淺談生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進階試題的素材選擇和命制

重慶 劉 杰

生物學(xué)課程設(shè)計的宗旨和實施要求著眼于學(xué)生適應(yīng)未來社會發(fā)展和個人生活的需要，從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等方面發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，充分體現(xiàn)本課程的學(xué)科特點和育人價值，這是《普通高中生物學(xué)課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)提出的要求。新課改呼吁發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，那么基于學(xué)科核心素養(yǎng)的試題命制研究與考查就是大勢所趨。筆者嘗試結(jié)合學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標準，分析學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵，從試題選材、命題方法探究等方面探究生物優(yōu)質(zhì)試題的篩選、改編和原創(chuàng)方法。

1.試題素材選擇

教師見過的試題無數(shù)，深知不能隨意選擇試題給學(xué)生訓(xùn)練，以免浪費學(xué)生的時間和精力，如果題目質(zhì)量不高甚至有錯，就無法準確評估學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，且有損學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

試題可以來自各級各類真題、教輔原題、各類資源網(wǎng)站，也可以由教師原創(chuàng)、改編。一般而言，原創(chuàng)有價值的好題是有難度的。如果把好質(zhì)量關(guān)，有針對性地篩選價值較高的試題，擇機、定時訓(xùn)練真題，或者根據(jù)需要改編試題，都可以達到提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。研究試題命制，可以從研究高考真題開始。對真題溯源，了解命題人如何選材、研究命題人的命題思想與考量，就會明白好題是如何誕生的。

【例1】(2021年，山東卷，第23題)過度緊張、焦慮等刺激不僅會導(dǎo)致毛囊細胞數(shù)量減少引起脫發(fā)，也會導(dǎo)致黑色素細胞減少引起頭發(fā)變白。利用黑毛小鼠進行研究得出的相關(guān)調(diào)節(jié)機制如圖1所示。

圖1

(1)下丘腦通過垂體調(diào)節(jié)腎上腺分泌G的體液調(diào)節(jié)方式為________。

(2)研究發(fā)現(xiàn)，NE主要通過過程②影響MeSc，過程①作用很小。兩過程中，NE作用于MeSc效果不同的原因可能是________、________、________。(答出3種原因即可)

(3)已知長期束縛會引起小鼠過度緊張、焦慮。請設(shè)計實驗驗證上述調(diào)節(jié)機制中長期束縛及腎上腺對黑毛小鼠體毛的影響。

實驗思路:________。

實驗現(xiàn)象:________。

【參考答案】(1)分級調(diào)節(jié) (2)兩過程NE的作用方式不同(或NE分別作為激素和神經(jīng)遞質(zhì)起作用) 兩過程NE濃度不同 兩過程NE運輸?shù)組eSc的時間不同 (3)實驗思路：取生理狀況相同的實驗小鼠若干，隨機均分為A、B、C、D四組。A組不處理；B組切除腎上腺；C組束縛；D組切除腎上腺并束縛，其他條件相同且適宜。飼養(yǎng)一定時間后，觀察并記錄小鼠體毛數(shù)量(生長情況)和顏色的變化 實驗現(xiàn)象：A組小鼠體毛無明顯變化；B組小鼠的體毛增多(生長旺盛)、變白；C組小鼠脫毛且體毛變白；D組小鼠體毛增多(生長旺盛)、變白

本題素材來源于2021年3月31日刊登在《自然》的來自哈佛大學(xué)科研團隊成果——“Corticosterone inhibits GAS6 to govern hair follicle stem-cell quiesc ence”(腎上腺皮質(zhì)激素抑制GAS6基因控制毛囊干細胞處于休止期)。

【例2】(2016年，全國卷Ⅱ，第30題)乙酰膽堿可作為興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其合成與釋放見示意圖。據(jù)圖回答問題：

