核心素養下開放性試題命制方法初探

張桂堂 朱瑛 徐小芹

摘要：以2018年高考理綜全國卷I試題為例，結合近三年的高考理綜全國卷I試題，分析了高考命題特點及對后期的備考建議，以期為2019屆高三生物復習提供可資借鑒與參考。

關鍵詞：高考試題，特點分析，復習啟示

中圖分類號G633.91文獻標志碼：B

1 開放性試題的特點

隨著生物新課程的實施及高考改革的進一步推進，生物試題的命題趨勢發生較大的變化，重視對學生生物學學科核心素養的考查。開放性試題是一種較好的考查形式之一。開放性試題是與封閉性試題相對的，沒有固定答案或唯一結論的一種生物試題形式。它能夠培養學生的發散性思維、創新思維能力和運用所學知識解決生物問題的能力。開放性試題具有試題的開放性、答案的不確定性、問題背景的實踐性和評價的靈活性。

（1）試題的開放性。生物開放性試題在選題、立意和問題的設計上具有開放性，不再單一地指向某一知識點，而是要求考生靈活地運用知識的原理進行作答，給學生留有多角度答題和思考的可能性，能綜合考查學生對運用知識解決問題的能力。

（2）答案的不確定性。生物開放性試題的答案具有不確定性，學生可以運用自己所學到的生物學知識，根據自己對問題的理解回答問題。對同一問題，不同的學生有自己不同的認識，給學生以更大的思維空間，有利于學生思維空間的拓展和對學生創新精神的考查。

（3）問題背景的實踐性。高考中要考查能力，必須以相應的知識為載體，并側重考查考生運用所學的知識解決新問題的能力。開放性試題具有較強的應用性，通過設置聯系實踐的問題背景，引導學生將理論運用于實踐中，使學科價值得到體現。

2 開放性試題的類型

生物開放性試題按形式可以分為試題情境的開放、解題思維的開放、試題答案的開放及綜合開放性試題。

（1）情境開放型試題的特征是試題材料廣泛且不拘泥于教材，強調入與自然及社會發展的現代意識。試題情境復雜新穎，注重聯系生產、生活及熱點問題，或模擬科學研究的過程。這類題目的目的在于引導學生關注社會問題，學以致用。

（2）思維開放型試題的特點是試題所引發的思維是一種發散思維，不同的學生對同一試題可能有不同的解題方案，即使是同一個學生可能有不同的解題方法。這類試題有利于激發學生的發散性思維，有利于對學生生物學學科核心素養的考查。

（3）答案開放性試題的特點是答案具有多元化而不唯一的一類試題形式，可以分為條件開放性試題和結論開放性試題兩種形式。開放性試題要求學生從多角度、多側面、多層次去認識問題，引發學生思維向多個方向發散，給學生提供更多的思維空間和創新情境。

3 高考題中的開放性試題

[例1]（2019·新課標I·29）將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，葉片中的脫落酸（ABA）含量增高，葉片氣孔開度減小，回答下列問題。

（1）經干旱處理后，該植物根細胞的吸水能力_______。

（2）與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的光合速率會____，出現這種變化的主要原因是____。

（3）有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。

分析：本題屬于情境開放型試題，主要考查滲透作用、光合作用等相關知識。當外界溶液濃度大于細胞液濃度時，細胞滲透失水，反之細胞吸水，細胞液滲透壓越大，對水分子吸引力越大。本題的難點是實驗設計，要驗證干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，需要分別測定ABA缺失突變體干旱處理前后及ABA處理前后氣孔導度的變化。

參考答案：

（1）增強

（2）降低氣孔開度減小使供應給光合作用所需的CO₂減少

（3）取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經干旱處理后，再測定氣孔開度，預期結果是干旱處理前后氣孔開度不變。

將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進行ABA處理，另一組作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度，預期結果是ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。

[例2]（2017`新課標I·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）

分析：本題屬于思維開放性試題。考查核酸的種類和病毒的增殖方式，比較DNA和RNA病毒在組成上的不同，通過設計用同位素標記的實驗來探究病毒的類型。

參考答案：

（1）甲組：將宿主細胞培養在含有放射性標記尿嘧啶的培養基申，之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒病監測其放射性。

乙組：將宿主細胞培養在含有放射性標記胸腺嘧啶的培養基申，之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒并監測其放射性。

（2）若甲組收集的病毒有放射性，乙組無，即為RNA病毒;反之為DNA病毒。

分析：以上兩道題中，部分小題或整個大題為開放性試題，試題屬于中等及偏難試題，學生平均得分低。其原因是試題是開放性的，試題表面考查是用知識來解決問題的能力，實質是考查學生解讀信息、解決問題的思維過程，把具體知識和技能運用到思維過程、科學探究過程。考試評價又把科學探究、科學思維融入具體知識和技能中，大多數的學生審題不嚴，分析不透，思路不開闊無從下手。探究過程和方法以及探究過程中表現出來的邏輯推理能力，超越了學生所需要獲得的重要知識，是學科核心素養中的關鍵能力的直接表現。教師必須在新高考備考中予以重視。

