根據科技文獻命制的原創高中生物試題實例解析

李穎

摘 要：科技文獻是發展學生學科核心素養的優質資源，高質量的生物試題命制可以充分發掘教材與科技文獻潛在相互關系，做到試題能夠及時合理地更新迭代。文章通過兩則實例介紹利用光合作用研究熱點的科技文獻編制，符合課程標準和STSE要求的高中生物原創試題，簡要分析評價，旨在提高高中生物課堂教學的有效性。

關鍵詞：高中生物；課程標準；STSE；科技文獻

一、研究背景

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標準”）凝練了高中生物學學科核心素養，分別為：生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度。課程標準的“教學建議”提出“高度關注生物學學科核心素養的達成”[1]。在此過程中需要重視科學、技術、社會及環境之間的關系，重視科學技術在社會生產中的應用以及對自然環境的影響，遵循客觀性綜合性、實踐性、發展性原則，指導和實施學科教育（STSE教育）。

因此在高中生物學教學中要充分重視真實情境在學科核心素養培養中的作用。真實情境可來源于現實生活、學習過程和社會實踐等與學生密切聯系的場景，也可來源于生命科學發展史，還可來源于科學實驗和研究過程。其中科學實驗和研究過程的獲取更多來源于科技文獻，原始科技文獻是科研工作者對科學研究過程的真實記錄及分析評價，是最可靠和準確的資料，具有真實性、創新性和時效性。當前由于高中生物教師既要熟悉新教材，又要適應新課程理念，少有精力注意對科技文獻的使用，導致很多教師對真實的數據、表格、實驗結論等情境的利用率很低，對科技文獻資料的搜集與分析等內容的實施不完全順利，因此如何將科技文獻用于教學實踐是一個值得關注的問題[2]。

利用科技文獻的真實情境為教學提供豐富的素材，其意義主要體現在：

（一）有利于培養學生的核心素養。根據科技文獻提出問題進一步查閱文獻解決來問題，能拓寬學生的視野，訓練學生的科學思維和科學探究能力；科技文獻研究結論的形成過程加深了學生對教材中重要概念的理解，促進生命觀念的形成；科技文獻的研究意義幫助學生了解科學、技術與社會之間的關系，理解生命的本質，培養學生的社會責

任[3]。（二）有利于教師研究教材。新教材在內容的選擇、組織和呈現方式上充分重視教學情境的創設，很多真實情境就取材于科技期刊文獻[4]。將科技文獻應用于高中生物教學，這就要求教師熟練掌握教材中與科技研究相關的內容，充分發掘教材與科技文獻的相互關系，需要教師認真閱讀和研究教材。（三）有利于提高教師的教學能力。本研究需要教師自主地從科技文獻中提煉真實的教學情境，將之設計成適合高中學生的閱讀資料、課堂情境和習題等，對教師的文獻篩選能力、分析整理能力、歸納概括能力等專業素質能力都有一定的要求。本研究對教師提升教學實踐能力、實施課程育人、促進專業發展存在積極作用。（四）為一線教師利用科技文獻進行教學提供借鑒。本研究探索科技文獻中的真實情境在高中生物教學中，在課堂情境創設、習題、閱讀資料等方面加工方法，形成高中生能理解和接受的文本、圖表或其他形式等資料，對一線教師利用科技文獻進行教學具有一定的助力作用。

二、科技文獻應用于高中教學的現狀

經過統計，當今有一些學者和教師對情境教學做過理論探索和教學實踐，利用科技文獻中的真實情境進行高中生物教學的文章僅有5篇，全部為應用研究。劉越（就職于廣東省深圳市深圳中學）等學者探討了將科技期刊文獻轉化為用于教學情境的路徑與各個環節的實施要點，實現資源的提煉、情境的創設與修訂。學者戴亞（就職于中國人民大學附屬中學）從多個角度論述如何通過科技文獻的批判性閱讀訓練，促使學生形成思辨習慣，提高思辨能力[5]。上述兩篇文獻都是由教師處理科技文獻，創設教學情境，進而引導學生提高文獻閱讀和思辨能力。

