本刊2024年第9期刊发的《用劣构问题促进学生的问题解决能力——以“环境因素参与调节植物生命活动”为例》一文，从劣构问题出发，重新定义并转化为良构问题，开展探究活动，有效促进学生生物学学科核心素养的发展，本期荐读。
用劣构问题促进学生的问题解决能力
——以“环境因素参与调节植物生命活动”为例
杨彩云 郭爱平（对外经济贸易大学附属中学）
以“植物能‘看见’光吗？”这一劣构问题作为出发点，通过重新定义，将问题完善并转化为学生熟悉的良构问题“探究光质对种子萌发的影响”；从学生已有的认知出发，通过探究红光对种子萌发的影响，理解环境、基因、激素、植物生命活动之间的关系；最后，通过介绍我国某植物工厂，了解“光对植物生命活动调节”的应用，增强民族自信、科技自信。
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学生面对生活中宽泛、模糊、复杂的现实问题，往往不知道如何将问题与所学知识结合。戴维·乔纳森提出“教育的未来应该把焦点放在有意义的学习上，放在学生学会怎样推理、决策和解决我们生活中随处可见的复杂问题上，换句话说，教育唯一合法的目标就是问题解决”，他把问题分为良构问题和劣构问题。良构问题即有清晰界定的问题，给出了限定性条件或某个具体的细节，有相对确定的答案。劣构问题是指界定不明确的问题，没有明确的结构或要求，也没有固定的理论和原则以及明确的解决方法。良构问题和劣构问题在问题的起始状态、目标状态、问题解决路径等方面均不相同，例如，“探究影响酶活性的条件”一节探究式教学中，“影响酶活性的条件”的起始状态和目标状态清晰，就是一个良构问题；“探究影响酶活性的条件”一节情境教学设计中，“菠萝‘蛰嘴’怎么办”因其问题起始状态和目标状态均模糊，就是一个劣构问题。劣构问题通常是真实情境的再现，更符合学生在生产和生活实际中遇到的问题，因此劣构问题更能真正培养学生的问题解决能力。
在解决劣构问题的过程中，不仅要从思想方法方面，重新定义问题，将问题结构进行完善与转化，还要从知识方面对知识进行重构，将不同知识进行整合，设计问题解决的思路。本节内容选自人教版高中生物学教材（2019年版）选择性必修1《稳态与调节》第5章第4节“环境因素参与调节植物的生命活动”，对应《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修1“稳态与调节”模块内容要求的次位概念1.6.4“概述其他因素参与植物生命活动的调节，如光、重力和温度等”。本文通过“植物能‘看见’光吗？”引入，从问题解决的方法层面引导学生将劣构问题拆解成具体、清晰、可解决的一系列子问题，然后从知识和能力层面，与问题所涉及的“光参与调节植物生命活动”等知识结合，通过探究红光对种子萌发的影响，理解环境、基因、激素、植物生命活动之间的关系，掌握解决问题的方法；通过探究红光抑制转录因子PIF1的作用促进种子萌发，掌握3个变量的实验设计方法；通过我国某植物工厂了解如何应用“光对植物生命活动调节”的知识，增强民族自信、科技自信。帮助学生理解和掌握光等因素对植物生命活动的调节作用，提高运用知识解决实际问题的能力。
教师提出日常生活中可能产生的疑问：植物能“看见”光吗？学生通过植物激素的学习，知道植物具有向光性，在单侧光的照射下，能向着光源方向生长。教师继续提出疑问：植物幼嫩的茎、胚芽鞘等能“看见”光吗？还未长出茎的种子能看见光吗？如何探究？教师引导学生拆解“如何衡量植物种子是否能‘看见’光？”这一问题，学生思考发现，如果种子萌发则说明植物种子能“看见”光，进而将问题转换成“探究光对种子萌发的影响”。学生根据课题讨论发现，可以研究的方向有“光照时间的长短对种子萌发的影响”“光照强度对种子萌发的影响”“光照有无对种子萌发的影响”“光质对种子萌发的影响”等。教师引导学生将目光聚焦在光质对莴苣种子萌发的影响上，并展示科学家利用红光和远红光交替照射莴苣种子的实验结果（表1）。
学生根据实验结果得出结论：红光促进莴苣种子的萌发，远红光能逆转红光的效果。红光如何促进种子萌发？学生讨论发现，其包含2个子问题：植物如何接收红光？接收红光后如何促进种子萌发？至此，劣构问题的拆解完成。