圖2

(1)圖中A-C表示乙酰膽堿，在其合成時，能循環(huán)利用的物質(zhì)是________(填“A”“C”或“E”)。除乙酰膽堿外，生物體內(nèi)的多巴胺和一氧化氮________(填“能”或“不能”)作為神經(jīng)遞質(zhì)。

(2)當興奮傳到神經(jīng)末梢時，圖中突觸小泡內(nèi)的A-C通過________這一跨膜運輸方式釋放到________，再到達突觸后膜。

(3)若由于某種原因使D酶失活，則突觸后神經(jīng)元會表現(xiàn)為持續(xù)________。

【參考答案】(1)C 能

(2)胞吐 突觸間隙

(3)興奮

在搜索引擎微軟必應(yīng)(Bing)中輸入“acetylcholine(乙酰膽堿)”搜圖，就可以搜到本題相似圖(圖3)，利用微信的拍照翻譯功能可幫助理解。如果在“https://healthjade.com”中搜索“acetylcholine”，還可以檢索到有關(guān)乙酰膽堿的詳細介紹，文中也可找到圖3。

圖3

從專業(yè)期刊、文獻中找到的素材可以確保科學(xué)性、時效性和權(quán)威性，同時也能體現(xiàn)能力立意。選擇素材時可以借鑒大學(xué)教材或其他版本高中教材，如孫儒泳的《基礎(chǔ)生態(tài)學(xué)》、陳閱增的《普通生物學(xué)》、王玢的《人體及動物生理學(xué)》等國內(nèi)大學(xué)教材，以及美國高中主流理科教材《生物生命的動力》，英國中學(xué)主流教材《生物(Biology for you)》，還可以參考北師大版、蘇教版、滬科版、浙科版等新版教材中的一些素材或者習(xí)題。如果需要一些精美的插圖，可以從《細胞生物學(xué)精要》《生物學(xué)與生活》等專著中查找。

此外，也可以從網(wǎng)站獲取素材。中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(Chinese Science Citation Database，簡稱“CSCD”)收錄有生物學(xué)、農(nóng)林科學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域出版的優(yōu)秀期刊和核心期刊。也可以利用“大學(xué)數(shù)字圖書館國際合作計劃(CHINA ACADEMIC DIGITAL ASSOCIATIVE LIBRARY)”(https://cadal.edu.cn/index/home)搜索想要的各個時期的圖書、期刊、學(xué)位論文等信息。比如，2021年山東卷23題可溯源至《自然》，這篇論文可在百度文獻互助平臺搜索到，如果再搜索作者，還能搜索到作者于2020年發(fā)表于《自然》的Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells(交感神經(jīng)的過度活躍導(dǎo)致黑色素干細胞的耗竭)一文。該文闡釋了人類壓力導(dǎo)致頭發(fā)變白的深層機制，同樣可以找到考查“生命活動調(diào)節(jié)”的契合點。

試題中補充的素材如果超出了《課程標準》的要求，應(yīng)當以背景材料的形式告知學(xué)生，考查學(xué)生對材料分析、理解的能力。

2.試題命制的注意事項

命題容易，命制區(qū)分度、難度、信度適宜的試題則非易事。命題時，需要把握以下幾個原則。

2.1方向性

按照《課程標準》的要求，試題評價應(yīng)基于正確的政治方向。因此，試題可融入傳統(tǒng)文化、生態(tài)文明等內(nèi)容，使學(xué)生堅定四個自信。縱觀近年高考試卷，不難發(fā)現(xiàn)“結(jié)晶牛胰島素”“生態(tài)農(nóng)業(yè)”“新冠肺炎疫情”等與民族自豪感、生態(tài)文明觀、社會責(zé)任感契合的考查內(nèi)容頻頻出現(xiàn)。教師應(yīng)該通過教學(xué)、考試等途徑，讓學(xué)生形成良好的自覺，這與“怎樣培養(yǎng)人才”呼應(yīng)。

