山东高考生物学遗传学劣构性问题的命题特点与教学建议

 

作者：程涛 徐祥孔

摘要：生物学问题可以分为结构良好问题(良构问题)和结构不良问题(劣构性问题),两者对于培养学生的科学思维和探究能力都具有重要意义。本文以近五年山东省普通高中学业水平等级考试生物学试题中有关遗传学的劣构性问题为研究对象,分析其命题特点及在测评学生生物学核心素养中的作用,为一线师生提供教育教学和备考启示。

科学思维是生物学核心素养的重要内容,要培养学生尊重事实和证据,崇尚严谨和务实的求知态度,以及运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。“假说-演绎法”作为现代科学研究中常用的一种科学方法,贯穿于整个遗传学的研究学习和考查过程。它注重培养学生在观察和分析的基础上提出问题,再通过推理和想象提出解释问题的假说,然后根据假说进行演绎推理,最后通过实验检验结论正确与否的逻辑思维能力。本文将基于“假说-演绎法”对近5年高考山东卷生物学试题中有关遗传学劣构性问题进行分析研究并提出教学建议。

1 劣构性问题的特点和功能

从认知心理学角度出发,可将问题分为良构问题和劣构性问题。典型问题一般包括初始状态、解决方式和目标状态3个要素。初始状态即问题的已知条件,解决方式包括问题解决的途径和方法,目标状态即问题解决的最终结果。良构问题指上述3个要素都明确。如果有一个要素不明确,其对应的问题就是劣构性问题。

当前高考多采用结构良好的试题,即设问指向明确,聚焦特定概念,答案固定唯一,命题和阅卷难度较小,易做到客观公平。但该类试题思路单一,答案封闭,不利于测量学生创造性解决问题的能力,在强调素养立意的新高考中存在明显不足。劣构性问题因其概念和原理不明确,有冗余或不足的信息,需要学生深度融合知识后才能准确表达自己的观点^[3],所以对学科素养的测评具有重要价值。

2 山东卷生物学高考试题中遗传学劣构性问题考查情况分析

在山东卷生物学遗传题中,劣构性问题主要表现为“不确定性”,如“在染色体异常行为基础上的染色体分配不确定性问题”等(表1)。这些不确定性增加了思维含量,使答案变得开放多样,符合劣构性问题的基本特征。

表1 2020年以来山东高考遗传学劣构性问题考查情况

典型遗传学劣构性问题	试题分布	关键能力考查
在染色体异常行为基础上的染色体分配不确定性问题	2020年第6题2021年第8题2022年第6题2024年第17题2025年第22题	(1) 信息获取与理解能力(2) 逻辑推理与论证能力(3) 语言表达能力(4) 实验探究与分析能力(5) 解决实际问题的能力
基因型及基因位置的不确定性问题	2021年第17题2022年第7题2023年第18题
目的基因导入受体细胞的位置及数目的不确定性问题	2020年第23题2021年第5题2022年第22题
基因位置不确定性基础上的随机交配问题	2023年第23题2024年第23题

3 遗传学劣构性问题的教学建议

针对遗传学劣构性问题,学生只有熟练掌握教材基础知识和基本模型,才能根据题目条件提出合理假说,迅速找到演绎推理的方向并逐一验证分析。

3.1 基于学情分析,明确学习短板和教学目标

学生在面对复杂的多解性问题时存在的不足包括:①信息获取与内化能力较弱;②基础模型熟练程度不够;③假说-演绎和逻辑穷举思维的应用不熟练。这些严重影响了学生的解题速度。

根据劣构性遗传题的特征和学情,教学目标制定如下:①通过对典型劣构性遗传题的研究,指导学生挖掘关键信息,精准定位考点;②通过激活学生已有认知中的基本模型,将其快速应用于新问题的解题实践;③通过优化模型建构,锻炼学生根据限定条件进行逻辑穷举的能力。

3.2 基于典型劣构性问题分析,提升学生科学思维品质 具体教学建议如下:

3.2.1 在染色体异常行为基础上的染色体分配不确定性问题分析

例1(2023年山东卷第6题)减数分裂Ⅱ时,姐妹染色单体可分别将自身两端粘在一起,着丝粒分开后,2个环状染色体互锁在一起(图略)。2个环状染色体随机交换一部分染色体片段后分开,分别进入2个子细胞,交换的部分大小可不相等,位置随机。某卵原细胞的基因组成为Ee,其减数分裂可形成4个子细胞。不考虑其他突变和基因被破坏的情况,关于该卵原细胞所形成子细胞的基因组成,下列说法正确的是( )

A. 卵细胞基因组成最多有5种可能

B. 若卵细胞为Ee,则第二极体可能为EE或ee

C. 若卵细胞为E且第一极体不含E,则第二极体最多有4种可能

D. 若卵细胞不含E、 e且一个第二极体为E,则第一极体最多有3种可能

试题分析:本题以“减数第二次分裂过程中染色体的分离异常”为情境,要求考生从细胞水平了解生命的延续性。掌握减数分裂各时期染色体行为变化,理解同源染色体非姐妹染色单体互换、同源染色体分离、姐妹染色单体分离是解题的关键。

问题引领:引导学生回顾减数分裂过程,梳理题干中“互锁染色体”的形成与断裂过程中相关染色体行为并提问:在减数分裂时,互锁染色体的形成可能会导致哪些基因型的变化?如何通过模型建构推断子细胞的基因型?

