科學實踐情境測評視域下2021年生物學高考試題分析

隋暢 李秋石

摘要以2021年生物學高考試題為例，分析歸納試題中科學實踐情境的呈現方式與測評維度。科學實踐情境主要圍繞三方面展開，真實科研探索過程、生活生產需求以及社會性科學議題，以此考查學生的實驗探究素養、工程技術素養以及社會責任轉化。

關鍵詞 生物學高考試題 科學實踐情境 測評分析

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

高中生物學課程是科學領域的重要課程之一，而科學具有很強的實踐性，“作為實踐的科學”促使科學教學要關注科學實踐情境的創設和運用，促進科學探究與科學實踐的轉化。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》在課程目標中明確提出，學生通過本課程的學習能夠掌握科學探究的思路和方法，形成合作精神，善于從實踐的層面探討或嘗試解決現實生活問題，具有開展生物學實踐活動的意愿和社會責任感。教育部考試中心于2019年11月出臺了《中國高考評價體系》，提出以“生活實踐或學習探索問題情境為載體”承載考查內容。由此可以看出，科學實踐測評的重要性。高考作為全國選拔人才的重要形式，其試題對于教育研究者們有很強的參考與借鑒意義，通過對2021年科學實踐情境化高考試題分析，發現試題中科學實踐情境主要圍繞三方面展開，真實科研探索過程、生活生產需求以及社會性科學議題，以此考查學生實驗探究素養、工程技術素養以及社會責任轉化。

1結合真實科研探究過程，發展實驗探究素養

試題結合真實科研探索過程，能夠加深學生科學知識的掌握，激發學生科學思維與科學探究能力，從而促進學生提升實驗探究素養。通過對高考題進行分析，實驗探究素養考查要點主要分為以下三類。

1實驗設計類，如2021年高考全國乙卷理綜生物第32題第1問，題中創設真實雜交實驗情境，呈現以灰體純合子雌果蠅和黃體雄果蠅為實驗材料，要求學生設計雜交實驗以獲得黃體雌果蠅。這部分主要涉及基因自由組合定律以及伴性遺傳規律應用的相關知識。答題關鍵在于利用分離定律思維解決自由組合定律概率計算問題，意在考查考生運用所學知識設計實驗解決實際問題的能力，有助于學生形成良好的科學實驗探究素養。2信息處理類，如2021年廣東省生物學高考試題第14題，創設了學生去香蕉種植合作社開展研學活動的真實情境，以乙烯利溶液為處理劑，研究乙烯對香蕉的催熟過程，并呈現設計的技術路線圖，培養了學生根據科學實驗原理與實驗過程，進行信息處理與實驗分析的能力，從而指向實驗探究素養的落實。3綜合運用類，如全國甲卷生物試題第30題、河北省高考生物試題第19題、廣東省生物學高考試題第14題，題中皆創設某研究人員的真實實驗探究過程，實驗環節與問題環環相扣，從實驗原理、實驗過程、實驗方法、實驗選材4個維度對學生的實驗探究能力進行考查，增強學生的科研代入感，培養學生在真實情境下進行科研探索的能力，進一步提升實驗探究素養。

【例1】（2021·全國甲卷·30題）用一段由放射性同位素標記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標記的脫氧腺苷三磷酸（dATP，dA-Pα～Pβ～Pγ，）等材料制備了DNA片段甲（單鏈），對W基因在染色體上的位置進行了研究，實驗流程的示意圖如圖1所示。

回答下列問題：

（1）該研究人員在制備32P標記的DNA片段甲時，所用dATP的α位磷酸基團中的磷必須是32P，原因是。

（2）該研究人員以細胞為材料制備了染色體樣品，在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是。

（3）為了使片段甲能夠通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結合，需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA。

（4）該研究人員在完成上述實驗的基礎上，又對動物細胞內某基因的mRNA進行了檢測，在實驗過程中用某種酶去除了樣品中的DNA，這種酶是。

參考答案：

（1）dATP分別脫掉α、β位上的磷酸基團后，成為構成DNA分子的基本單位

（2）防止RNA與DNA片段甲堿基互補配對，影響基因在染色體上的定位

（3）解螺旋為單鏈

（4）DNA（水解）酶

分析：題干中給出某研究人員使用放射性同位素32P標記的脫氧腺苷三磷酸（dATP，dA-Pα～Pβ～Pγ）等材料制備DNA片段甲，對W基因在染色體上的位置進行研究的實驗流程示意圖，實驗流程為實驗材料的制備、混合、漂洗和放射性檢測。試題通過呈現研究人員實驗探索過程的真實實驗情境，從實驗原理、實驗過程、實驗方法、實驗選材4個維度對學生的實驗探究能力進行考查，發展學生的實驗探究素養。