科技文獻的應用還需要教師提出主題，提煉素材，將學生帶入真實情境。如許軻（就職于廣東省深圳市深圳中學）等學者通過對體細胞克隆猴的科技文獻的研讀，形成深入且立體化、指向性學科核心素養的素材，將學生引入真實的研究場景[6]；趙清杰（就職于北京理工大學附屬中學）、張紅艷（就職于北京理工大學附屬中學）等學者嘗試將PD-L1分子抑制T細胞增殖等科學研究資料引入免疫專題復習，建立“T細胞免疫平衡”的觀念，推測檢驗腫瘤免疫逃逸的原因，提出腫瘤免疫治療的基本思路和具體措施，以培育學生的學科素養，訓練學生學科關鍵能力[7]；李杰（就職于廣東省佛山市南海中學）等學者利用科技論文編制與科學、技術、社會和環境緊密聯系的生物學原創試題，對試題進行簡明扼要的評析[8]。“授人以魚不如授人以漁”，以上這些文獻都是從教學的設計角度出發，去探索對科技文獻真實情境的利用，學生在教師的引導下參與對文獻的檢索、閱讀、分析和處理的方法與實踐，有利于提高學生的科學閱讀能力、邏輯推理能力和科學表述能力。

三、科技文獻資料的加工和處理難點和創

新點

（一）難點

原始科技文獻中的專業術語以及復雜的技術手段，需要依據高中生的生物學水平進行合理的加工和解釋，才能形成符合學生認知水平的文本。另外，原始文獻中一些復雜的數據圖表、圖像等的加工，需要一定的美術功底或精通圖片處理相關軟件的能力，才能進行簡化。

如何挖掘資料與高中生物重要概念的聯系，在課堂恰當的位置以合理的方式呈現，需要教師不斷探索。編寫習題時，問題設置的科學性，能力考察的有效性，都需要進行多次檢驗、修正與完善[9]。

（二）創新點

在科技文獻的篩選與加工階段，文獻素材既與高中生物學教材相聯系，也能夠反映出學生的興趣點，在課堂應用時，既有效又有趣。學生個人的思辨能力、閱讀分析能力等都可以得到很大程度的提高。

高中生物學新課改的理念之一就是“注重學科滲透，關注科技發展”，新一輪課改也加大了生物學知識應用和生物科技模塊的比重。將生物科技文獻用于高中生物學教學，積極開發與生物學前沿知識相關的課程和教學資源，學生參與知識的動態生成，擴大應用性知識在教學中的實際運用，使教學內容更具時代性，可進一步促進學生對科學本質的理解，實現學生生物學學科核心素養的提升。

四、原創試題案例及命題思路

高中生物試題是常規教學中進行教學評價的重要環節。高質量的生物試題命制需要在緊抓基礎知識的同時，體現出與科學、技術、社會、環境（STSE）等方面結合的特點，做到及時、合理的更新迭代。

光合作用機理既是生命科學的重大基礎前沿問題，其應用又與農業、能源和環境的可持續發展密切相關。近十年來，國內外光合作用研究取得了一系列突破和重要進展，主要集中在光合蛋白質機器的結構解析與調控、光合水裂解放氧及人工模擬、作物光能利用、二氧化碳同化以及合成生物學與光合作用等方向。其中通過提高作物的光保護能力以及變光條件下光反應的快速響應能力是提高光合效率和作物產量的有效途徑。筆者嘗試從這些最新科技文獻中尋找新的情境、角度，希望命制出既緊扣考點，又題材新穎、設問巧妙的原創試題。

