巧建模型，突破因果关系语言表达——以“光合作用和细胞呼吸”复习为例

广东

高考生物试题中对因果关系的考查是对生命现象思考深度的延伸，具有重要意义。这种考查角度有利于区分学生的综合能力水平，改善目前学生语言表达与文字书写能力整体薄弱的状况，同时体现了国家提倡基于核心素养下的教学和人才梯度选拔方式。

1.核心素养导向的因果关系语言表达在高考试卷中的考查情况

2018年3套高考生物全国卷要求回答“原因”“依据”等考查专业语言表达能力的试题共有12道，占18道非选择题的2/3。通过分析近3年高考生物全国卷可知（详情见表1），高考生物卷对因果关系语言表达考查所占分值比例大，重视考查学生对专业语言的应用，对学生语言表达能力要求高；与国家教育部推崇的教学要求一致，充分发挥了高考“立德树人、服务选才、引导教学”的核心功能；体现了高考积极正确的育人导向，实现了注重试题区分度的目标，满足了高校梯度选才的现实需求，积极引导了中学教学，助力素质教育良性发展。

表1 近3年全国卷Ⅰ生物试题中因果关系语言表达考情分析_

2.因果关系语言表达凸显生物学核心素养的考查，落实党的教育方针

生物学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面，是学生在高中生物学课程学习过程中逐渐发展所形成的必备品格、关键能力和价值观念。落实学科核心素养，是高中生物学课程教学的根本任务。高考生物试题对语言表达能力的考查，就是对核心素养考查的一种重要形式，通过考查学生语言表达能力来增强学生对结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等生命观念的理解和用科学的思维去解决生活实际问题的能力。高考生物试题重视对因果关系语言表达应用能力的考查，在无形之中要求教师必需以学生所具备的核心素养为中心进行教学，培养学生用生命观念认识生命世界、解释生命现象和辨别迷信与伪科学的能力；培养学生养成科学思维的习惯，激发学生对生命科学现象进行科学探究的热情；增强学生宣传健康生活、关爱生命和保护环境等社会责任感，从而真正落实党的教育方针，体现立德树人的国家意志。

3.巧建模型，培养学生突破因果关系语言表达能力

因果关系语言表达凸显了高考中人才选拔的重要性，近几年高考生物试题明显增大了这方面的考查比重。作者通过亲身阅卷深深体会到因果关系语言表达是学生的弱项和得分的难点，这主要体现在学生语言表达缺乏逻辑、混乱和语言表述不严谨等方面。为解决上述问题，笔者在2017年参加高考阅卷期间，提出了“巧建模型，突破学生因果关系语言表达能力”的设想。在后来的教学过程中，笔者将这个想法应用于“因果关系语言表达能力突破”专题教学中，效果相当明显。2018年的9月，笔者在惠州市名师示范课上进行了现场教学和示范，收到的反馈效果显著，师生均受益匪浅。

3.1 巧建模型

由表1可知，高考生物试题热衷于考查光合作用、细胞呼吸的因果关系，因此从光合作用与细胞呼吸的关系来构建模型，突破因果关系语言表达具有代表性。如何指导学生构建“光合作用与细胞呼吸关系”的模型呢？笔者采用了以问题探究为中心，学习小组围绕问题探究开展建模的活动。

活动一：构建“光合作用与细胞呼吸关系”模型

探究1：利用14CO2探究在暗反应过程中，14C转移途径。（请用→ 等符号表示）

探究2：探究含有14C的糖类物质进行有氧呼吸时，14C转移途径。（请用→ 等符号表示）

探究3：探究含有14C的糖类物质进行无氧呼吸时，14C转移途径。（请用→ 等符号表示）

探究4：将光反应阶段与暗反应阶段联系在一起的物质是什么。

探究5：水的光解与有氧呼吸的第三阶段存在怎样的联系。（请用→ 等符号表示）

探究6：结合探究1、4，请完成图1填空。（填物质）

探究7：在图1的基础上结合探究2、3、5、6进一步构建光合作用与细胞呼吸关系模型。

图1 光合作用过程模型

通过师生相互合作探究，笔者对学生所构建的光合作用与细胞呼吸关系模型进行优化，最后构建了“光合作用与细胞呼吸关系模型”（如图2）。

图2 光合作用与细胞呼吸关系模型

活动二：结合图1光合作用过程模型，请准确、完整地回答内外因子对光合作用的影响

探究8：（1）请解析为什么二氧化碳浓度增加，光合作用强度会增加。

（2）请解析为什么光照强度增加，光合作用强度会增加。

（3）小组成员之间采取“你问我答”的方式完成若其他因子改变，对光合作用有什么影响。

学生通过分析图1光合作用过程模型可总结出（1）二氧化碳的浓度增加，二氧化碳固定生成的C3化合物增加，进而导致C3化合物还原生成的有机物增加，故光合作用强度增加；（2）光照强度增加，光反应产生的[H]和ATP增加，进而导致C3化合物还原生成的有机物增加，故光合作用强度增加。

