生物學科技論文在原創題命制中的應用

鄭彬瓊

（秀嶼區教師進修學校，福建 莆田 351100）

探究性題型是考查學生生物學科關鍵能力的常用題型，因其難度較高，在中考生物學試卷中常作為“壓軸題”。2017-2019 年福建省生物學中考試卷第34題皆為探究題，主要以科技論文為素材進行命制的，重點考查學生制定計劃、實施計劃與得出結論等探究環節。難度值分別是0.49、0.4 及0.46，由此可見，學生對于運用科學思維和科學探究解決新情境中實際問題的能力有待提高。研究如何命制原創探究性試題，有助于提高教師命題能力，提升復習教學的精準度，讓學生擺脫題海戰術，發展科學思維能力和科學探究能力。本文以一道參加2020 年市級中考原創試題評選活動的參賽試題為例，探討命制原創探究性試題的方法。

一、試題內容概述

人類戰勝大災大疫離不開科學發展和技術創新，經過科研人員的努力成功地通過酵母菌大量生產人的乙型肝炎病毒（HBV）疫苗，目前我國乙肝全程接種率已達98%以上，自1992 我國15 歲以下的青少年乙肝表面抗原陽性率下降70%以上。［1］為了提高疫苗產量，某科研小組將酵母菌作為實驗對象，探究溫度對酵母菌種群數量、呼吸作用強度的影響。實驗過程如下：

①將質量分數為5%的葡萄糖溶液分別等量加入4 組錐形瓶中，各組錐形瓶中再加入0.1g 活性干酵母菌，放置于有氧條件下、溫度分別為10℃、20℃、30℃、40℃的環境中培養，每組實驗重復三次，每隔24h 觀察計數取平均值（表1）。［2］

表1 不同溫度條件下酵母菌的數量變化

②將質量分數為10%的葡萄糖溶液分別等量加入6 組錐形瓶中，各組錐形瓶中再加入0.1g 活性干酵母菌，用排水法檢測10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃培養溫度下各組酵母菌無氧呼吸產生氣體的體積，計時5min，每組實驗重復三次，取平均值依次得出各組數（圖1）。［3］

圖1 不同溫度下酵母菌無氧呼吸產生氣體速率

（1）酵母菌是單細胞生物，在環境適宜時，它的生殖方式是_________。

（2）分析表1 中的數據，是否能說明酵母菌在40℃培養條件下數量最少？____

（是/否），判斷依據是_________________________

（3）分析圖1 曲線，隨著培養溫度的增加，酵母菌無氧呼吸產生氣體的速率變化趨勢表現為________，當在溫度為____達到最大值。

（4）據某醫院統計不同年齡段的兒童接種乙肝疫苗免疫率，小于2 歲95.35%,2 歲到4 歲之間93.02%，大于4 歲64.29%，［4］分析這個數據對于乙肝疫苗的接種提出意見及理由______________________________。

二、試題命制及其意圖

（一）命題素材來源及其加工

1.命題素材來源

本題的實驗及數據來源于兩篇生物科技論文。其中一篇發表于《生物學教學》2019 年第10 期。這篇文章的實驗研究變量是NaCl 濃度、溫度及pH 值，實驗觀測指標是運用排水集氣法檢測酵母菌無氧呼吸產生氣體的速率，實驗結果以不同溫度下酵母菌無氧呼吸產生氣體速率等三個曲線圖的形式呈現。［3］本試題僅選擇其中溫度這一變量的實驗過程及數據。另一篇發表于《生物學通報》2008 年第12 期。該論文探究酵母菌在8 個不同溫度條件下的增殖速度，分別在7個不同時段計數8 組酵母菌的個數，共記錄64 個數據。［2］對于初中學生來說，該數據大且無價值的信息太多，筆者簡化該實驗數據，僅選擇其中培養溫度為10℃、20℃、30℃及40℃，培養時間分別為24h、48h 等4組酵母菌種群數量的數據，并以表格的形式呈現。

