對三種生物學試題進行生物學核心素養案例分析及啟示

陳靖　李玲

摘要 通過對中國2017高考全國卷Ⅰ、美國2017年大學入學考試和2015年國際學生評價項目中生物學試題的命題內容與表達的分析，探討其試題對生物學核心素養考查方式，并提出相應的意見和建議，以期生物試題能更具思維性、開放性、啟迪性，以考促學，更好地落實對學生生物學核心素養的培養。

關鍵詞 核心素養 試題 高考 PISA ACT

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

1引言

生物學核心素養是所有學生通過生物學習應具有的最關鍵、最必要的基礎素養，是知識、能力和情感的綜合表現。生物學核心素養包含生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任四個方面。隨著核心素養的提出，高中生物課程目標也有了相應的變化。

目前，生物試題已不再偏重回憶、再認、辨別和復述等手段檢測描述性知識，而是更注重考查學生的思維過程、探究能力。在通過生物試題考查學生核心素養方面，美國大學入學考試（ACT）、國際學生評價項目（PISA）對我國編制試題具有一定參考價值，下面將以2017高考全國Ⅰ卷生物試卷、2017ACT和2015年PISA的生物試題為例，簡析各命題對核心素養考查情況，以在科學設計試題，有效考查學生的生物學核心素養上有所啟示。

22017高考全國Ⅰ卷生物學試題

2017年高考全國卷理綜生物試題在實現以“核心素養為本”的評價上邁進了一步，試題中多是提供特定情境，要求學生能根據給定情境獲取信息，通過科學思維綜合運用所學知識解決問題。分析全國卷Ⅰ卷生物題發現，在生物學科核心素養考查中，比重最大的是科學思維的考查，其中著重考查學生對演繹與推理思維方法的運用，如現象原因分析，結果預測等；生物學是基于科學探究的學科，故科學探究能力的考查也非常重要，在試題中所占比重也較大；生命觀念主要是通過考查對學科核心概念的理解來體現；社會責任則主要是通過題目材料中的情境設置對學生進行情感滲透。

以第29題為例分析我國高考的命題思路。

[例1]（2017·全國Ⅰ卷·29）根據遺傳物質的化學組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型，有些病毒對人類健康會造成很大危害，通常，一種新病毒出現后需要確定該病毒的類型。

假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換，請利用放射性同位素標記的方法，以體外培養的宿主細胞等為材料，設計實驗以確定一種新病毒的類型，簡要寫出：（1）實驗思路，（2）預期實驗結果及結論即可。（要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組）

本題以測定病毒類型的實驗為背景，主要考查了學生的科學探究與科學思維。

答題思路：（1）甲組：放射性尿嘧啶標記的宿主細胞+病毒；

乙組：放射性胸腺嘧啶標記的宿主細胞+病毒；

培養一段時間后收集病毒檢測其放射性。

（2）若甲組中病毒有放射性，乙組無，即為RNA病毒，反之為DNA病毒。

核心素養具體表現：

（1）科學思維：根據DNA與RNA病毒遺傳物質中堿基不同的特點，通過推理演繹的思維方法設計實驗，并預測實驗結果；

（2）科學探究：靈活運用放射性同位素標記的實驗方法；

（3）生命觀念：根據結構與功能觀理解病毒合成遺傳物質的原料來自于宿主細胞；

（4）社會責任：通過設計該實驗解決“確定新病毒類型”的問題。

3美國大學入學考試（ACT）生物試題

美國的“21世紀技能”即核心素養，“21世紀技能”中學習與創新技能包括批判性思維和問題解決能力、創造性和創造能力、交流與合作能力。以2017年4月ACT考試科學部分的一道生物題為例簡析其在考查核心素養的具體表現。

[例2]（2017·美國ACT）材料：攜帶有阻止組氨酸合成的遺傳信息的細菌菌株被稱為His^-。這些細菌為了維持生長所需必須從環境中吸收組氨酸。將His^-菌株暴露在誘變劑下可使某些細菌恢復合成組氨酸的能力。任何重新獲得合成組氨酸能力的細菌都會變成His⁺，即為His⁺回復體。菌群中His⁺回復體的數量能反映出人體中的物質發生突變的潛在可能。

研究：準備一個含有缺少組氨酸的營養瓊脂的prtri培養皿（培養皿1）。隨后在培養皿1中加入1×108的His^-鼠傷寒沙門氏桿菌，并均勻散布到瓊脂的表面。其他4個培養皿（培養皿2～5）在這之前各混入4種物質中的其中1種（表1），后把上述步驟再重復操作一遍。

5個培養皿在37℃培養2天，測定每個培養基菌落數量見表2。

27.根據研究結果，下列哪種疑似誘變劑的物質導致了培養皿中最多的His⁺回復體？（ ）

A.物質L B.物質M C.物質N D.物質P

28～30：略。

31.在細菌被加入到培養皿之前，研究中用來充當對照實驗對象的培養皿中缺少了下列哪種物質？（ ）

1.組氨酸 2.營養瓊脂 3.疑似誘變劑

A.只有2 B.只有3

C.只有1和2 D.只有2和3

32～33：略。

ACT的材料闡述了某個實驗的背景，說明研究的步驟與結果，其題目，具有以下特點：

（1）問題情境具有社會現實意義。材料提到“菌群中His⁺回復體的數量能反映出人體中的物質發生突變的潛在可能”，賦予了該實驗現實意義，使試題具有真實性與實用性，讓學生在完成相關問題探究的同時，完成生物學知識的意義構建。此外，以社會議題為背景能引導學生關注科學、技術、社會，也能為學生探究社會問題提供實驗思路，相比起考查，更多的是培養與激發學生的創造性和創造能力。