2.2準確性

試題命制一定要注意用詞嚴謹，即便不影響正常作答也不可出現(xiàn)科學(xué)性錯誤。例如：教材明確了PCR擴增過程需要DNA連接酶，體內(nèi)DNA復(fù)制需要解旋酶和DNA聚合酶，試題中能不能問“DNA復(fù)制過程是否需要DNA連接酶？”事實上，在體內(nèi)復(fù)制DNA過程中，后隨鏈是由DNA連接酶將岡崎片段連接而成的，但是這不屬于高中階段的考查范疇，可以作為信息出現(xiàn)在題目中。命題時，概念、圖形、材料、問題和答案表述都需要仔細斟酌，力求準確。

2.3基礎(chǔ)性與綜合性

試題質(zhì)量不一定與難度呈正相關(guān)。一套試題需要兼顧基礎(chǔ)性與綜合性，不能一味追求難度和新穎度。單就一道題而言，可以結(jié)合考查目的進行問題之間的難度搭配。設(shè)問方式不要過于直白和單一。

3.試題命制方法及舉例

命制試題時，教師需要思考評價的目的是什么，評價的對象是誰。材料選擇、問題設(shè)計、命題表達都需要考慮周全，同時落實學(xué)科核心素養(yǎng)的考查。一個知識點，尤其是重要概念，如何設(shè)問才能考查出學(xué)生的能力，是需要思考的命題內(nèi)容。筆者認為，應(yīng)該從不同側(cè)面、不同思維層次設(shè)問，這樣也容易發(fā)現(xiàn)學(xué)生的短板。以下方法適用于學(xué)科核心素養(yǎng)進階階段的試題命制，在一套題中可以以適當比例呈現(xiàn)。

3.1創(chuàng)設(shè)情境，增設(shè)設(shè)問角度

【例3】北歐鯽魚能在冬季結(jié)冰的水底生活。研究發(fā)現(xiàn)酒精在-80℃條件下不會凝固。北歐鯽魚在缺氧條件下的代謝情況如圖4所示。請回答：

圖4

(1)通過無氧呼吸，北歐鯽魚組織細胞中的葡萄糖在過程________(填圖中編號)釋放出少量的能量，生成少量ATP；而葡萄糖分子中未釋放的能量則存留在________中。

(2)與人體組織細胞無氧呼吸的酶相比，北歐鯽魚組織細胞無氧呼吸的酶所具有的不同之處是________(寫出兩點)。

(3)北歐鯽魚在缺氧條件下培養(yǎng)一段時間后，取2 mL水樣加入________，振蕩試管，觀察到顏色變?yōu)開_______，可驗證北歐鯽魚肌細胞呼吸的特點。

(4)北歐鯽魚無氧呼吸的代謝特點所具有的生物學(xué)意義是________。

【參考答案】(1)①③ 乳酸、酒精

(2)低溫保持活性、酶的種類不同

(3)溶有重鉻酸鉀的濃硫酸溶液 灰綠色

(4)防止乳酸積累對神經(jīng)組織造成傷害(或適應(yīng)低溫、缺氧環(huán)境，有利于生存或缺氧條件下無氧呼吸為生命活動提供能量)

與細胞呼吸有關(guān)的試題很多，但是很難考查全面，也比較難有新意。本題以全新的情境引入，兼具基礎(chǔ)性和綜合性，較全面地考查了學(xué)生的分析和表達能力。如果有必要，還可以增設(shè)計算等考查角度。

3.2突破常規(guī)，打破慣性思維

生物學(xué)是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，是研究生命現(xiàn)象和生命運動規(guī)律的科學(xué)，需要用理科獨有的“理性思維”想，用“科學(xué)研究”的方法做。如果只是靠死記硬背或者大量刷題就能得高分，這顯然與課改初衷背道而馳，提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)更是無從談起。因此，在條件適宜的情況下，教師應(yīng)當基于“理性思維”等角度對試題進行適當改編。

【例4】圖5表示生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的部分過程，甲、乙、丙、丁為生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)組成成分。下列分析錯誤的是