例1：植物需要光能維持生命，但過多的光會誘導活性氧的產生，對植物造成傷害，形成光合作用強度下降的光抑制現象。針對光抑制，植物進化出了諸多光保護機制。如葉黃素循環熱耗散機制能在較高光強下，以熱能形式耗散過剩光能。D1蛋白周轉保護機制是通過D1蛋白的合成和降解的動態平衡，耗散過剩光能保護光合機構免受光抑制傷害。結合所學知識，判斷以下選項錯誤的是：（? ）

A.光合作用在光反應固定的太陽能會用于暗反應中C3的還原

B.保護植物免受光抑制傷害過程中，耗散過多光能可能傷害光合機構

C.類囊體薄膜上的光合色素可以將光能轉化為ATP中的化學能或轉化為熱能

D.農業生產中，提供適宜的光照強度可以幫助植物耗散過剩的光能

答案：D

答案解析：A.光反應將太陽能固定為ATP中活躍化學能，再用于C3還原。B.過剩的光能會以熱能形式散失，熱能過多可能造成溫度較高，破壞蛋白質的結構。C.光合色素的作用主要是轉化太陽能為ATP化學能，葉黃素可以將過剩光能轉化為熱能。D.過低或過高的光照強度都會造成光合作用強度降低，所以需要提供適宜的光照強度，但是通過葉黃素循環熱耗散機制D1蛋白周轉保護機制耗散過剩的光能。

命題思路：光合作用中物質和能量的變化及相互關系、影響光合作用強度的環境因素，是光合作用的教學重難點。細胞能量提供和利用的最終源頭是陽光，通過光合作用，將光能主要轉換為ATP中的化學能，用于暗反應中C3的還原。A、C選項考察了這一基礎知識。

題目素材取材于【婁永峰、高志民.葉黃素循環和D1蛋白周轉在毛竹葉片光保護中的作用.植物科學學報.2020，38（01）：134-142】，研究了光合作用中能量轉化的熱能途徑和植物應對的自我保護機制。希望學生對照素材能提取到這些關鍵信息，整合到自身已有的知識體系中。C選項的目的就是考查學生信息提取、將提取信息整合的能力，需要考生從耗散熱能聯想到高溫，再聯想到高溫破壞蛋白質結構，思維轉化的過程相對較長。在C選項的基礎上，考生能推理出B選項熱能的后續效應是和蛋白質變性相關聯。考生對D選項光照強度影響光合作用的理解中可能存在偏差，部分考生將適宜的光照強度當成耗散過剩的光能后植物的相對穩定狀態（結果）的原因，實際上適宜的光照強度不會產生過剩光能，產生耗散過剩的光能后植物的相對穩定狀態（結果）的原因是葉黃素循環熱耗散機制D1蛋白周轉保護機制的存在。

例2：植物需要光能維持生命，但過多的光會誘導活性氧的產生，對植物造成傷害，形成光合作用強度下降的光抑制現象。針對光抑制，植物進化出了諸多光保護機制。如D1蛋白周轉保護機制是通過D1蛋白的合成和降解的動態平衡，耗散過剩光能，保護光合機構免受光抑制傷害，保證光系統Ⅱ光化學效率（即光合能力）的相對穩定。但有研究者發現，在正常晴天6點至18點，毛竹光系統Ⅱ光化學效率在11點到15點有顯著下降。結合所學知識，判斷以下選項錯誤的是：（? ）

A.過多光照使植物體內過氧化氫酶基因表達量相對較高

B.D1蛋白的合成和降解的動態平衡說明基因表達隨時在根據環境變化進行調整

C.晴天中午的高溫造成了光合作用相關蛋白質的永久性失活

D.說明毛竹的光防御系統未被破壞

答案：C

解析：A.題干“過多的光會誘導活性氧的產生，對植物產生傷害”說明H2O2產量較大，細胞清除H2O2的過氧化氫酶催化降解。A正確。B.同種蛋白質的合成降解說明在不同時空，相應基因有選擇的表達。B正確。C.光系統Ⅱ光化學效率在晴天中午明顯下降，原因可能是高溫造成了光合作用相關蛋白質的活性下降，但后續曲線回升，說明蛋白質活性，沒有永久性失活。C錯誤。D.光系統Ⅱ光化學效率在晴天中午明顯下降，但后續曲線回升，說明光防御系統可恢復，未被破壞。D正確。

