普通高中課程標準生物學科核心素養的測評研究

閆白洋

(上海市行知中學 201900)

隨著知識經濟的發展對未來人才的能力素養要求的不斷提高，培育核心素養成為世界各國基礎教育理論研究和實踐變革的大趨勢。經濟合作與發展組織(OECD)界定核心素養的內涵是“運用知識、技能和態度滿足特定情境中需要的復雜能力”[1]。我國制定的“核心素養”是指，“學生在接受相應學段的教育過程中逐步形成起來的適應個人終身發展與社會發展的人格品質與關鍵能力[2]”。教育部在2014年頒布的《教育部關于深化課程改革，落實立德樹人根本任務的意見》文件中，明確提出要“研究制定學生發展核心素養體系和學業質量標準”,“依據學生發展核心素養體系……完善高校和中小學課程教學有關標準”。并于2015年啟動全國課程標準核心素養的測評。

上海市在綜合教育改革中提出，基于全面質量觀的評價政策是推動核心素養課程改革的重要舉措，用中高考改革倒逼課程與教學改革[3]。生物學科的核心素養包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任，2016年高考上海生命科學試卷部分題目已經嘗試對學生核心素養進行測評，可為全國核心素養的評價提供思考。現研究分析如下：

1 科學探究核心素養的測評

科學探究核心素養是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論。在開展不同的工作中，都樂于并善于團隊合作。科學探究核心素養的測評要求是學生能否針對日常生活的真實情境提出清晰、有價值的和可探究的生命科學問題；能否基于對相關資料的查閱，設計并實施恰當可行的方案；能否運用多種方法如實記錄，并運用數學方法分析實驗結果；能否在團隊中起組織和引領作用，并運用科學術語精確闡述實驗結果，并展開交流。

例如，綜合第(六)題(2016年上海高考)：通過探究“尾損傷是否影響蝌蚪的游泳速度”完成對學生設計實驗、采集數據、分析實驗結果并得出實驗結論等科學探究核心素養的測評。原題如下：

【研究背景】蝌蚪遭遇捕食者攻擊時，尾部會發生不同程度的損傷。

【問題提出】尾損傷是否影響蝌蚪的游泳速度？

【研究假設】輕微尾損傷對游泳速度不會有明顯的影響。

【實驗設計】

(1)采集某地多個水塘中特定發育期的林蛙蝌蚪回實驗室飼養。對在多個水塘中取樣的最合理解釋是________。

A．擴大樣本數量 B．增加樣本種類

C．增加取樣隨機性 D．均衡性別比例

(2)為使蝌蚪更好地適應飼養箱環境，控制因素應包括________(多選)。

A．水溫 B．室溫 C．濕度 D．水生植物

(3)選尾部完整的蝌蚪，統一編號后分為3組，用于尾損傷處理。分組的最重要依據是________和________(從下列關鍵詞中選擇：蝌蚪顏色，尾長，來源地，游泳速度，蝌蚪編號)

根據尾損傷處理情況，將上述3組蝌蚪命名為輕微損傷組(QW)、嚴重損傷組(YZ)和對照組(不損傷，CO)，待傷口愈合后進行后續實驗。

【數據采集】記錄實驗數據，包括編號、組別、原始尾長、斷尾前游泳速度(V1)、斷尾后尾長以及斷尾后游泳速度(V2)。

【實驗結果】

(4)圖1所示實驗數據處理方式中，能支持研究假設的有________和________。

圖1 實驗數據處理方式

科學探究核心素養注重對學生實際探究或實驗過程中的行為表現進行測評，但是這種行為表現在當前評級制度中較難評價。只能通過具體情境測評學生科學探究過程中的表現。例如，此題中小題(1)～(3)測評學生的實驗設計能力，包括取樣、控制變量和分組依據；小題(4)測評學生創造性地運用數學方法分析實驗結果，并得出正確的實驗結論。學生的答題分數可間接反映出學生科學探究核心素養水平的高低，具有重要的測評價值。但是科學探究核心素養中“在開展不同的工作中，都樂于并善于團隊合作”沒有具體體現，也是測評的難點。參考答案：(1)C；(2)AD；(3)尾長、游泳速度；(4)①④。

2 理性思維核心素養的測評

理性思維是指崇尚并形成科學思維的習慣；能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模和批判性思維等方法探討生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。理性思維核心素養的測評要求是學生能否在新的問題情境中，采用適當的科學思維方法揭示生物學規律或機制，并選用恰當的方式表達、闡明其內涵。在面對生活中與生物學的相關問題并做出決策時，能否利用多個相關的生物學概念或原理，通過邏輯推理從支持和反對某個觀點的兩個角度闡明個人立場。