2.素材加工

兩篇科技論文篇幅長、專業性強及實驗數據多。在保障試題科學性及必要信息充足的基礎上，在試題文字表述部分只選取論文中第二個探究實驗的實驗目的“探究溫度對酵母菌種群數量及呼吸作用強度的影響”，實驗內容選擇變量為溫度的實驗組，一是因為初二學生未系統學習化學，大部分學生對NaCl 濃度、pH 值等概念不了解，選擇溫度作為實驗變量可以體現試題的公平性。二是因為我省使用的北師大版義務教育教科書《生物學》七年級下冊中有“探究唾液對淀粉的消化作用”實驗，人教版義務教育教科書《生物學》七年級上冊中有“探究種子萌發的環境條件”，冀少版義務教育教科書《生物學》七年級下冊中有“探究唾液淀粉酶的作用”，這些探究實驗皆涉及溫度這一實驗自變量，使得本道試題的探究情境立足于教科書，但又有利于考查學生運用所學知識解決新情境中問題的能力。

通過實驗數據處理和文字信息簡化，該探究性實驗題的題干信息已加工成型。接著將實驗中研究對象酵母菌與其在重組乙肝疫苗中的作用相結合，創設乙肝疫苗的研發、生產及應用等試題情境，體現科技創新對控制乙肝傳染病的價值，讓學生領會研究酵母菌生長條件的價值，體驗科研創新精神和科學技術的魅力，幫助學生樹立投身國家建設的社會責任感，在一定程度上提升了試題的素養立意。

（二）問題設計及參考答案

1.問題設計

根據《義務教育生物課程標準（2011 年版）》課程理念及《福建省初中生物學科教學與考試指導意見》命題要求，本試題圍繞著“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”這個生物學大概念以及科學探究的一般過程等創設問題情境，考查學生在真實的問題情境中應用實驗對照原則、單一變量原則等科學方法的能力，以及實驗數據的分析能力。并結合實驗過程考查重復實驗、多次測量求平均值的生物學意義，促進初高中生物學關鍵能力培養的銜接，體現以“核心素養立意”的命題原則及中考的選拔性功能。

第（1）小題考查的是生命觀念，具體表現為在“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”這個大概念框架下，學生能夠正確識記酵母菌的生殖方式，初步形成結構功能觀。該小題的答題關鍵點是題干中的限定條件“在環境適宜時”，主要考查學生的識記能力和審題能力。

第（2）小題考查學生對探究實驗設計中“控制變量”這一科學方法的運用能力，試題設問既重視學生對科學事實的判斷，回答“是什么”的問題，也考查學生回答“為什么”問題的論證能力，要求學生在獲取表1 實驗數據的基礎上判斷題干給出的實驗結論是否正確，考查的是單一變量原則在真實情境中的應用，D組的酵母菌數量雖然是4 個實驗組中最少的，但是D組中酵母菌的培養時間和培養溫度與其他3 個實驗組皆不一致，因此，要求學生能夠正確分析該實驗有兩個實驗變量，即可得分。

第（3）小題考查圖文轉化能力和歸納概括能力，從圖1 中的曲線圖可以判斷不同溫度下酵母菌無氧呼吸產生氣體速率變化趨勢是“先上升后下降”。學生能否基于事實和證據運用生物學專業語言描述實驗現象是本小題考查的重點。

第（4）小題考查社會責任和科學思維，該小題運用solo 分層賦分的方式區分不同科學思維水平，區分度為0.36。要求學生能夠正確分析題干中不同年齡段的兒童接種乙肝疫苗免疫率的不同，得出接種疫苗年齡和接種免疫率是負相關的關系，以解釋背景材料中“自1992 我國15 歲以下的青少年乙肝表面抗原陽性率下降了70%以上”的原因。通過歸因分析與判斷，讓學生意識到研發、接種疫苗在預防公共傳染病的意義，倡導學生將生物學知識、原理、方法應用于解決生產、生活中的實際問題，培養學生向他人宣傳傳染病的防控措施等社會責任意識與擔當。