根據題意，通過將32P標記的DNA分子與被測樣本中的W基因進行堿基互補配對，形成雜交帶，可以推測出W基因在染色體上的位置。本題共設置4個問題，首先是實驗原理的考查：其中（1）和（4）分別考查學生對ATP、DNA的分子組成結構以及堿基互補配對原則的掌握，dATP脫去Pβ和Pγ后，則為嘌呤脫氧核苷酸，是合成DNA的原料之一，并且只有DNA分子解旋后的單鏈片段才能與32P標記的DNA片段甲進行堿基互補配對，所以需要對樣品中的DNA分子進行解旋處理。其次，是對科學實驗方法的考查：該研究人員以細胞為材料制備了染色體樣品，在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子，提問去除RNA分子的目的，考查了控制變量法，RNA分子也可以與染色體DNA進行堿基互補配對，因此去除RNA分子是防止RNA與DNA片段甲堿基互補配對，影響實驗結果。最后，關于實驗材料的選擇：該研究人員在完成上述實驗的基礎上，又對動物細胞內某基因的mRNA進行了檢測，在實驗過程中用某種酶去除了樣品中的DNA，這種酶是什么？本題需要學生依據酶的專一性原則選擇能夠水解DNA的酶進行實驗，只有DNA酶可以水解DNA分子從而去除樣品中的DNA。

2結合生活生產需求，落實工程技術素養生物工程與技術是以生物學知識為設計基礎，以人類生產生活需求為目標進行的開發創造，是推動生物學不斷進步，提高人類生活質量的關鍵，因此提升學生工程技術素養成為科學教育領域的重點目標。工程技術素養主要包括生物學工程技術的理解、掌握、應用、創新改造和評價等，可分為技術知識與文化、技術能力、技術態度與責任3個維度。例如，廣東省生物學高考試題第21題創設了提高甘蔗整體利用價值的生產需求情境，以工程技術素養為載體考查微生物的分離和計數的相關知識。全國乙卷生物試題第37題創設了利用微生物發酵制作醬油的生產需求情境，以中華傳統發酵技術—醬油的制作為情境載體，促進工程技術素養的落實。全國甲卷生物試題第37題創設了有關加酶洗衣粉的生活情境，通過呈現某同學的實驗結果比較幾種洗衣粉的去漬效果，加強與實際生活的聯系，培養學生分析和解決生活中具體問題的能力，從而促進工程技術素養生成。

【例2】（2021·全國乙卷·37題）工業上所說的發酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質轉化為特定產品的過程。利用微生物發酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業通過發酵制作醬油的流程示意圖如圖2所示。

回答下列問題：（1）米曲霉發酵過程中，加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養物質，大豆中的________可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供_______。

（2）米曲霉發酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖，大量分泌制作醬油過程所需的酶類，這些酶中的_____、________能分別將發酵池中的蛋白質和脂肪分解成易于吸收、風味獨特的成分，如將蛋白質分解為小分子的肽和______。米曲霉發酵過程需要提供營養物質、通入空氣并攪拌，由此可以判斷米曲霉屬于__________（填“自養厭氧”“異養厭氧”或“異養好氧”）微生物。

（3）在發酵池發酵階段添加的乳酸菌屬于_______（填“真核生物”或“原核生物”）：添加的酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖的產物是________在該階段抑制雜菌污染和繁殖是保證醬油質量的重要因素，據圖分析該階段中可以抑制雜菌生長的物質是_________（答出1點即可）。

參考答案：

（1）蛋白質 碳源

（2）蛋白酶 脂肪酶 氨基酸 異養好氧

（3）原核生物 二氧化碳、酒精 NaCl（或乳酸或 酒精）

分析：此題隸屬于生物技術實踐版塊，題目創設呈現某企業通過微生物發酵制作醬油的生產實踐情境，考查學生對微生物培養、傳統發酵技術的原理及應用，以生產實踐情境為載體促進技術知識與文化、技術能力、技術態度與責任3個維度的落實，從而提升學生的工程技術素養。