针对“植物如何接收红光？”这个问题，教师展示资料1：1959年，科学家利用新制成的双波长分光光度计观测到，对黄化玉米幼芽或其蛋白提取液照射红光后测量发现，其在红光区的吸收减少，远红光区的吸收增加；而照射远红光后在红光区的吸收增加，在远红光区的吸收减少。这种吸收差异的光谱变化，可以反复发生多次。学生推测植物体内接收红光的情况。假设1：可能有2种色素a和b，分别吸收红光和远红光，照射红光后，色素a减少，色素b增多，因而在红光区的吸收减少，在远红光区的吸收增加，照射远红光后则相反。假设2：可能有1种单一色素，存在2种形式，“休息”状态和“工作”状态，分别吸收红光和远红光，照射红光后，“休息”状态转变成“工作”状态，故在红光区的吸收减少，在远红光区的吸收增加，照射远红光后则相反。
教师由此引出光受体——光敏色素，远红光照射下光敏色素处于“休息”状态，红光照射下会转变成“工作”状态。教师引导学生探讨光敏色素在种子的哪个部位？通过学习，学生将问题转换成“种子的哪个部位感受光进而使种子萌发”，并借鉴胚芽鞘感光部位的实验探索思路，可以依次暴露出目标部位，其余部位用锡箔纸遮住，用光照射，检测种子的萌发率。教师讲述科学家利用极细的光线照射种子的各部位，发现只有胚轴部位才能感受发芽的刺激。接着引导学生探讨光敏色素在细胞中的定位，出示图1（见封三）。教师补充信息：光敏色素一般在细胞质中以“休息”状态存在。学生分析图1发现，当红光照射3h后，光敏色素（绿色）出现在细胞核中，当远红光照射7h后，光敏色素（绿色）从细胞核中消失。因此可以推测，光敏色素经红光照射后，由“休息”状态转变成“工作”状态（由资料1可知），并从细胞质转移到细胞核中。
光敏色素接收红光后如何促进种子萌发？学生联系之前学过的植物激素的内容，知道赤霉素能促进种子萌发，因此推测，红光通过促进赤霉素的合成促进种子萌发。
教师展示资料2：PIF1是赤霉素合成酶基因的转录抑制因子，存在于细胞核中，已知光敏色素能在体外与PIF1直接结合。学生根据资料2推测红光被光敏色素接收后，可能与PIF1结合，进而抑制PIF1的作用，促进种子萌发，并设计实验证明。学生分析实验的自变量为是否含有PIF1，因变量为种子的萌发。因此实验设计如下：选取正常种子、PIF1失活种子和PIF1过表达种子，分别用红光和远红光照射一段时间（5min），其他条件相同且适宜，测量种子的萌发情况。预测实验结果：正常种子在红光照射后萌发，远红光照射后不萌发；PIF1失活种子在红光和远红光照射后均萌发；PIF1过表达种子在红光和远红光照射后均不萌发。
植物种子“看见”光有什么意义？教师展示资料3：树林内的远红光多寡间接反映了林冠层的郁闭情况,如果长时间内都保持较多的远红光, 说明上层遮阴比较严重,物种竞争较为激烈,有助于避免需光种子在高竞争环境下萌发。
由此可见，植物“看见”光是适应环境的一种体现。学生在黑板上总结红光促进种子萌发的机制（图2），并阐明环境、基因、激素、植物生命活动之间的关系。
学生课前用不同植物种子进行了“光照有无对种子萌发的影响”实验。教师展示学生的实验结果，学生发现不同植物种子对光的需求不同，有的种子需要光才能萌发，有的种子有光、无光都能萌发，还有的种子避光才能萌发，从而打破学生的思维定势。光除了影响种子萌发外，还影响植物的哪些生命活动？教师补充光对植物开花、叶绿体发育和形态建成的影响。
学习知识最终是要解决问题，为生产、生活实践服务。如何应用“光对植物生命活动的调节”的知识解决问题？教师介绍我国某植物工厂，其核心技术正是通过调节LED光谱为不同植物“量身定制”光照，进而提高植物的产量、延缓植物的衰老、改善植物的品质，实现无需土壤、零污染、高效率、周期短、智能化的未来农业生产新模式，以此增强学生的民族自信、科技自信。此外，其他环境因素如温度、重力对植物生命活动也有影响，学生通过自行阅读教材了解相关内容。
劣构问题形式新颖、开放，挑战性强，更易引起学生的共鸣，同时，劣构问题的解决过程鼓励学生多角度提出多样化的观点，有利于激发学生的学习兴趣、动力，促进学生科学思维的发展。
本文以“环境因素参与调节植物生命活动”为例，介绍了利用劣构问题开展教学的实践，能够将学生的真实问题进行转化，为学生应用课本知识解决劣构问题提供了示范，解决了所学知识与生活实际脱节的问题。通过重构知识，循序渐进地解决问题，深化学生的生命观念，发展其科学思维，对于一线教师具有借鉴意义。
本次推送仅节选了文章部分内容，全文阅读详见本刊2024年第9期。欢迎订购！