2.參考答案

第（1）小題：出芽生殖。第（2）小題：否。因為實驗變量有溫度和培養時間兩個，沒有遵循單一變量原則。（3）溫度從10℃上升到40℃，呼吸速率隨溫度的上升而上升；溫度從40℃上升到60℃，呼吸速率隨著溫度的上升而下降。40℃。（4）應該盡早進行疫苗接種，最好在2 歲以前接種。因為隨著兒童年齡的增長，免疫應答率降低（2 分）。該試題共7 分，除第（4）小題2分外，每空1 分，錯別字不得分。

（三）試題實測數據

該試題經過一稿、二稿的預測試和修改后，第三稿試題選擇2019 年省中考成績處于本市平均水平的4 所初中學校共364 名學生進行測試，測試結果如表2。

表2 試題實測數據

（四）學生答題分析

第（1）小題學生主要的錯誤答案是“出芽生殖或孢子生殖”“孢子生殖”等。出現這樣的錯誤說明學生審題能力不足，沒有注意題干的限定條件“在環境適宜時”。另外一種代表性錯誤答案是“分裂增殖”。可見學生混淆生殖和增殖兩個概念。本題的區分度只有0.22，實測難度比預計的偏大。

第（2）小題學生主要的錯誤答案是“避免偶然性”“應該多重復幾組實驗”“應該設置一組對照實驗”。說明學生平時“死記硬背”探究性實驗的“考點”及答案，無法針對真實情境中的問題設計與實施合理的實驗方案，科學探究能力有待提高。

第（3）小題學生主要的錯誤答案是“先增加后減少”“先變快后變慢”及“先逐漸遞增后逐漸遞減”。究其原因，雖然圖1 中的曲線表示明確，但是學生無法運用生物學語言正確描述實驗現象，識圖、析圖能力有待提高。

第（4）小題的典型錯誤是“小于2 歲接種疫苗最好”“提高大于4 歲兒童的乙肝疫苗免疫率，因為大于4 歲的兒童免疫率小于65%”。出現第一種錯誤說明：學生無法利用數據作為自身決策的證據。第二種錯誤是科學性錯誤，可見學生錯誤理解題意。

三、原創題命制的反思

本道原創探究題命制之初的思路是選擇三個實驗為背景材料，設計一個從定性實驗到定量實驗的梯度，讓學生體驗嚴謹的科學思維方法及科學探究方法。第一個實驗選自人教版普通高中課程標準實驗教科書《高中生物·必修1·分子與細胞》中的“探究酵母菌細胞呼吸的方式”的實驗裝置圖，試題考查目標是檢測酵母菌呼吸作用的產物，問題設置為“橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與乙醇（俗稱酒精）發生化學反應變成灰綠色，分別在錐形瓶A 和錐形瓶B 滴加橙色重鉻酸鉀溶液，瓶內的培養液變成灰綠色”。答題的關鍵點在于學生是否理解酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸等概念，通過觀察兩個實驗裝置判斷哪一個是無氧呼吸的實驗裝置。但從試題的第一稿、第二稿實測情況問卷調查結果顯示：學生完成試題需要15-20 分鐘的時間，說明試題的閱讀量過大，而且試題第三稿的實測數據顯示本小題的區分度只有0.11，區分度太低不具備測試的實際意義，因此把本小題刪除。

總之，探究性題型的命制要精準定位學情，聚焦生物學學科核心素養的培養，選擇有代表性的教師和學生進行預測試。再根據預測試結果不斷打磨試題，確保試題的科學嚴謹、設問簡潔與公平，具備良好的難度值及區分度，更好地考查學生生物學學科核心素養發展水平。