋”模型，并對內(nèi)“因果解釋”模型是指導學生學習生物學知識、研究生物學問題的系統(tǒng)化方法，其針對“實驗目的、實驗步驟、實驗結(jié)果”等方面為學生提供策略性指導。教學過程中，教師引導學生構建并運用“因果解釋”模型，可促進提升學生對這類問題的解決能力，從而提高基于模型的科學解釋水平。3.1“由因索果”模型應用實例例1植物的氣孔由葉表皮上兩個具有特定結(jié)構的保衛(wèi)細胞構成。保衛(wèi)細胞因吸水而體積膨大時，氣孔打開，反之關閉。保衛(wèi)細胞含有葉綠體，在光照條件下可進行光合作用。已知藍光可促進保衛(wèi)細胞逆濃度梯度吸收K+。研究發(fā)現(xiàn)，紅光光照達到飽和強度時(植物達到最大光合速率所需的紅光強度),植物的氣孔開度可達最大開度的60%左右。請回答：已知某種除草劑能阻斷光合作用的光反應，用該除草劑處理的葉片在陽光照射下氣孔(填“能”或“不能”)維持一定的開度。解析：由本題構建的“由因索果”模型如圖2所示。學生需從題目中提出的外因，即“用除草劑”著手分析，進一步解釋除草劑影響光合作用的原理，最終推理并得出結(jié)論。等因素。不同光質(zhì)配比對生菜幼苗體內(nèi)葉綠素含量和氮含量的影響如圖甲所示，不(紅光：藍光=1:2)、B組(紅光：藍光=3:2)、C組(紅光：藍光=2:1),每請回答：進一步探究在不同溫度條件下，增施CO2對生菜光合速率的影響，結(jié)果如圖丙所示。植物工廠利用秸稈發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，冬天可燃燒沼氣以提高CO2濃度，還可以,使光合速率進一步提高。解析：由本題構建的“執(zhí)果溯因”模型如圖3所示。學生需從“光合速率提高”這一結(jié)果，反推影響該現(xiàn)象的實驗條件。通過分析結(jié)論可得出“酶活性升高”和“碳反應增強”的內(nèi)因，進一步結(jié)合題目可知“升高溫度”可作用于內(nèi)因，從得出“燃燒沼氣”即為正確答案。例3題干同例2。請回答：由圖甲、圖乙可知，選用紅、藍光配比為3:2,最有利于生菜產(chǎn)量解析：由本題構建的“內(nèi)外相聯(lián)”模型如圖4所示。解答本題需要學生結(jié)合“紅、藍光配比”這一實驗條件(即外因)和“有利于生菜產(chǎn)量提高”的實驗結(jié)論(結(jié)果),分析外因?qū)е陆Y(jié)果產(chǎn)生的內(nèi)在機制。最終得出“葉綠素”和“氮含量”這兩個關鍵內(nèi)因。4總結(jié)與反思在教學實踐中，運用“因果解釋”模型解決光合作用試題具有三點優(yōu)勢：①簡化復雜問題，將實驗探究類問題分解成若干要素，提高學生的自我效能感；②顯化分析過程，學生在分析過程中提取關鍵信息并構建模型，將抽象的思維過程可視化，培養(yǎng)其邏輯思維能力；③教學策略新穎，“因果解釋”模型為學生提供一種新的思維探索方式，為教師提供一種新的教學策略，豐富課堂教學形式。此外，筆者發(fā)現(xiàn)“因果解釋”模型還存在一定的局限性。例如，同樣是缺水對植物光合作用的影響，內(nèi)因部分可分為氣孔因素和非氣孔因素。學生解決實驗探究類問題的效果也受到審題能力、邏輯思維、術語書寫、心理障礙等諸多因素的共同影響。[3]綜上，運用“因果解釋”模型，能夠促進學生對生物學知識的認識并形成整體思路和框架，能夠使學生發(fā)現(xiàn)并彌補自我能力缺陷。此外，學習和解決問題過程中運用認識模型還能提升學生的自我評價、自我調(diào)控的水平。[4]因此，教師應將構建并運用認識模型作為復習課教學的核心策略，以實現(xiàn)學生科學思維的有效培養(yǎng)和科學解釋水平的提升。[1]陳揚炯.哲學漫談[