圖5

( )

A.①②過程中，碳元素是以有機物的形式存在的

B.③增多是溫室效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因

C.乙的存在能加快生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)

D.碳循環(huán)是指碳元素在生物群落和無機環(huán)境之間循環(huán)

【參考答案】B

以例4為例進行改編，改編后的試題如下：圖6表示生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的部分過程，甲、乙、丙、丁為生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)組成成分。下列分析正確的是

圖6

( )

A.①②過程中，碳元素是以有機物的形式存在的

B.該生態(tài)系統(tǒng)中，乙、丙、丁組成了生物群落

C.③增多是溫室效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因

D.碳循環(huán)是指CO2在生物群落和無機環(huán)境之間循環(huán)

【參考答案】A

慣性思維會削弱學(xué)生的思考能力，試題命制時可進行適當變換，考查學(xué)生是否真正掌握知識。再如例5，如果學(xué)生不積極思考，依賴自己對類似題目的固有印象，將無法正確作答。

【例5】(改編)如圖7表示人體幾種內(nèi)分泌腺之間的關(guān)系示意圖，有關(guān)說法正確的是

圖7

( )

A.若手術(shù)切除a，則c分泌的激素會增加，b分泌的激素會減少

B.①②過程可表示分級調(diào)節(jié)，③④過程可表示反饋調(diào)節(jié)

C.若c為下丘腦，則還是水平衡中樞、呼吸中樞等

D.a產(chǎn)生的激素不可口服

【參考答案】ABD

3.3直擊軟肋，提升學(xué)科核心素養(yǎng)

學(xué)生學(xué)習(xí)生物一般有兩大痛——讀不懂、寫不出。許多試題都會設(shè)置新情境考查學(xué)生的知識遷移能力，同時也會考查學(xué)生分析后用準確的語言闡述自己觀點的能力，很多學(xué)生讀不懂題目的意思，尤其是題干長、信息多的題目，理解不透徹的情況下更無法闡明觀點。教師在日常教學(xué)中應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)、深度思考的能力，不要片面追求題海戰(zhàn)術(shù)或者死記硬背，習(xí)題也應(yīng)該考查、檢驗學(xué)習(xí)效果。

【例6】東海原甲藻與中肋骨條藻是我國近海主要的兩個赤潮藻種，幾乎每年都會引發(fā)大規(guī)模的赤潮，對海洋養(yǎng)殖業(yè)構(gòu)成極大威脅。為了解浮游植物種間競爭在赤潮發(fā)生中的作用，研究者設(shè)計了東海原甲藻與中肋骨條藻的共培養(yǎng)實驗，結(jié)果如圖8所示。請回答下列問題：

圖8

(1)大規(guī)模的赤潮對海洋養(yǎng)殖業(yè)構(gòu)成極大威脅，導(dǎo)致海洋赤潮的原因是________。

(2)請從保護我國近海水域環(huán)境出發(fā)，提出幾條合理建議________。

(3)據(jù)圖可知，共培養(yǎng)時，東海原甲藻與中肋骨條藻細胞密度發(fā)生動態(tài)變化的原因是________。

(4)有人認為，兩藻類共培養(yǎng)時，中肋骨條藻依靠他感作用(一種植物通過向體外分泌代謝過程中的化學(xué)物質(zhì)，對其他植物產(chǎn)生直接或間接的影響)獲取優(yōu)勢，請就所給實驗材料設(shè)計實驗加以驗證是否具有他感作用。

材料：中肋骨條藻，東海原甲藻，中肋骨條藻的無藻細胞濾液，東海原甲藻的無藻細胞濾液，正常培養(yǎng)液。

實驗步驟：________。

實驗結(jié)果及結(jié)論：________。

【參考答案】(1)N、P等元素在海水中富集

(2)禁用含磷洗滌劑；控制城市污水和工業(yè)污水排放；合理開發(fā)海洋漁業(yè)，引入對水質(zhì)有凈化作用的養(yǎng)殖品種；進行多品種混養(yǎng)、輪養(yǎng)，建立生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)

