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逻辑推理在代谢信息题中的应用教学案例及分析
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湖北省武昌实验中学  苏琼  
    1   教学背景
    高三二轮复习除了需要进一步夯实基础,更重要的是帮助学生突破难点,从思维方法上给予指导,增强学生解难题的信心。细胞代谢是课本的主干知识,也是高考的重点,所占分值比重较大。此部分试题能集中考查新课标理念的理解、实验与探究、获取信息、综合运用四大能力,因此难度大、区分度也大。题干往往设定在新情境下,多以实验为背景。试题呈现形式为文本、图像、数据三类信息相结合,阅读量大。试题答案不一定是课本中的核心概念关键词,往往需要学生进行良好的逻辑推理。逻辑推理能力的培养也是高中生物教学目标之一,考试说明对此作的要求是“能运用所学的知识与观点,通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理、作出合理的判断或得出正确的结论。”
    从学生解题的感受来看,短时间准确获取题干有效信息就有困难。从高考阅卷分析来看,学生答题存在的主要问题是不能准确建立原因与结果的逻辑关系,对生理过程分析不准确或不严密。所以在二轮复习中精心设计代谢信息题的习题课,力求从方法上进行突破。
    2   课堂教学实例
    习题课上好不容易。首先教师要选好典型、有代表性的习题,近几年的高考试题可以选为例题。其次,在学生限时训练的基础上促使学生总结出试题呈现的特点,考查的意图,设问的特点,并及时了解学生解题中的疑问和难点。在做好以上准备的基础上,教师还得精心设计习题课的课堂教学,做到有的放矢,才能使学生学有所获。
    例(2011大纲全国卷)为探究不同条件对叶片中淀粉合成的影响,将某植物在黑暗中放置一段时间,耗尽叶片中的淀粉。然后取生理状态一致的叶片,平均分成8组,实验处理如下表所示。一段时间后,检测叶片中有无淀粉,结果如下表。
编号
组1
组2
组3
组4
组5
组6
组7
组8
处理
葡萄糖溶液浸泡
溶液中通入空气
葡萄糖溶液浸泡溶液中通入CO2和N2
蒸馏水浸泡
水中通入空气
蒸馏水浸泡
水中通入CO2和N2
光照
黑暗
光照
黑暗
光照
黑暗
光照
黑暗
检测结果
有淀粉
有淀粉
有淀粉
无淀粉
有淀粉
无淀粉
有淀粉
无淀粉
    回答问题:
(1)光照条件下,组5叶片通过         作用产生淀粉;叶肉细胞释放出的氧气来自于         的光解。
(2)在黑暗条件下,叶片能进行有氧呼吸的组别是        
(3)组2叶片中合成淀粉的原料是         ,直接能源物质是         ,后者是通过         产生的。与组2相比,组4叶片无淀粉的原因是                        
(4)如果组7的蒸馏水中只通入N2,预期实验结果是叶片中      (有、无)淀粉。
【答案】(1)光合    H2O    (2)组2和组6    (3)葡萄糖   ATP   有氧呼吸  
组4叶片不能进行有氧呼吸,淀粉的合成缺少ATP  (4)无
【教师设问】首先,请同学们读题干,你能获取什么信息?
【学生回答】如图已知8组的实验条件和实验结果。
【教师引导】其实,透过题干的字面,我们还知道什么信息?
【学生回答】植物在黑暗中放置一段时间,耗尽叶片中的淀粉,排除了原有淀粉对结果干扰,属于无关变量的控制。
【教师设问】解题时当我们已知条件和结果时,需要推理出其中是什么生理过程导致相应的结果。同学们根据表格思考从条件入手推理还是从结果入手推理更容易?为什么
【学生回答】从结果入手推理好,因为8组条件都不一样,但结果只有两种,有淀粉和无淀粉。
【教师设问】哪种结果是很熟悉的?能推出相应的生理过程和条件吗?
【学生回答】光照和二氧化碳条件下叶片通过光合作用产生淀粉
【教师板书】同学的回答可以通过以下图示展示其清晰的逻辑推理过程:

生理过程
光合作用
 

结果
有淀粉
条件
光照、CO2
 

 
 
 
 

