基于四翼生物學(xué)原創(chuàng)試題的命制與分析

羊垂功

（廣東省開(kāi)平市開(kāi)僑中學(xué) 廣東江門 529300）

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》（以下簡(jiǎn)稱《評(píng)價(jià)體系》）指出，高考生物學(xué)試題應(yīng)突出學(xué)科特征，注重基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性（簡(jiǎn)稱“四翼”）的綜合考查。如何在“四翼”考查要求下進(jìn)行試題命制，下文以一道生物技術(shù)實(shí)踐原創(chuàng)試題為例進(jìn)行探索分析。

1 原創(chuàng)試題

【試題】黃酒因具有低聚糖等功能性成分而口感醇厚、香氣馥郁。為探明黃酒低聚糖對(duì)腸道內(nèi)乳酸桿菌等益生菌增殖的影響，科研人員從小鼠糞便中篩選低聚糖分解菌，以葡萄糖組、低聚果糖組作為對(duì)照組，黃酒低聚糖組作為實(shí)驗(yàn)組，開(kāi)展了相關(guān)研究，結(jié)果如圖1所示。回答下列問(wèn)題：

（1）為了篩選低聚糖分解菌—乳酸桿菌，將小鼠新鮮糞便樣品稀釋液接種至以__________為唯一碳源的固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)，此外還需要提供________環(huán)境，該培養(yǎng)基從功能上分類屬于__________培養(yǎng)基。

（2）在釀制黃酒時(shí)一般將溫度控制在________，在釀制過(guò)程中，若發(fā)酵系統(tǒng)密封不嚴(yán)，溫度升高，黃酒會(huì)變酸，原因是______________________________

（3）研究表明，低聚糖能促進(jìn)腸道內(nèi)乳酸桿菌等益生菌的增殖。圖1中低聚果糖組和實(shí)驗(yàn)組的發(fā)酵液pH下降較快的原因可能是_____________________，研究證明，與低聚果糖相比，黃酒低聚糖對(duì)腸道菌群增殖可發(fā)揮類似的調(diào)節(jié)作用，這揭示____________可作為腸道內(nèi)潛在的益生元（指一些不被宿主消化吸收卻能夠選擇性地促進(jìn)體內(nèi)有益菌的代謝和增殖，從而改善宿主健康的有機(jī)物質(zhì)）被腸道菌群利用。

圖1 黃酒低聚糖對(duì)腸道內(nèi)乳酸桿菌等益生菌增殖的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（4）同學(xué)甲認(rèn)為有氧環(huán)境下乳酸桿菌在MRS培養(yǎng)基中增殖的速度會(huì)加快，乳酸桿菌能溶解MRS培養(yǎng)基中的碳酸鈣而使菌落周圍形成溶鈣圈，您同意同學(xué)甲的觀點(diǎn)嗎？您的實(shí)驗(yàn)探究方案是___________________________________________________________。（要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路并分析預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果）

參考答案：

（1）葡萄糖、低聚糖 無(wú)氧 選擇

（2）18～25℃ 在氧氣充足、缺少糖源時(shí)，醋酸菌將乙醇變?yōu)橐胰?，再將乙醛變?yōu)榇姿?/p>

（3）低聚糖促進(jìn)了發(fā)酵液中乳酸桿菌等益生菌的大量增殖，進(jìn)而使發(fā)酵液中乳酸含量劇增，pH快速降低 黃酒低聚糖

（4）將乳酸菌接種于MRS培養(yǎng)基A和MRS培養(yǎng)基B，將A組培養(yǎng)基置于有氧環(huán)境、B組培養(yǎng)基置于無(wú)氧環(huán)境，在其他因素相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時(shí)間，觀察兩組培養(yǎng)基溶鈣圈的大小。乳酸菌屬于厭氧細(xì)菌，在有氧條件下不能正常增殖，進(jìn)而導(dǎo)致B組培養(yǎng)基的溶鈣圈大于A組培養(yǎng)基的溶鈣圈。

2 基于“四翼”的試題分析

2.1 基礎(chǔ)性

《評(píng)價(jià)體系》指出，在命制試題時(shí)，要以問(wèn)題情境為載體，加強(qiáng)對(duì)基本概念、原理、思想方法的考查，體現(xiàn)高考試題的基礎(chǔ)性。第（1）小題結(jié)合《選修1·生物技術(shù)實(shí)踐》中微生物培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用的必備知識(shí)，呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的生物學(xué)情境，要求學(xué)生理解選擇培養(yǎng)的原理、微生物的特殊需求、培養(yǎng)基的類型，考查學(xué)生的理解能力和情境分析能力。試題的情境基礎(chǔ)簡(jiǎn)單，立意清晰明確，體現(xiàn)了試題的基礎(chǔ)性。