4 開放性試題命制方法例析

4.1 從生產生活及社會實踐活動中挖掘開放性試題的素材

生物學學科核心素養要求用正確的生命觀念和科學思維來看待與分析社會、生產和生活中所遇到的生物學問題和其他問題，用科學思維和科學探究的精神來解決這些問題，正確分析自己所需要承擔的社會責任并勇于實踐。這種類型的開放性試題能較好地體現新課標的要求，但是在命制上有一定的難度，需要試題命制人員關注生產和生活，并且能夠將生產生活中的素材轉化為生物問題。

[例3]Ⅱ型糖尿病患者多以胰島素抵抗為主，即靶器官對胰島素反應性降低，并與肥胖高度相關。研究小組進行了如下實驗：對照組大鼠一直飼喂普通飼料，實驗組以高糖高脂飼料飼喂大鼠，制造胰島素抵抗糖尿病模型，然后再將其分為模型組與模型運動組（即加強運動）。經過6周訓練后，各組體重、血糖指標和脂肪細胞瘦素受體蛋白表達情況見表l。回答下列問題：

（1）表1中的血糖濃度和胰島素水平是一種什么關系？

（2）瘦素是脂肪細胞分泌的一種激素，可以調節攝食中樞的活動，促進脂肪分解成葡萄糖。在模型組中可以明顯看出，大鼠的瘦素水平高于對照組，但大鼠體重并沒有降低。從表中數據分析，這主要是什么原因影響了脂肪的分解？

（3）從表l中的數據分析，運動是從哪兩個方面來達到緩解糖尿病的目的？

（4）設置對照組的目的是什么？模型組和模型運動組是什么關系？

（5）從上述實驗的結論中，你針對糖尿病病人能提出哪些好的保健意見？

參考答案：

（1）胰島素通過促進細胞攝取、利用、儲存葡萄糖，使血糖水平降低。

（2）通過分析，模型組的瘦素受體蛋白偏少，對瘦素識別能力降低，脂肪分解能力降低。

（3）從表格中數據分析，比較模型組和模型運動組，發現模型運動組瘦素受體蛋白較高、瘦素含量較低，可以推斷出運動加快葡萄糖在組織細胞中的氧化分解提供能量，同時降低瘦素的濃度。

（4）設置對照組的目的在于通過實驗組和對照組的對比，消除無關變量對實驗結果的影響，增強實驗結果的可信度。模型組和模型運動組可形成相互對照，用于說明運動對體重、血糖指標和脂肪細胞瘦素受體蛋白表達情況的影響。

（5）從上述實驗的數據中，針對糖尿病病人提出：合理膳食，減少高糖高脂食物的攝入，加強體育運動等好的保健意見。

本題題干來自科學實驗的方法和數據，需要學生依據實驗的具體情況作答。題目設問為問答式，部分設問具有一定的開放性。本題涉及的生物學學科核心素養的表現及級別見表2。

4.2 設置真實的作答情境

試題需要創設一定的情境，情境越真實越能反映學生的核心素養水平，情境可來源于科學研究的過程和成果，可來源于真實的現實生活。在真實情境中考核學生的生物學學科核心素養，應該成為命題的重要方向。

[例4]某海島生活一種黑尾鷗的海鳥，因為人為環境的破壞，導致黑尾鷗的數量急劇下降。為了保護黑尾鷗，人們將該島設為自然保護區并進行了科研調查，如表3為黑尾鷗14年間的種群增長速率。

回答下列問題：（1）除了建立自然保護區保護黑尾鷗這一措施外，有人認為還可以采取遷地保護，你認為可行嗎？說明你的理由。

（2）為了調查黑尾鷗的種群數量變化，采取合理的調查方法是什么？原因是什么？

（3）14年間，黑尾鷗的種群數量在第____年達到了最大值，這是海島所能維持該種群的最大數量，稱為_____量。

（4）島上有一種專吃黑尾鷗的蝮蛇，為了更好地保護海島的生態系統，有人認為應該在14年以后開始大量捕殺蝮蛇，你的觀點和理由分別是什么？

參考答案：

（1）遷地保護是為行將滅絕的物種提供最后的生存機會，而該海島的自然環境適宜黑尾鷗的生存，應該減少人為的干擾。

（2）調查黑尾鷗的種群數量變化，采取合理的調查方法是標志重捕法。因為黑尾鷗是活動力較強的動物。

（3）14環境容納

（4）不能捕殺蝮蛇。因為蝮蛇與黑尾鷗存在捕食關系，可以通過自我調節，維持生態系統的穩定。

本題題干基本來自一個真實的情境，試題設問既有填空式，也有問答式，設問相對具有開放性。本題所涉及的生物學核心素養的表現及級別見表4。

4.3 設置實驗的開放性試題

實驗與探究能力體現了“要重視考查考生科學素養”的命題要求。開放性的實驗試題具有更高的靈活性和開放性，從而提高以能力立意的選拔功能。常見的實驗試題可分為驗證性實驗和探究性實驗兩類。從實際能夠實施的試題考查內容來看，通常需要學生做出回答的角度包括：理解實驗原理、做出假設和預期、確認變量、選擇材料和用具、設計操作步驟、解釋實驗現象、處理和分析數據、得出正確結論、評價和修訂實驗方案等。

