基于UbD理論的試卷命制中試題任務(wù)情境創(chuàng)設(shè)的探究

哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué) 王 昆 張慶嶺

“追求理解”的教學(xué)設(shè)計(jì)（UnderstandingbyDesign，UbD）是美國專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出的，為課堂教學(xué)提供了全新“UbD”理論的思路。基于“UbD”理論的教學(xué)設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段，即確定預(yù)期結(jié)果、確定合適的評估證據(jù)、設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和教學(xué)。由于這一設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)不同，又稱為“逆向教學(xué)設(shè)計(jì)”。而我們的試題命制就是按照“UbD”理論的三階段進(jìn)行的。首先考試的目的就是對人才進(jìn)行選拔，接下來依據(jù)選拔要求（核心素養(yǎng)）進(jìn)行考察點(diǎn)的確立，最后通過試題來對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)與評估，所以UbD理論對試題命制有著重要意義。

高考最重要的特點(diǎn)就是選拔性。高招擇優(yōu)錄取的依據(jù)是學(xué)生的高考分?jǐn)?shù)，衡量的標(biāo)準(zhǔn)兼顧德智體美勞等諸多方面。在日常教學(xué)中，圍繞高考模式下的試題命制是廣大教師的重要工作任務(wù)之一，題目的命制務(wù)必要與高考相契合。廣大教師在題目命制中只有落實(shí)好高考的核心功能、為什么考、考什么、怎么考這些實(shí)際問題，才能使得我們的考試目標(biāo)落地，即UbD理論的最終實(shí)施結(jié)果——優(yōu)秀的試題與試卷。

試題設(shè)計(jì)時(shí)，目標(biāo)考查的載體是試題情境，當(dāng)合理的試題情境被創(chuàng)設(shè)出來，有利于提高試題的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，同時(shí)也有利于激發(fā)考生的思維，使考生順利作答。根據(jù)高中生物學(xué)學(xué)科教學(xué)的特征，試題命制所選取應(yīng)用的情境主要分為如下幾類：（1）日常生活與實(shí)踐的綜合化場景；（2）科學(xué)實(shí)踐與科學(xué)探究；（3）生物科學(xué)史實(shí)；（4）學(xué)科概念與模型。

一、日常生活與實(shí)踐的綜合化場景

在日常生活中，經(jīng)常會(huì)遇到一些自然現(xiàn)象。而這些現(xiàn)象與生物學(xué)原理息息相關(guān)：農(nóng)諺是我國古代勞動(dòng)人民綜合實(shí)踐與智慧的結(jié)晶，如“春雨滿囤糧”強(qiáng)調(diào)水分對莊稼的重要性；“三伏不熱五谷不結(jié)”是指伏天豐富的光和熱利于莊稼的生長；“正其行，通其風(fēng)”說明莊稼合理密植保持空氣流通的重要性。以上關(guān)于光合作用的影響因素的知識(shí)點(diǎn)通過與農(nóng)諺的結(jié)合，使得題目介入更接地氣，題目信息讓學(xué)生容易接受，這也體現(xiàn)了生物學(xué)學(xué)科的科學(xué)素養(yǎng)。作為14億人口的泱泱大國，糧食安全也是國家穩(wěn)定的基礎(chǔ)。“三農(nóng)”問題——農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民與生物學(xué)知識(shí)緊密相連。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，人們對土地、農(nóng)業(yè)、農(nóng)民都有著深厚的情感。教材中也多處出現(xiàn)與農(nóng)業(yè)有關(guān)的知識(shí)：棄耕農(nóng)田的群落演替過程、生態(tài)工程中重要的農(nóng)村綜合發(fā)展型生態(tài)工程生態(tài)建設(shè)、基因工程中農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物標(biāo)識(shí)管理，還有我國在基因工程、細(xì)胞工程、胚胎工程中取得的卓越成績都是圍繞“三農(nóng)”問題進(jìn)行的。新冠肺炎病毒與傳統(tǒng)疫苗、基因工程疫苗、mRNA疫苗的異同及應(yīng)用；傳染病、遺傳病、基因診斷與優(yōu)生優(yōu)育等這些日常化情境或者熟悉的生物學(xué)現(xiàn)象出現(xiàn)在試題中，會(huì)激發(fā)學(xué)生熱愛生活、珍視生命、崇尚科學(xué)的情感。

例如，2022年全國乙卷第29題：【試題信息】選取農(nóng)作物關(guān)于根細(xì)胞吸收NO3－的速率與O2濃度的關(guān)系為背景，實(shí)際上是考察主動(dòng)運(yùn)輸及其影響因素。且以圖像形式展示了農(nóng)作物甲、乙的不同（見圖1）。

圖1

考察項(xiàng)目有主動(dòng)運(yùn)輸方式的判定、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)南拗埔蛩兀芰俊⑤d體），從主動(dòng)運(yùn)輸角度提出促進(jìn)生產(chǎn)的耕作措施等。

【試題解析】該題目以不同類型的農(nóng)作物對NO3－的吸收利用為切入點(diǎn)，以曲線形勢圖進(jìn)行考察離子吸收方式，主動(dòng)運(yùn)輸方式的判定條件有：能量消耗、逆濃度梯度等，同時(shí)載體也是限制因素。影響農(nóng)作物的生長條件等生命觀念的考察點(diǎn)在題目中多次出現(xiàn)。第（4）問中還考察了農(nóng)業(yè)勞動(dòng)的場景“中耕松土”，也體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開勞動(dòng)實(shí)踐，勞動(dòng)教育與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、試題情境的融合相得益彰。

