遗传学布鲁姆认知阶层体系的建立
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摘要：遗传学教学是高校生物学课程的重要组成部分，所以有必要探讨通过遗传学布鲁姆认知阶层体系提高学生的认知水平。该体系的建立需要将遗传学知识学习与布鲁姆认知技能联系起来，难点是确定每个学习过程所代表的认知水平。
关键词：遗传学；布鲁姆；认知水平；目标教学
中图分类号：Q3-0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）28-0055-02
一、布鲁姆认知阶层体系的含义
布鲁姆教学目标系统涵盖认知领域、情感领域和动作领域，认知领域的教学目标从低到高、从简单到复杂分别是知道、意会、应用、分析、综合和评价[1]，转义为教学应培养的不同水平的认知能力。“知道”停留在对事物的初步辨认层面，其技能表现是列举、引用、命名、定义等。“意会”涉及浅层的理解，其典型技能是描述和解释。“应用”有点像“生搬硬套”，其典型技能是图示、计算和预测。“分析”则指向构成要素、相互关系甚至作用原理，其典型技能是对比和辨别。“综合”就是要体现创造性，其技能特征是设计、开发、规划和提议。“评价”就是在融会贯通的情况下指出事物的本质或者明确其特点，其典型技能是证明和辩护。
布鲁姆认知阶层体系既可以指导平时教学，也可以运用到考试测验；既可以指导教师，也可以用于学生自测。布鲁姆认知阶层体系贯穿整个教学过程，从而避免各种错位的情况下，学生一方面练习了高水平认知技能，另一方面乐于接受高水平认知技能测试，这非常有利于学生认知水平的提高。
二、布鲁姆认知水平的确认
建立布鲁姆认知阶层体系时要注意区分“意会”和“分析”这两个认知水平，因为它们包含了同样的技能表现。譬如比较，它会位于其中任何一个水平，这取决于比较的深度。例如，学生通过图片本身判断哪条曲线代表DNA链有最高的熔解温度是一个意会水平的问题，而指出哪条曲线代表着最高的GC含量则因需要额外的碱基配对稳定性知识而是一个分析水平的问题。此时的一个有益的做法是找出学生必须知道的每个知识点，例如意会要求学生识别每条曲线的熔解点，分析还要求学生联想到碱基配对、稳定性、能量等与温度的关系。
應用水平的技能表现变化幅度较大。例如，普通化学中的应用水平的问题大多数时候在检查机械记忆和对变量明确的公式的运用。与此同时，生物化学的应用水平的问题往往是应用概念、选择公式和决定变量，是一个多步骤的过程。有时候，“应用”被进一步分为低水平和高水平应用，并且可以通过两个不同的认知过程来区分。“执行”，只涉及用程序性知识解决熟悉的问题；“实施”，要求用概念性和程序性知识去面对不熟悉的问题。例如，低水平的应用问题要求学生把已知的数值代入等式去求米氏常数并且作图，而在高水平应用中学生必须从概念上知道酶抑制剂的类别，然后选择公式并画出反应曲线。
认知水平的确定有一个“就高不就低”的原则，譬如一个需要“知道”、“意会”、“应用”和“分析”技能的问题最终应定在分析水平[1]。这个原则与“知道”、“意会”和“应用”的相互包含关系有一定的联系，因为通常来讲回答一个“应用”水平的问题需要前两个“水平”的认知技能。“知情则降级”的原则说的是，一个需要分析水平相关技能的问题在学生已经知道其答案的情况下也只能代表知道这个水平的认知能力。总之，确定布鲁姆认知阶层体系的认知能力水平时，必须明白学生为了回答问题要掌握什么或者完成什么。
三、建立遗传学布鲁姆认知阶层体系的程序
布鲁姆认知阶层体系建立始于与特定学科或专门领域的结合，终于反复完善直至高度的稳定性。在前一阶段，首先要将认知技能通过专业的测评条目表述出来。譬如，在DNA双螺旋模型的提出中，沃森和克里克的综合能力让人叹服。这一阶段的第二步是表面效度检测，通常是把认知技能相关的所有测评条目给没有相关专业知识的新生浏览，让他们评判条目内容与所涉学科或者领域的相关性。最后一步是将初步形成的布鲁姆认知阶层体系的原型送给擅长布鲁姆教育理论的专家并让其审阅。在第二阶段，首先根据原型独立编码出不同版本的布鲁姆认知阶层体系并在实际教学中检验其效果。经过反复测试和修改，不同版本之间的百分一致性要达到80%以上，并且卡巴值要大于0.75。如果是跨学科的认知阶层体系，还要在不同的学科教学中检查它的通用性。