例如，選擇題第21、26題，綜合第(二)、(三)題(2016年上海高考)。其中綜合第(三)題通過“酵母某突變株的細胞周期進程及核物質的分配”情境完成對歸納與概括、演繹與推理等理性思維的測評。原題：酵母菌某突變株的細胞周期進程及核物質的分配與野生型相同，但細胞分裂的結果不同(圖2)。

線粒體分配與細胞質分裂之間的關系

(1)據圖判斷，該突變株發生一次細胞分裂后，其中1個子細胞________。

A．未獲得親代細胞的線粒體

B．獲得親代細胞45%左右的線粒體

C．未獲得親代細胞的核物質

D．獲得親代細胞65%左右的細胞質

圖2 突變株細胞分裂過程

(2)該突變株的細胞周期長度是________(填下列編號)，結合圖2及細胞周期、細胞分裂的相關知識，寫出分析過程________。

①約25 min ②約40 min

③約45 min ④90 min以上

此題要求學生根據圖2的實驗結果，利用歸納與概括、演繹與推理等理性思維探討酵母菌某突變株細胞分裂的生命現象和規律。橫坐標為時間，縱坐標有兩個，一是較小子細胞獲得親代細胞線粒體的比例，一是較小子細胞獲得親代細胞細胞質比例。從圖2可以看出在細胞分裂完成時，較小子細胞獲得親代細胞的線粒體比例和細胞質的比例均在35%～40%之間。由此推理可得小題(1)選項D是正確的；小題(2)測評學生的演繹與推理能力，通過細胞周期的組成、據圖推理分裂期前期時間、再對間期時間進行推測等方能完成此題的解答，此題可反映出學生理性思維核心素養水平的高低。小題(2)參考答案：④；完整的細胞周期包括間期和分裂期，且間期遠長于分裂期；圖中所示在-20 min時，線粒體第一次分向細胞兩極，結合題中信息，線粒體分向兩極由紡錘體推動，則在-20 min時，細胞已經至少處于分裂期的前期，如圖所示分裂期至少為45 min；據以上兩點，該細胞的細胞周期應該大于90 min。

3 生命觀念核心素養的測評

生命是源于自然隨機事件且能在與環境互作中保留下來的具有新陳代謝和自我復制特征的物質形態，生命是結構與功能的統一體，無貴賤之分。生命觀念是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是經過實證后的想法或觀點，有助于理解或解釋較大范圍的相關事件和現象。學生應該在較好地理解生物學概念性知識的基礎上形成生命觀念。例如，結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等，并能夠用生命觀念認識生命世界、解釋生命現象。生命觀念核心素養的測評要求是學生是否具有結構與功能相適應的觀念和生物進化觀念，并能基于這些觀點識別身邊的虛假宣傳和無科學依據的傳言；是否具有物質代謝和能量觀，并能指導、解決生產和實踐中的具體問題；是否具有穩態與平衡觀，并能指導人的健康生活方式；能否指出某一生態系統中的構成要素及影響其平衡的因素。

例如，選擇題第12、13、18題，綜合第(一)題(2016年上海高考)。其中，綜合第(一)題通過“太平洋某部分島嶼上幾種鳥類的分布及遷移情況”的情境測評學生在生物學概念知識基礎上形成進化與適應觀，并用此觀念解釋生命現象的能力。原題如下：

圖3 太平洋某部分島嶼上幾種鳥類的分布及遷移情況

圖4 其中S鳥不同種群的等位基因頻率與代數的關系(n代表種群個體數)

(1)圖3顯示，相對于X島，Y島上鳥的________多樣性減小。

(2)據圖4判斷，隨著繁殖代數的增加，下列表述正確的是________(多選)。

A．群體越小，某些基因消失的概率越大

B．群體越小，種群基因越偏離原始種群

C．群體越大，種群遺傳多樣性越易消失

D．群體越大，種群純合子越傾向于增加

(3)除自然因素外，影響鳥類群體數量的人為因素有________(多選)。

A．棲息地開發 B．烈性病毒的出現

C．棲息地污染 D．棲息地因地震被島嶼化

小題(1)測評學生在理解遺傳多樣性、物種多樣性和生態系統多樣概念知識的基礎上，比較X島和Y島生物多樣性的差異所在。從圖3可以看出，對于X島而言，Y島上鳥的種類和數目均較少，可以判斷答案：遺傳多樣性和物種多樣性均減少。小題(2)測評學生利用進化實質和基因頻率的觀念解釋種群個體數與遺傳多樣性的關系，從圖4可以看出，個體數25，在20代左右a的基因頻率為1，A基因消失，個體數50，在第27代左右a的基因頻率為0，a基因消失，并逐漸偏離原始種群，遺傳多樣性減少，可判斷答案：AB；小題(3)測評學生在生物進化觀念下識別影響鳥類群體數量變化的人為因素，明確人類對生物多樣性的影響方式，答案：AC。此大題可測評學生生命觀念核心素養水平的高低。