2.2 綜合性

綜合性既包括同一層面知識(shí)、能力和素養(yǎng)的交互融合，也包括不同層面之間縱向的融會(huì)貫通，要求以多項(xiàng)相互關(guān)聯(lián)的活動(dòng)組成的復(fù)雜情境作為載體，反映核心知識(shí)、關(guān)鍵能力與學(xué)科素養(yǎng)的整合及綜合運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生素質(zhì)綜合、全面的考查。試題以“黃酒低聚糖對(duì)腸道內(nèi)乳酸桿菌等益生菌增殖的影響”為背景主線，融合微生物的篩選、培養(yǎng)基的類型、果酒果醋制備原理等必備知識(shí)，需要學(xué)生仔細(xì)閱讀材料、審閱實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并能將《選修1·生物技術(shù)實(shí)踐》不同專題的知識(shí)進(jìn)行整合，綜合所學(xué)知識(shí)解釋相關(guān)生物學(xué)現(xiàn)象并解決相應(yīng)的問(wèn)題。試題考查學(xué)生的信息獲取能力、理解能力、問(wèn)題解決能力、實(shí)驗(yàn)探究能力和創(chuàng)新能力等關(guān)鍵能力。其中，第（1）小題對(duì)照組中無(wú)論碳源是葡萄糖還是低聚果糖，乳酸桿菌都可以增殖、生長(zhǎng)，而低聚果糖屬于低聚糖中的一種且乳酸桿菌是厭氧細(xì)菌，故篩選低聚糖分解菌可以將小鼠新鮮糞便樣品稀釋液接種至以葡萄糖和低聚糖為唯一碳源的固體培養(yǎng)基上并提供無(wú)氧環(huán)境進(jìn)行篩選。因?yàn)榇伺囵B(yǎng)基通過(guò)改變培養(yǎng)基的組成來(lái)篩選微生物，故從功能上分類屬于選擇培養(yǎng)基。該題考查的是學(xué)生的理解能力和分析能力等關(guān)鍵能力。第（2）小題以果酒果醋的制作為載體，需要學(xué)生明確果酒發(fā)酵溫度是18～25℃，果醋的發(fā)酵溫度是30～35℃，醋酸菌是好氧細(xì)菌，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)題干信息“發(fā)酵系統(tǒng)密封不嚴(yán)（有氧氣存在），溫度升高（利于醋酸菌增殖、生長(zhǎng)）”進(jìn)行推導(dǎo)，闡釋果酒變酸（本質(zhì)是果酒變成了果醋）的原因（本質(zhì)是果醋制備的原理），即在氧氣充足、缺少糖源時(shí)，醋酸菌將乙醇變?yōu)橐胰?，再將乙醛變?yōu)榇姿?，進(jìn)而使黃酒變酸。該題考查的是知識(shí)遷移等關(guān)鍵能力。第（3）小題屬于由果溯因考查，耦合了試題探究主題“探明黃酒低聚糖對(duì)腸道內(nèi)乳酸桿菌等益生菌增殖的影響”，屬于實(shí)驗(yàn)探究主題的延伸與應(yīng)用。試題要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，回溯出“低聚果糖組和實(shí)驗(yàn)組的發(fā)酵液pH下降較快”的原因。倘若該問(wèn)沒(méi)有溯因的前提，學(xué)生將無(wú)從下手，也不利于考查學(xué)生知識(shí)遷移、學(xué)以致用等關(guān)鍵能力。為了使學(xué)生快速找準(zhǔn)試題切入點(diǎn)、充分引起其思維活動(dòng)，提高試題測(cè)量效度，題干提供了推理的前提“低聚糖能促進(jìn)腸道內(nèi)乳酸桿菌等益生菌的增殖”，并要求學(xué)生根據(jù)此前提遷移應(yīng)用、推導(dǎo)、釋因。對(duì)于第二小問(wèn)，實(shí)驗(yàn)探究的顯性目的是“探明黃酒低聚糖對(duì)腸道內(nèi)乳酸桿菌等益生菌增殖的影響”，但最終探究的隱性目的是“黃酒低聚糖能否和低聚果糖一樣作為動(dòng)物腸道內(nèi)潛在的益生元”。因此在理解低聚果糖與低聚果糖一樣能促進(jìn)乳酸桿菌增殖的基礎(chǔ)上，學(xué)生需要依據(jù)題干信息“與低聚果糖相比，黃酒低聚糖對(duì)腸道菌群增殖可發(fā)揮類似的調(diào)節(jié)作用”及“益生元的概念”，采用三段論進(jìn)行類比推理，已知：①低聚果糖可作為腸道內(nèi)潛在益生元；②黃酒低聚糖對(duì)腸道菌群增殖可發(fā)揮與低聚果糖類似的調(diào)節(jié)作用。根據(jù)①和②及益生元的概念，可以類比推理出黃酒低聚糖也可作為腸道內(nèi)潛在的益生元。該小題考查了學(xué)生的理解能力、遷移應(yīng)用能力、解決問(wèn)題能力、綜合分析能力等關(guān)鍵能力。第（4）小題本質(zhì)是第（1）小題的遷移應(yīng)用與延深，以同學(xué)甲的錯(cuò)誤觀點(diǎn)為載體，要求學(xué)生運(yùn)用必備知識(shí)——乳酸桿菌屬于厭氧細(xì)菌，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并對(duì)預(yù)期結(jié)果進(jìn)行分析，旨在強(qiáng)化、深化學(xué)生“在面對(duì)有爭(zhēng)議的社會(huì)議題時(shí)，能利用生物學(xué)重要概念或原理，通過(guò)邏輯推理闡明個(gè)人立場(chǎng)，作出決策并解決問(wèn)題”的能力。整道題的作答要求學(xué)生基于結(jié)果尋找生物學(xué)證據(jù)，采用逆向思維、演繹推理和歸納概括等思維方法，解釋生物學(xué)現(xiàn)象并解決相應(yīng)的問(wèn)題，體現(xiàn)了對(duì)生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)的考查，體現(xiàn)了對(duì)復(fù)合能力、融合素養(yǎng)的全方位考查，體現(xiàn)了試題的綜合性。