在编写遗传学布鲁姆认知阶层体系的过程中，我们首先认真学习了多本遗传学教材，做到了基本把握遗传学知识架构、对经典的遗传学发展轨迹了然于胸。然后，我们列出遗传学知识测试条目，并精心地为它们确定对应的认知技能，最终赋予它们不同的认知水平。我们为每堂课设置了六个代表不同认知水平的问题，并且为了形成即时性评价，这些问题在相关的讲解之后马上用于测验。我们制定的遗传学认知阶层体系也用于指导考试，从而通过教考对比调整知识点的时间和精力分配以及将教学维持在高水平认知。
四、建立遗传学布鲁姆认知阶层体系的维度
我们尝试从三个维度编写遗传学布鲁姆认知阶层体系。
一是问题类型。标注图表至多是应用水平的认知技能，填空和判断题至多可测试分析能力[1]。简答和论述题可测试所有水平的认知技能。多选题可用于综合水平之外的所有认知技能的测试，“知道”和“意会”水平的多选题的显著区别是有无干扰项。
二是从题目设计入手编制遗传学布鲁姆认知阶层体系。同样是计算题，“知道水平”的设计是观察等式两边数值的变化，“意会水平”的问题是指出等式的变量，“应用水平”的计算是选择等式或者变量，“分析水平”的计算是指出等式或者变量的生物学意义，“综合水平”的问题是提出新的等式，“评价水平”的计算题设计为问题解决的数学方案的优势和不足[1]。同样是考察对哈-温平衡定律的理解，“知道水平”的问题是已知一个等位基因的频率求出另一个等位基因的频率，“意会水平”的问题是说出该定律的前提条件，“应用水平”的设计是已知隐性等位基因的频率求出携带者的人群比例，“分析水平”的问题设计成判断一个群体是否处于哈-温平衡状态，“综合水平”的问题是写出包含三个等位基因的哈-温平衡公式，“评价水平”的问题设计是对哈-温数据进行统计检验。 最后是学生活动。“知道水平”的活动有标注图表、列举特征、辨别结构、卡片测验、分类配对、抄写定义等[1]。“意会水平”的活动有用自己的话复述以及举出一个新的例子。“应用水平”的活动主要是思考增加或剔除一个系统成分或者形状及过程改变的后果。“分析水平”的活动有解释原始数据、辨别前提和原理、比较思想或者概念、概念作图。“综合水平”的活动有提出假设、设计实验、建立模型、联系事实与概念。“评价水平”的活动有写出他人作品的特点和不足。以上是学生个人的活动，针对不同水平的认知也设计了小组活动。小组活动的基本模式是相互检查和批判，但是在“知道水平”可以把他人的卡片拿来一起做测验，在“应用水平”可以轮流给组员讲述一个生物学过程，在“综合水平”可以汇总他人的结果最终形成一个新的模型。
从以上三个维度出发，在兼顾学科知识完整性的同时，我们在实际教学中建立了遗传学布鲁姆认知阶层体系。大肠杆菌操纵子是微生物适应环境而调控基因表达的重要机制，教科书中常见的是乳糖操縱子和色氨酸操纵子，我们从问题类型、题目设计和学生活动对其教学建立了布鲁姆认知阶层体系。认知水平从知道—意会—应用—分析—综合—评价几方面进行测评，测评条目分别为：知道——a.从乳糖操纵子图片中识别操纵基因，b.大肠杆菌色氨酸操纵子已知的两种调控机制是（）和（）；意会——a.调节蛋白与（）结合后β-半乳糖苷酶几乎不转录；与（）结合后不再阻止RNA聚合酶，b.说出调节蛋白在缺乏色氨酸时的行为；应用——a.调节蛋白多于异乳糖时β-半乳糖苷透析酶的活性高还是低？b.如果衰减子的1区和2区之间的距离加大，衰减作用是增强还是减弱？分析——a.概念作图将乳糖操纵子和色氨酸操纵子联系起来，b.色氨酸合成酶的转录会下降70—700倍，为什么降幅变化如此大？综合——a.画出调节蛋白基因无义突变时对乳糖的反应曲线，b.设计组氨酸的衰减子；评价——a.调节基因是乳糖利用的关键因素，b.乳糖操纵子和色氨酸操纵子没有共同点。
总之，为了提升学生的认知能力，有必要在遗传学教学中运用布鲁姆认知阶层体系。布鲁姆认知阶层体系有较为明确的实施步骤和注意事项，因而容易改编、稳定性强。我们初步制定了遗传学布鲁姆认知阶层体系，这必将推动学科知识的传承、提升学生的认知水平[2]。
参考文献：
[1]Crowe A，Dirks C，Wenderoth MP.Biology in bloom：implementing bloom's taxonomy to enhance student learning in biology[J].CBE Life Sci Educ，2008，7（4）：368-81.
[2]李贵生.布鲁姆认知理论在遗传学教学中的应用[J].教育教学论坛，2016，（33）：140-141.
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