[例5]哺乳動物血鈣含量受到降鈣素（降血鈣作用）和甲狀旁腺素（升血鈣作用）的共同調節。為驗證兩種激素的上述作用以及血鈣含量過低會發生肌肉抽搐，請根據所給的實驗材料和用具設計實驗思路，并預測實驗結果。

實驗材料和用具：3組大小和生理狀況相同的健康大白鼠，生理鹽水，生理鹽水配制的適宜濃度降鈣素溶液和甲狀旁腺素，注射器，鈣離子測定儀器等（要求與說明：注射的劑量、用具的操作方法不做具體要求，實驗條件適宜）。

（1）實驗分組設計：

A組：作為對照組

B組：____。

C組：注射甲狀旁腺素溶液。

（2）實驗思路：

①____。

（3）預測實驗結果（以坐標曲線圖形表示實驗測定結果，并將注射激素的實驗處理在圖中標出來）。

參考答案：

（2）①將3組大白鼠編號為A、B、C：用鈣離子測定儀器測定每只鼠的血鈣含量并記錄;

②給A組注射生理鹽水，給B組、C組分別注射降鈣素溶液;

③每隔一段時間測定每只鼠的血鈣含量并記錄：

④待B組、C組發生肌肉抽搐后，分別注射生理鹽水、甲狀旁腺素溶液：

⑤重復步驟③，直到C組大白鼠恢復正常;

⑥對實驗數據進行統計分析

（3）曲線圖見圖l

本題需要考生補充實驗步驟和預測實驗結果。對于補充實驗步驟，需根據實驗目的準確確定實驗變量，遵循對照原則、單一變量原則進行實驗設計。對于預測實驗結果，需認真分析實驗目的和相關知識，確定自變量對因變量的影響.要能正確回答問題，考生一定要辨別實驗是屬于驗證性實驗還是探究性實驗。驗證性實驗具有明確的結果;探究性實驗的現象和結果是未知的或不確定的，應針對各種可能性分別加以考慮和分析，得到相關結論。無論是哪種情況，文字描述應力求簡練、準確、科學。

4.4 利用教材資源進行改編

命題前，教師需要精研課標，深入理解新課程理念。研究新教材編制，注重挖掘課前探究、資料分析、經典實驗及相關信息等，設置問題，利于知識的深化理解。運用學科知識解決具體問題，立足生命觀念解釋生命現象，重視思維探究體現科學精神，聯系生活實際倡導健康生活，貫徹立德樹人凸顯社會責任。因此在命題時要聚焦科學探究，注重考查必備知識、關鍵能力、學科素養，引導增強社會責任感。

[例6]人教版生物學教科書《必修1·分子與細胞》106頁中的第6題題目為：。

圖2是小球藻進行光合作用的示意圖，圖中A和B物質的相對分子質量之比是（）

A.1：2B.2：1C.8：9D.9：8

解析：分析題圖可知，圖中的A、B均為氧氣，由于光合作用時，生成的氧氣中的O元素全部來自水，因此A為O₂，B為O₂，則相對分子質量之比為32：36，即8：9.

參考答案：C。

本題的命題意圖是為了考查學生對光合作用過程的理解。如果將此題進行如下改造：

請設計實驗探究光合作用產生的氧氣來自于CO₂中的O還是H₂O中的O（要求：只寫出相關思路，利用同位素標記法，小球藻、緩沖液、試管、提供檢測同位素的相關儀器如，同位素質譜儀）。

參考答案：將小球藻放入緩沖液并均分為A、B兩組放入試管，A組通入CO₂，B組緩沖液申加入的是H₂O，待試管有氣泡產生時利用同位素質譜儀檢測產生的氧氣，若A組產生的是O₂，B在產生的是O₂，說明光合作用產生的氧氣來自于H₂O中的O₂否則說明是來自CO₂中的O。

通過改造，可以暴露學生的思維過程，能夠知道學生如何出的錯，錯在哪里。

基于核心素養進行高考命題，是未來高考題和各類考試命題的指導和原則，是教育教學活動中的必答題。這對于課程改革的順利推進、引領課堂教學改革和高校選拔合格人才具有十分重要的戰略及現實意義，但又是一項高難度的創新工作，需要更多的研究者和一線教師進行深入地研究和實踐。