2.3 應(yīng)用性

《評(píng)價(jià)體系》指出在命題時(shí)應(yīng)堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際的原則，考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、能力和素養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓學(xué)生充分感受到課堂所學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)含的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)應(yīng)增強(qiáng)試題的探究性，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考判斷，提出解決問(wèn)題的方案。黃酒源于中國(guó)，與啤酒、葡萄酒并稱三大發(fā)酵酒，試題情境貼近社會(huì)生活，第（2）小題要求在新情境下闡釋黃酒變酸的原因，考查了學(xué)生遷移課堂所學(xué)內(nèi)容、理論聯(lián)系實(shí)際的能力；第（3）小題以探究結(jié)果為情境，要求學(xué)生結(jié)合題干信息，基于新情境進(jìn)行知識(shí)遷移應(yīng)用，在第（2）小題的基礎(chǔ)上進(jìn)行了深化；第（4）小題則要求學(xué)生打破常規(guī)，進(jìn)行獨(dú)立思考和判斷，提出解決問(wèn)題的新方案，考查了學(xué)生學(xué)以致用的能力，體現(xiàn)了試題的應(yīng)用性。

2.4 創(chuàng)新性

創(chuàng)新性要求設(shè)置開(kāi)放性的試題呈現(xiàn)新穎的方式和設(shè)問(wèn)方式，引領(lǐng)學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)探究，發(fā)現(xiàn)新方法、找到新規(guī)律、得出新結(jié)論，旨在考查學(xué)生對(duì)問(wèn)題或觀點(diǎn)提出不同看法并進(jìn)行論證等能力。在有了第（1）小題的內(nèi)容作為鋪墊后，學(xué)生基本可以判定第（4）小題中甲的觀點(diǎn)錯(cuò)誤，關(guān)鍵是如何對(duì)觀點(diǎn)進(jìn)行論證。作答過(guò)程要求學(xué)生先懂得分組（分對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組），再通過(guò)改變自變量（有氧和無(wú)氧環(huán)境）排除無(wú)關(guān)變量（其他因素相同且條件適宜）影響，然后運(yùn)用題干檢測(cè)指標(biāo)表述出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，最后運(yùn)用“乳酸桿菌時(shí)厭氧細(xì)菌”這一必備知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析論證。試題考查了學(xué)生的知識(shí)遷移應(yīng)用能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、解決問(wèn)題能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、創(chuàng)新能力等關(guān)鍵能力，體現(xiàn)了一定的創(chuàng)新性。

3 試題評(píng)價(jià)

為檢測(cè)原創(chuàng)試題質(zhì)量，對(duì)高三224名學(xué)生進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試題分析結(jié)果

學(xué)生作答存在的主要問(wèn)題如下。①必備知識(shí)記憶、理解不清：第（1）小題第1小問(wèn)作答“低聚果糖（低聚糖）”的學(xué)生不在少數(shù)，即漏寫(xiě)“葡萄糖”的現(xiàn)象較普遍；果醋制備的原理依然記憶混亂即氧氣充足、糖原充足及氧氣充足、糖原不足分辨不清而導(dǎo)致錯(cuò)答的學(xué)生占比較高。②獲取信息、理解、分析推理等關(guān)鍵能力較欠缺：第（3）小題第1小問(wèn)因未能理解、運(yùn)用題干提供的推理前提而導(dǎo)致詞不達(dá)意、邏輯紊亂的學(xué)生較多。③實(shí)驗(yàn)探究能力、語(yǔ)言組織能力較弱。第（4）小題要求對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，該類試題在平時(shí)模擬訓(xùn)練中較少見(jiàn)，不少學(xué)生“留白”，這可能和作答時(shí)間搭配不合理、整卷試題難度較高有一定的關(guān)系。整道試題難度為0.51，與2021年廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試生物學(xué)高考試題選修1中的難度0.47趨近，其難度適中，區(qū)分度較好。