（2）著重考查解題的思維性。第27題要求學生獲取材料中的基本信息，后運用邏輯推理進行判斷，再從記錄實驗數據的表中找出相應一項。又如第31題考查的是學生的批判性思維，要求學生運用控制變量法完成實驗設計。ACT的題目主要考查的是學生思維的系統性、批判性和敏捷性等。

（3）ACT考試常采用選擇題形式。選擇題適用于大型的考試，提高評卷效率，但對學生的思維方向有著一定的引導性與局限性，無法很好考查學生的創造性。

4國際學生評價項目（PISA）生物學科學能力試題

PISA主要測評學生的閱讀素養、數學素養和科學素養，其中PISA2015科學素養測試的評估框架包含情境、能力、知識、態度四個要素（表3），評價的目標明確，對每一要素有詳細明確的劃分。

以2015年PISA科學素養測試中一道生物學科學能力試題“在炎熱天氣下跑步”為例簡析其命題對所考查素養的具體表現。

[例3]（2015·PISA科學測試）材料：長距離跑步時，體溫會升高并且出汗。如果跑步者不飲用足夠多的水以補充出汗造成的水分損失，他們會出現脫水癥狀。失水量達到或超過體重的2%即是脫水狀態。如果體溫升至40%及以上，跑步者會出現危及生命的情況，即熱休克。

下列模擬是基于對一名跑步者在跑步1h后的出汗量、失水量和體溫進行計算的模型。

要查看這個模擬的所有控制方式如何工作，遵循以下步驟：移動滑塊設定氣溫、移動滑塊設定空氣濕度、點擊“是”或“否”選擇是否飲水、點擊“運行”按鈕查看結果。注意失水量達到2%及以上將導致脫水，體溫上升到40%及以上將導致熱中風。結果將顯示在表中。

（1）～（2）：略。

（3）當空氣濕度為60%的時候，氣溫上升會對跑步一小時后的出汗量有何影響？（ ）

A.出汗量上升 B.出汗量下降

這種影響的生物學原因是什么？____。

PISA試題的命題具有以下特點：

（1）提供生活情境化的材料。以“個人在跑步時體溫升高且出汗”為情境開展研究，引入人體“在跑步1h的出汗量、失水量和體溫進行模型”，把日常簡單的喝水補水動作進行科學化的探究，有利于培養學生對科學的興趣。

（2）設置開放型試題。PISA測試還設置有開放型試題，此題型沒有統一的答案。如本題的第3小題，學生需要解釋科學現象，可從體溫調節、水鹽調節等方向進行解答，沒有統一答案，但PISA的雙位編碼評分標準中對學生可能的回答進行了水平劃分。

5對編制生物試題考查生物學核心素養的啟示與建議

（1）編制核心素養評估框架。

PISA測試在每次試題編制以前會設計出具體的評估框架，對科學情境、科學能力、科學知識、科學態度作出了詳盡的說明，為試題的編制確定了方向。我國試題編制也可參考使用，在每次評價前設計一份評價方案和評價標準有利于評價的規范性與科學性。

（2）著重考查學生的科學思維。

上述試題案例分析，皆以思維過程的考查與評價為主，其中ACT要求基于生物學知識，運用批判性思維解決問題，體現其問題解決能力；PISA測試除了考查學生問題解決能力以外，還希望學生發表自己的觀點；我國高考生物試題也逐漸完成從記憶性知識到思維考查的轉變，主要是運用科學思維完成科學探究內容，既體現學生的思維過程，也體現學生探究實驗的科學性。

（3）題目設計注重思維連貫性與思維啟迪性。

試題設計應注重思維的連貫性，實現學生從低層次思維活動到高層次思維活動的跨越和提升。如在實驗探究中，設置的題目應先考查學生的觀察現象或數據處理能力，再分析現象發生的原因，下一題可再預測相同或類似實驗在不同情境中的實驗結果。試題設置由淺入深，有一定的思維連貫性與邏輯性，有利于學生思維習慣的優化與思維啟迪。

（4）設置更具體的情境。

ACT與PISA測試在情境設置上會設計具體真實的情境材料。美國“21世紀技能”注重創造性和創造能力，故ACT試題的情境材料與科學技術發展緊密相關，以吸引學生對科學發展過程的關注，啟迪其創造性；PISA測試更重視的是學生在日常情境下對知識技能的應用，以及使學生對科學感興趣，故其試題提供的情境常與生活相聯系。我國生物試題的情境則一般陳述得十分簡單，提供的信息一般是實驗探究主干內容。為了更好地發展學生的社會責任，在試題編制時，試題情境應更生動形象，如把“某植物”更名為具體一種植物，把場景描述得更加具體、生動，使學生在做題時更具有代入感，更能體現學生基于生物學的認識解決生產生活中的生物學問題的擔當和能力。

（5）增強試題的開放性。

ACT測試中只有選擇題，PISA測試則是以選擇題、封閉性試題與開放型試題3種題型為主；我國高考設有選擇題和封閉性試題，開放型試題在統計和評分方面較難操作，但具有明顯的優勢。增加試題的開放性能更好地了解學生的思維過程，對以不同思維方式答題的學生進行分類，能更好地做到因材施教。此外，開放型試題是對學生發散性思維的鍛煉，適用于形成性評價。