在技術知識與文化方面：題干中表明利用微生物發酵制作醬油在我國具有悠久的歷史，彰顯中華民族悠久的文化歷史，堅定學生的文化自信，宣傳了技術文化.本題共設置3個問題，前兩個問題主要考查技術知識維度，微生物生長的環境與習性、酶的種類與功能，如微生物的生長需要碳源、氮源、水分和無機鹽，而大豆中富含蛋白質，可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中富含淀粉，可為米曲霉的生長提供碳源。在技術能力方面，本題第3問側重于學生應用技術知識分析解決問題的能力，要求學生根據流程圖分析發酵階段中可以抑制雜菌生長的物質。解決這個問題，學生要知道醬油制作過程中需防止雜菌污染，通過添加食鹽，利用其改變滲透壓的原理，可以抑制雜菌微生物的生長，除此以外，題目中所添加的酵母菌和乳酸菌，其發酵產物酒精和乳酸也能抑制雜菌微生物的生長。在技術態度與責任方面，題目中舉例說明發酵工程在食品以及工業生產上有重要的應用價值，鼓勵學生將自己所擁有的技術知識、技術能力創造性地應用于現實生活，利于培養學生形成具有創造性和可實踐性的技術態度。

3結合社會性科學議題，促進社會責任轉化社會性科學議題具有較強的情境性，涉及許多與實際生活相聯系的問題，包含價值判斷，學生可運用所學知識尋求相關證據參與討論，加強高層次認知與思考能力，培養科學態度與社會責任素養，提升理智參與社會決策的公民意識。社會性科學議題包括生態環境、疫苗等科學問題，能夠讓學生基于生物學的知識，作出理性解釋和判斷，參與個人與社會事物的討論，促進學生社會責任的轉化。例如，在2021年廣東省生物學高考試題17題和河北省生物學高考試題22題中，都呈現了全球變暖的社會性科學議題情境。全球變暖是當今國際社會共同面臨的重大問題，以此為情境載體有利于促進學生社會責任轉化。2021年北京高考生物試卷31題創設了環境激素影響小鼠產生精子數的情境。環境激素是指由于人類的生產和生活活動排放到周圍環境中的化學物質，其影響了小鼠的生命活動，最終可通過食物鏈傳遞影響到人類自己，在考查學生對實驗結果分析和比較能力的同時加強學生生態保護的意識，促進社會責任轉化。2021年廣東省生物學高考試題第1題就呈現了新冠疫情與新冠疫苗情境，全球疫情形勢仍然嚴峻，新冠疫情無疑成為社會性科學議題的聚焦熱點，題干首先闡述我國疫情防控的重大舉措然后轉向對滅活疫苗的知識考查，表示為更有效地保護人民身體健康，我國政府正在大力實施全民免費接種新冠疫苗計劃，充分體現了黨和國家對人民的關愛，促進學生社會責任感的生成。

【例3】（2021·廣東·17題）為積極應對全球氣候變化，我國政府在2020年的聯合國大會上宣布，中國于2030年前確保碳達峰（CO2排放量達到峰值），力爭在2060年前實現碳中和（CO2排放量與減少量相等），這是中國向全世界的鄭重承諾，彰顯了大國責任。回答下列問題：

（1）在自然生態系統中，植物等從大氣中攝取碳的速率與生物的呼吸作用和分解作用釋放碳的速率大致相等，可以自我維持_________________。自西方工業革命以來，大氣中CO2的濃度持續增加，引起全球氣候變暖，導致的生態后果主要是________________________________。

（2）生態系統中的生產者、消費者和分解者獲取碳元素的方式分別是_________________，消費者通過食物網（鏈）取食利用，_______________________。

（3）全球變暖是當今國際社會共同面臨的重大問題，從全球碳循環的主要途徑來看，減少___________和增加________是實現碳達峰和碳中和的重要舉措。

參考答案：

（1）碳平衡極地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等

（2）光合作用和化能合成作用、捕食、分解作用從而將碳元素以含碳有機物的形式進行傳遞

（3）碳釋放碳存儲分析：本題借助全球變暖社會性科學議題，創設關于“碳達峰”與“碳中和”的生態問題情境，以大國擔當、大國責任為主題，以碳循環的過程為主線，以提出應對全球變暖的解決措施為落腳點。從全球碳循環的主要途徑來看，一方面從源頭上減少二氧化碳的排放，主要是減少化石燃料的燃燒、開發新能源等來減少二氧化碳的產生;林、退耕還林、保護森林等，使學生意識到增加碳存儲和減少碳釋放是實現碳達峰和碳中和的重要舉措，加強學生保護生態環境的意識，促進社會責任轉化。

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