教学建议:

(1) 知识梳理,明确方向。教师引导学生重点回顾减数分裂Ⅰ过程中同源染色体的行为和减数分裂Ⅱ过程中姐妹染色单体的行为,可通过课件展示染色体行为模型,帮助学生重构思维框架,快速抓住问题关键,明确考查方向。

(2) 真题解析,提升能力。引导学生通过模型建构进行逻辑穷举,推断子细胞的基因型:①明确问题,找关键词(随机交换等);②引导学生做出假设,将E、 e基因标注在图1中,并构建互锁染色体断裂前后的染色体行为模型;③穷举子细胞所有基因组成情况;④逻辑推理验证假设,排除错误选项。

图1 卵原细胞减数分裂过程中子细胞基因型推测

(3) 拓展训练,强化思维。在原题的基础上延长思维路径:若上述卵原细胞与正常Ee精原细胞产生的精子结合,则受精卵有哪些基因型?学生继续逻辑穷举,在兼顾重复的情况下写出所有配子间的组合方式(表2)。

表2 配子间组合方式

♀	♂
	Ee	E	e	EE	Ee	0
E	EEe	EE	Ee	EEE	Eee	E0
e	Eee	Ee	ee	EEe	eee	E0

(4) 总结提升,经验巩固。引导学生反复研做真题,总结该类问题的解题策略,特别要强调模型建构的重要性。

(5) 方法应用,真题体验。展示2024年山东卷第6题,进一步强化学生运用所学方法解决问题的能力。

3.2.2 基因型及基因位置的不确定性问题分析

例2(2021年山东卷第17题)小鼠Y染色体上的S基因决定雄性性别的发生,在X染色体上无等位基因,带有S基因的染色体片段可转接到X染色体上。已知配子形成不受S基因位置和数量的影响,染色体能正常联会、分离,产生的配子均具有受精能力;含S基因的受精卵均发育为雄性,不含S基因的均发育为雌性,但含有两个Y染色体的受精卵不发育。一个基因型为XY^S的受精卵中的S基因丢失,由该受精卵发育成能产生可育雌配子的小鼠。若该小鼠与一只体细胞中含两条性染色体但基因型未知的雄鼠杂交得F₁,F₁小鼠雌雄间随机杂交得F₂,则F₂小鼠中雌雄比例可能为

A. 4∶3 B. 3∶4 C. 8∶3 D. 7∶8

试题分析:本题以“小鼠染色体上的S基因及性染色体的传递特点”为情境,考查伴性遗传等相关内容,需要学生依据性染色体传递特点,运用演绎与推理、分析与综合等科学思维方法来分析。

问题引领:教师引导学生回顾性染色体传递规律,梳理题目中未知基因型个体与XY雌性杂交的后代情况并设问:如何根据F₁自由交配得出F₂的表型及比例?如何确定亲本和F₁的基因型?影响正确判断的因素有哪些?

教学建议:

(1) 知识梳理,明确方向。引导学生重点回顾性染色体的传递规律、棋盘法的快速书写技巧,同时强调模型建构的重要性。

(2) 真题解析,提升能力。引导学生通过限定条件进行逻辑穷举,推断子代基因型:①明确问题,抓关键词(S基因的位置、YY致死情况等);②提出假设,穷举未知基因型雄性所有可能的基因型(XX^S、 XY^S、 X^SY三种情况);③验证假设,通过棋盘法写出F₂的所有基因型并运算(情况1:XX^S与该小鼠杂交得F₁分别为1/4XX、 1/4XX^S、 1/4XY和1/4X^SY, F₁产生的雌配子中有3/4X和1/4Y,雄配子中有1/4X、 1/2X^S和1/4Y,雌雄配子随机结合得F₂中雌雄比例为7∶8;情况2:XY^S与该小鼠杂交得F₁分别为1/3XX、 1/3XY^S、 1/3XY和YY^S(受精卵不发育),F₁产生的雌配子中有3/4X和1/4Y,雄配子中有1/2X和1/2Y^S,雌雄配子随机结合得F₂中雌雄比例为4∶3;情况3:X^SY与该小鼠杂交得F₁分别为1/3XX^S、 1/3XY、 1/3X^SY和YY(受精卵不发育),F₁产生的雌配子中有1/2X和1/2Y,雄配子中有1/4X、 1/2X^S和1/4Y,雌雄配子随机结合得F₂中雌雄比例为3∶4)。

(3) 拓展训练,强化思维。2024年安徽卷第12题有着相同的考查思路,可对学生进行拓展训练。

(4) 总结提升,经验巩固。在进一步强化理解劣构性遗传题解题策略的同时,强调快速获取关键信息和熟练掌握遗传图解书写方法的重要性。

(5) 方法应用,真题体验。利用2023年山东卷第7题,进一步强化巩固应用。

4 总结与反思

劣构性遗传题的解决过程模拟了真实科研场景,即从观察现象→提出假说→演绎推理→实验验证的完整科学探究路径,具有比良构性问题更好的选拔功能。在教学中,这类问题对于学生批判性思维与逻辑推理能力的深化、创造性思维与模型建构能力的提升、系统性思维与科学探究素养的养成等方面都具有很高的育人价值。在复习课过程中,教师可通过设计一系列梯度问题,引导学生基于基本模型,穷举所有可能,并通过逻辑排除法筛选、确定合理答案。这不仅强化了学生对遗传学核心概念的理解,更培养了其严谨的推理能力和对不确定性问题的科学态度。这种“模型驱动”的解题策略,既能促使学生将抽象知识转化为可视化框架,培养其从碎片化信息中总结规律、设计解决方案的创新素养,又为其未来参与科研或解决复杂现实问题奠定基础。

来源：程涛,徐祥孔.山东高考生物学遗传学劣构性问题的命题特点与教学建议[J/OL].生物学教学,1-3[2026-02-15]. https://link.cnki.net/urlid/31.1009.G4.20260213.1702.008.