命題思路：題目素材取材于【婁永峰、高志民.葉黃素循環和D1蛋白周轉在毛竹葉片光保護中的作用.植物科學學報.2020，38（01）：134-142】，該題研究了光合作用中產生的光抑制現象和植物應對的機制。

A選項，題干光抑制現象中活性氧的過量現象，考生可以聯想到過氧化氫酶的催化降解；B選項，D1蛋白的合成和降解的動態平衡，考生可以聯想到基因的選擇性表達。

利用實驗結果、圖表、曲線等創設情境，考察光合作用的過程、影響因素及在農業生產上的應用，及信息提取處理的能力和綜合運用的能力，是高考試題的常見類型。C、D兩個選項基于上述目的，節選了素材中的實驗結果，展示了光系統Ⅱ的最大光化學效率（即光合能力）和光強的關系。由題干分析可知，午間光強較大時光合能力有所下降；后續光強減弱，光合能力又恢復，考生可以推理出，D選項光防御系統未被破壞。聯想到光強較大時有可能導致高溫使蛋白質結構改變引發蛋白質永久性失活，考生可能會推理C選項正確。但結合D選項，會調整分析思路，蛋白質結構活性可能受到影響，只是沒有到永久性失活的程度。從該題目中考查了材料間相互印證推理的能力。

結束語

生物試題作為測量工具，需要具有有效的測評性、診斷性。利用有價值的科技文獻對試題進行情境化設計，既可以激發考生對學習研究的興趣；又能以情境為載體，有效考查考生歸納概括、知識遷移、演繹推理等科學思維的能力；同時還有利于知識和最新科學研究實踐之間的聯系，引導學生建立正確的生命觀和科學發展觀。這兩則案例，每例涉及4個知識點。其中部分選項屬于理解記憶的水平，其他選項在理解記憶的基礎上，強化了知識遷移、演繹推理的應用，在考查考生對基礎知識的記憶和理解的同時，也考察了多角度分析推理的生物學素養能力。為了測出學生的真實水平，避免影響試題有效性，選項盡量做到有一定的迷惑性，將學習過程中跨度較大章節中的知識點聯系起來，增強學生對知識點的靈活應用能力。

參考文獻

[1]林榮呈，楊文強，王柏臣，等.光合作用研究若干前沿進展與展望[J].中國科學：生命科學，2021，51（10）：1376-1384.

[2]李杰，施茵茵.基于科技文獻進行高三生物學原創試題的命制[J].生物學教學，2017，42（4）：57-59.

[3]唐波林.高中生物有效試題的設計與研究[D].桂林：廣西師范大學，2013.

[4]劉越，許軻.試論科技期刊文獻資源的教學情境轉化[J].生物學教學，2021，46（12）：16-17.

[5]戴亞.在高中生物學教學中通過科技文獻閱讀培養思辨能力[J].生物學通報，2020，55（9）：42-44.

[6]許軻，劉越.從科技文獻中提煉情境式核心素養素材[J].中學生物教學，2021（05）：30-34.

[7]趙清杰，張紅艷.基于真實科研情境的“免疫調節”專題復習[J].生物學通報，2021，56（6）：16-20.

[8]李杰，施茵茵.基于科技文獻進行高三生物學原創試題的命制[J].生物學教學，2017，42（4）：57-59.

[9]婁永峰，高志民.葉黃素循環和D1蛋白周轉在毛竹葉片光保護中的作用[J].植物科學學報，2020，38（1）：134-142.

本文系珠海市教育科研規劃課題：科技文獻的真實情境在高中生物學教學中的應用與實踐。課題編號：2023ZHGHKT109。