【教师设问】哪些组的条件、生理过程与以上推理相符?哪些组的条件却与以上推理不相符?这意味着什么?
【学生回答】相符: 组1、组3、组5、组7;不相符:组2;淀粉生成还可以有其他的条件和生理过程
【引导学生分析回答】当我们不清楚时,可以在设问中再次提取信息:
“第(3)问前两空组2叶片中合成淀粉的原料是         ,直接能源物质是         
不看题都知道答葡萄糖、ATP。”
“第三空“后者是通过         产生的” 由表格知第2组实验条件为有氧可知生理过程是有氧呼吸。”
【教师讲解】小结:由设问可知产生淀粉的别的条件可以是葡萄糖和ATP,生理过程是葡萄糖到淀粉的物质合成。那么,请一位同学来分析第(3)问的第四空。
【学生回答】组4实验条件没有氧气,叶片不能进行有氧呼吸,淀粉的合成缺少ATP
【教师设问】与组2比,组6、组8无淀粉的原因,试分析?
【学生回答】组6淀粉合成缺少葡萄糖,组8没有葡萄糖也没有氧气,叶片不能进行有氧呼吸,淀粉的合成缺少葡萄糖和ATP
【教师设问】再请一位同学将第(4)问分析一下。
 
【学生回答】已知条件是蒸馏水和氮气,不满足以上淀粉合成的条件,所以答案是无。
【教师讲解】可见,我们只有逻辑推理出条件、结果以及相应生理过程才能帮助我们顺利的作答。
 
    3   教学策略反思
    3.1信息获取策略
    解答考题首先是读题,即获取信息,这也是学生很困惑的。这就要解决两个问题:一什么样的信息是与解题相关的,是有效信息?二从哪里获取信息?从上例习题教学不难看出:引导学生意识到与条件、结果以及生理过程相关的信息才是顺利进行逻辑推理进而解题的有效信息。信息除了在学生熟悉的题干中,还可以在表格、坐标曲线或示意图中,这一类往往需要图文转换,更不要忽视的是当题干和图表信息都不足以解答试题时,还要学会尝试从设问中提取隐藏信息,上一题的设问极有可能就是下一题答题的“钥匙”。如在上例中分析得出淀粉的合成除了熟悉的光合作用还有其他的生理过程,这就需要通过设问中的信息获知。
    3.2难点突破策略
    学生们普遍感到高考题中常见的一种设问方式也是最没把握答好的就是原因分析。学生要想回答得准确到位,抓住关键词是困难的。如何才能有效突破这个难点?
    3.2.1牢固掌握细胞代谢的生理过程和相关规律是突破难点的基础。
    在细胞代谢中有许多的生理过程,比如小分子物质物质跨膜运输的生理过程,大分子物质胞吞、胞吐方式的生理过程,光合作用中光反应和暗反应的生理过程,细胞呼吸中有氧呼吸和无氧呼吸的生理过程,有氧呼吸的一二三阶段,细胞内物质的合成和分解过程,动物细胞渗透作用吸水失水,植物细胞质壁分离和质壁分离复原的生理过程,等等。
    关于细胞代谢的生理过程,学生应该牢固掌握它们进行的充分必要条件是什么?会产生什么结果?当条件改变时,生理过程会发生怎样的变化,结果又会发生什么样的改变?比如跨膜运输有三种方式,自由扩散、协助扩散和主动运输,他们分别在什么条件下进行?哪些物质是通过哪种方式运输的?比如光合作用、呼吸作用每个阶段所需的条件以及结果,各阶段之间的区别和联系,当条件变化时,结果怎样变化等等。
    3.2.2培养良好的逻辑推理能力是突破难点的关键。
    学生们在数学中系统学过逻辑推理,它是由一个或几个已知的判断,推导出一个未知的结论的思维过程。可以用公式表述为:如果P,那么Q。这一公式生物学代谢专题怎么理解?
例(2008大纲全国)缺氧条件下,根对该矿质元素的吸收量      ,原因是         。【答案】减少  主动运输需要能量,缺氧时根细胞呼吸作用降低,产生能量减少。
解答时,可以通过以下图展示清晰的逻辑推理过程模型:

生理过程:
有氧呼吸减弱,
可以进行无氧呼吸
 

结果也是条件
ATP产生量减少
条件
缺氧
结果
矿质元素吸收量减少
生理过程:
主动运输减弱
 

 
 
 
 

    从上述例题分析中我们可以看出,要找出条件和相关的细胞代谢的生理过程,推出相应的结果。当然,也可以找出条件和结果,推出相应的生理过程,这就是简单推理的正推和逆推。更多的时候由某些条件,推出相应生理过程和结果,此结果又是另一个生理过程的条件,再推出下一个生理过程和结果,简单推理之间就构建成复合推理。可见,在细胞代谢中公式中的P就是条件和生理过程,Q就是结果。
教师可以让学生尝试迁移运用逻辑推理模型去解决除代谢专题外的其他专题高考试题(比如遗传专题、调节专题,甚至实验专题),但解题步骤都是一样的,即提取信息(有关条件、过程或结果的信息→进行推理→寻找隐藏信息→完善推理。通过加强训练,强化逻辑推理模型运用,从而提高学生逻辑推理能力,可以有效地突破细胞代谢以及其他专题中的信息题。
 
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