(3)在東海原甲藻與中肋骨條藻的種間競爭中，中肋骨條藻處于優(yōu)勢地位，東海原甲藻處于劣勢地位

(4)設(shè)置甲、乙、丙三組實驗，分別為正常培養(yǎng)液培養(yǎng)東海原甲藻組(甲組)、中肋骨條藻的無藻細胞濾液培養(yǎng)東海原甲藻組(乙組)、中肋骨條藻和東海原甲藻共同培養(yǎng)組(丙組)，定期觀察幾個組的藻生長情況 如果乙組和丙組中的東海原甲藻的數(shù)量類似，并且比甲組的數(shù)量少，說明中肋骨條藻對東海原甲藻具有他感作用。如果甲、乙組中的東海原甲藻的數(shù)量類似，并且比丙組的數(shù)量多，說明中肋骨條藻對東海原甲藻不具有他感作用

本題材料及其相關(guān)數(shù)據(jù)來自2012年2月《生態(tài)學(xué)報》第4期《東海原甲藻與中肋骨條藻的種間競爭特征》一文。北師大版選擇性必修2《生物與環(huán)境》第1章第一節(jié)“檢測評價”部分選用了論文中的曲線進行設(shè)問。將論文數(shù)據(jù)與教材結(jié)合起來，按照“需求”設(shè)問，可以有效提升學(xué)生的思維品質(zhì)和語言表述能力。

3.4潛移默化，落實學(xué)科核心素養(yǎng)

學(xué)科核心素養(yǎng)的考查應(yīng)自然而然地融入試題，不一定每道題都滲透，也不一定每種素養(yǎng)都在一道題中考查。例如，學(xué)習(xí)葉綠體的結(jié)構(gòu)可補充內(nèi)共生學(xué)說，考查“生命觀念”(結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀)；光合作用的實驗操作可以考查“科學(xué)探究”；分析光合作用的影響因素可考查“科學(xué)思維”；提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施可以考查“社會責(zé)任”，這些可不必同時出現(xiàn)。

【例7】樹線是指直立樹木分布的海拔上限,如圖9甲所示。生態(tài)學(xué)者研究了全球變暖環(huán)境下樹線之上植被厚度指數(shù)對樹線上升幅度的影響,結(jié)果如圖9乙所示。下列敘述錯誤的是

圖9

( )

A.生態(tài)學(xué)者可以采用樣方法調(diào)查不同樣地內(nèi)的植被類型,從而確定樹線的上升幅度

B.樹線之上和之下的主要植被分別為草甸和森林,影響植被分布的最主要因素是陽光

C.樹線上升過程中,群落發(fā)生了次生演替,演替過程中輸入該生態(tài)系統(tǒng)的總能量增加

D.該研究表明,在全球變暖環(huán)境下,樹線上升幅度大小與樹線之上植被厚度指數(shù)呈負相關(guān)

【參考答案】B

本題數(shù)據(jù)來自于2017年《自然雜志》第3期《氣候變暖會使青藏高原樹線一直上升嗎？》樹線上升，可引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注環(huán)境變化，關(guān)注自然，訓(xùn)練“科學(xué)思維”的過程中自然而然融入了“社會責(zé)任”。

有一些經(jīng)典素材可以反復(fù)用，從各個側(cè)面進行設(shè)問，幫助學(xué)生深度理解。如圖10，筆者幾乎每次講到“激素調(diào)節(jié)”都會選用這個圖。學(xué)生囿于教材的內(nèi)容很難對疾病有深層和全面的認識，結(jié)合本圖可以考查細胞結(jié)構(gòu)、激素調(diào)節(jié)、疾病(自身免疫病、醫(yī)療)等，與生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及社會責(zé)任都能很好地結(jié)合。

圖10