活动三：构建“因果关系语言表达分析模型”和“因果关系语言表达模型”

探究9：（1）总结和分析探究8的过程，分析自变量与因变量之间存在的逻辑关系，构建“因果关系语言表达分析模型”。

（2）请在该“因果关系语言表达分析模型”的基础上进一步探究构建因果关系语言表达的通用模型，即“因果关系语言表达模型”。

学生通过探究8活动过程，总结自变量与因变量存在的逻辑关系，其实就是厘清自变量与因变量之间存在某些生理过程的联系。要精准、完整地回答好因果关系语言表达，必须要从对自变量改变（条件改变）的分析入手，自变量改变必然会导致直接相关的生理过程改变，生理过程改变与之对应的结果也必然改变，根据这个原则，笔者构建了“因果关系语言表达分析模型”（如图3）。学生根据“因果关系语言表达分析模型”结合平时的练习题进一步探究总结：自变量改变会在题干中出现，自变量与因变量之间阐述的逻辑关系即本质。学生根据这一特点构建了“因果关系语言表达模型”（如图4）。

图3 因果关系语言表达分析模型

图4 因果关系语言表达模型

“因果关系语言表达分析模型”是从本质上阐述自变量与因变量之间严整的逻辑关系的模型，它有利于指导学生分析因果关系问题。具体操作是学生最先从自变量或条件改变入手，自变量或条件改变会影响对应的生理过程的改变，进而引起对应的结果变化，对应的结果变化又引起相关的生理变化，直到最后引起因变量或最终结果的变化。“因果关系语言表达模型”是建立在“因果关系语言表达分析模型”基础上的一种能精准、完整地回答因果关系语言表达的模型。根据高考评分相关细节来看，“因果关系语言表达模型”能全面概括所有的得分点，学生可从题干给出的信息入手，完整、精准地阐述自变量与因变量的逻辑关系（即本质），最后得出结论。

3.2 巧用模型解高考生物试卷中的因果关系问题，提高学生因果关系语言表达能力

【例1】（2017年，全国卷Ⅰ，第30题节选）植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题：

（2）若将甲种植物密闭在无O2，但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是_______________________________________________________________________________________ 。

【分析】根据题干和“因果关系语言表达分析模型”，学生可得出结论：自变量是照光培养一段时间，因变量是有氧呼吸增加。结合“光合作用与细胞呼吸关系模型”“因果关系语言表达分析模型”进一步分析并构建“植物在光照下有氧呼吸增强的因果关系模型”（如图5），然后用“因果关系语言表达模型”组织语言回答，即照光培养一段时间后（题干），光反应过程释放的氧气增多，氧气参与有氧呼吸第一、二阶段产生［H］的反应增加（本质），有氧呼吸第三阶段增强，有氧呼吸强度增加（结论）；最后与官方高考答案（甲种植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加）进行比较发现，利用上述模型组织因果关系语言表达，与高考参考答案基本一致。

图5 植物在光照下有氧呼吸增强的因果关系模型

【例2】（2018年，全国卷Ⅰ，第30题节选）甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图6所示。

图6

回答下列问题：

（2）甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是_________ ，判断的依据是________________________________________________________________________________________ 。

【分析】种植密度过大说明光照强度降低。根据题干信息可知，光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，结合“因果关系语言表达模型”组织语言进行回答，光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大（题干），种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大（本质），所以净光合速率下降幅度较大的植物是甲（结论）；最后与官方高考答案（甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大）进行比较发现，利用上述模型组织因果关系语言表达与高考参考答案基本一致。

3.3 巧用模型培养学生因果关系语言表达能力的教学活动效果分析

为了验证实际效果，笔者在2018年9月对我校2019届1、2、10、11、13、14、15、16、18班共528人（记为实验组）进行“巧建模型突破因果关系语言表达能力”教学活动；对我校2019届3、4、5、6、7、8、9、12、17班共536人（记为对照组）进行“非巧建模型突破因果关系语言表达能力”教学活动。以我校2019届考生2018年8月30日月考理综试卷第31题与2018年9月26日月考理综试卷第30题（两题均考查学生的光合作用因果关系语言表达的能力，且各自分值均为6分）得分为例，来分析和比较实验组与对照组的增分情况。

实验组班级分析统计数据如下（见表2）：

表2

对照组班级分析统计数据如下（见表3）：

表3

经过分析表明，实验组班级和对照组班级人均增分率分别为111.50%和27.88%，实验组班级增分效果明显，其增分率是对照组班级的4倍，这说明巧建模型并加以充分利用的教学活动有助于增强学生的因果关系语言表达能力。

4.小结

通过开展对“光合作用过程模型”“因果关系语言描述分析模型”“因果关系语言表达模型”的构建，探究和巧用模型解答高考生物试卷中的因果关系问题的教学活动，学生既锻炼了合作探究的能力，又提升了因果关系语言表达能力。这种方式有利于开发学生的逻辑思维，同样有利于基于核心素养下的高中生物学教学，能体现“立德树人、服务选才、引导教学”的核心功能和积极正确的育人导向。