4 社會責任核心素養的測評

社會責任是指基于生物學的認識參與個人與社會事務的討論，做出理性解釋和判斷，嘗試解決生產生活中的生物學問題的擔當和能力。學生應能夠關注涉及生物學的社會議題，參與討論并做出理性解釋，辨別迷信和偽科學；主動向他人宣傳健康生活、關愛生命和保護環境等相關知識；結合本地資源開展科學實踐，嘗試解決現實生活中與生物學相關的問題。社會責任核心素養的測評要求是針對現代生物學技術在社會生活中的應用，基于生物學的基本觀點，能否辨別并揭穿偽科學；制定并踐行健康生活計劃；結合家庭成員的健康狀況，能否合理配置家庭小藥箱；向他人宣傳毒品的危害及傳染病的防控措施；參與當地環保建議的討論；能否通過科學實踐，嘗試解決現實生活中的生物學問題。

例如,選擇題第1、9題，綜合第(五)、(七)題(2016年上海高考)。其中，綜合第(七)題是通過“肥胖影響血壓的原理”的情境，測評學生關注社會普遍存在的肥胖現象，參與討論并做出肥胖及對血壓影響的理性解釋。原題：在一項研究中，給予實驗組小鼠20周高脂肪食物(HFD)，之后4周喂養正常食物(CON)；對照組始終喂養正常食物。期間測定兩組小鼠的體重、血壓等指標(圖5圖中陰影表示兩組間存在顯著差異)。進一步探究肥胖影響血壓的機理，結果如圖6。其中瘦素(Leptin)是一種脂肪組織表達的激素，具有調節能量代謝等功能。

圖5 小鼠體重、血壓的測量結果

圖6 探究肥胖影響血壓的機理實驗結果

(1)據圖5，下列說法正確的是________(多選)。

A．HFD喂養顯著增加體重，CON喂養可降低體重

B．HFD喂養對小鼠體重和收縮壓的改變是同步的

C．HFD喂養顯著增加收縮壓，CON喂養可恢復血壓水平

D．HFD喂養導致的收縮壓升高是通過改變體重實現的

(2)據圖6，下列分析正確的是________(多選)。

A．瘦素與野生型小鼠收縮壓的維持有關

B．瘦素基因缺陷導致的體重增加與食物中的脂肪含量無關

C.瘦素基因缺陷型肥胖小鼠收縮壓的升高依賴于瘦素的存在

D.HFD喂養導致的體重增加是通過調節瘦素表達水平實現的

該題以小白鼠為研究對象，研究不同飲食對小白鼠體重和血壓的影響以及肥胖對血壓影響的機理。通過該題的回答，測評學生對社會問題的關注及對現象的理性解釋，并形成健康的生活方式，此題可測評學生社會責任核心素養水平的高低。小題(1)要求中學生能根據圖5的數據分析出高脂肪食物對小白鼠體重和收縮壓的影響，據圖分析0～20周的高脂肪食物(HFD)能夠明顯增加小白鼠的體重和收縮壓，在20～24周正常食物(CON)飼喂下體重和收縮壓開始下降，但整個過程均高于對照。但是對體重和收縮壓的影響并不同步，尤其在12～20周，體重繼續增加，而收縮壓基本不變，所以小題(1)答案：AC；小題(2)要求學生根據圖5判斷肥胖影響血壓的機理。從圖6可以看出正常食物(CON)飼喂組野生型收縮壓明顯高于瘦素基因缺陷型，但是與瘦素基因缺陷型添加瘦素組相似，因此AC正確。

正常食物(CON)飼喂組瘦素基因缺陷型比野生型增加20 g左右，高脂肪食物(HFD)飼喂組瘦素基因缺陷型比野生型增加20 g左右，因此B正確，D錯誤，此題參考答案：ABC。

5 討論與思考

生物學科核心素養的4個內容包括多個水平。在測評時，不僅要理解核心素養的內容，而且要把握多個水平的要求程度，通過試題較難完成所有內容的測評，尤其是一些核心素養需要實施行動，只能通過對實施過程中的步驟進行測評。在測評時盡可能使情境與學生實際生活相聯系，是真實的情境，既減少情境對核心素養測評的干擾，又可以考查學生應用和理解，使測評的結果更加準確。

(基金項目：教育部基礎教育課程教材發展中心普通高中課程標準測試生物學科工作，No.2015；上海市教委“以培養學生創新思維品質為導向的新行知課堂教學形態的實踐與研究”，No.B12108；上海市寶山區教育局“‘閱讀·理解’為核心的高中生命科學課堂教學的改革與實踐”，No.201512)