此外，2020年高考理綜全國Ⅰ卷，也對該內(nèi)容進(jìn)行了情境設(shè)置和考查。第1問給出了“中耕”的定義，讓考生回答除去雜草并進(jìn)行松土的意義。第2問考查農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常識(shí)：施肥要適當(dāng)澆水的原因。

2022年全國乙卷38題也用到了大家熟悉的情境：【試題信息】以新冠疫情下病毒核酸檢測、疫苗為背景考查學(xué)生。新冠病毒為典型的RNA病毒，核酸檢測時(shí)需要以病毒RNA為模板在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下合成cDNA，再通過多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)擴(kuò)增相應(yīng)的DNA片段，據(jù)檢測結(jié)果判斷被檢測者是否感染新冠病毒。題目中還考查了PCR引物設(shè)計(jì)、PCR3步循環(huán)過程中溫度最低的一步等。由于新冠患者康復(fù)后會(huì)在身體內(nèi)保留有相關(guān)抗體，第3問就設(shè)置了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測結(jié)果情況不同的對比，最后以亞單位疫苗為考查載體，讓學(xué)生回答基因工程的基本操作流程。題目圍繞新冠病毒核酸檢測和疫苗接種等熱點(diǎn)問題設(shè)置題目，考查核酸檢測的基本原理和結(jié)果分析，引導(dǎo)學(xué)生加深對防疫措施的理解和認(rèn)同。

【試題解析】抗疫過程中，與某些西方國家消極應(yīng)對，造成大量人員感染、死亡不同，我國政府行動(dòng)迅速、管控嚴(yán)格、措施合理。全民免費(fèi)疫苗接種和應(yīng)檢盡檢的核酸檢測發(fā)揮了關(guān)鍵作用，也彰顯了社會(huì)主義制度的優(yōu)越性和我國政府的大國擔(dān)當(dāng)。

二、科學(xué)實(shí)踐與科學(xué)探究

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的實(shí)踐性科學(xué)。通過實(shí)驗(yàn)題可以考查學(xué)生科學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性，還可以檢查學(xué)生對于教材中實(shí)驗(yàn)理解的透徹性。這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的情境都源自真實(shí)的生物學(xué)研究以及這些實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)或者知識(shí)遷移。例如，魯賓和卡門關(guān)于光合作用中氧氣的來源鑒定實(shí)驗(yàn)，希爾反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，恩格爾曼葉綠體功能鑒定實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)或是材料選取得當(dāng)，或是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)巧妙，都無一例外地閃耀著科學(xué)家智慧的光芒；綠葉中色素的提取與分離、酵母菌呼吸方式探究及種群數(shù)量變化、線粒體和葉綠體觀察、酶的影響因素等實(shí)驗(yàn)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)的外延和拓展考查學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的扎實(shí)程度。利用科學(xué)實(shí)踐與科學(xué)探究情境考查學(xué)生，激發(fā)學(xué)生勇于探索科學(xué)真理的探究精神、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、細(xì)致縝密的科學(xué)思維。

【試題信息】2019年北京卷，利用每年流行的流感病毒不同為試題情境，題干中主要信息是流感病毒表面的兩種糖蛋白HA與NA氨基酸序列的變異頻率非常高。要求利用給出的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟的提取和排序。且說明選用的對照抗體應(yīng)不能與什么特異性結(jié)合。最后，命題者還給出了相對開放的題目，依據(jù)題目背景說明疫苗研制的思路和流感患者的應(yīng)對措施。

圖2

【試題解析】甲型流感對人類健康影響較大，尤其是人員較為密集的學(xué)校經(jīng)常發(fā)生。本題讓學(xué)生從試題提供的實(shí)驗(yàn)步驟中選出合理步驟并排序，接下來依據(jù)實(shí)驗(yàn)圖像信息進(jìn)行研發(fā)疫苗，最后一問還提出了具體應(yīng)對措施等內(nèi)容，也是生命健康模塊內(nèi)容的考查與實(shí)際應(yīng)用。對生物學(xué)核心素養(yǎng)的考查非常全面，試題情境較為熟悉，試題內(nèi)容又與當(dāng)前社會(huì)問題掛鉤，可見命題者的良苦用心。

三、生物科學(xué)史實(shí)

高中生物學(xué)教材中有很多科學(xué)史的介紹，這些科學(xué)史向我們展示著科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的設(shè)計(jì)之美、探究方法的思維之美、實(shí)驗(yàn)材料巧妙選擇之美。這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)都推動(dòng)著人類社會(huì)的進(jìn)步，這些科學(xué)探究過程涵蓋大量生物學(xué)知識(shí)，是試題命制的豐富材料，從多個(gè)角度可以進(jìn)行題目情境的創(chuàng)設(shè)。例如，生物膜的發(fā)現(xiàn)歷程、光合作用的探究歷程、孟德爾遺傳學(xué)定律的發(fā)現(xiàn)、基因在染色體上的驗(yàn)證、遺傳物質(zhì)的證明過程等。

【試題信息】2020年江蘇高考生物20題，考查高中生物學(xué)教材科學(xué)史中同位素的運(yùn)用情況，題干中所給出的有卡爾文（M.Calvin）、赫爾希（A.D.Hershey）、梅塞爾森（M.Meselson）、溫特（F.W.Went）等科學(xué)家及其經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。

【試題解析】同位素標(biāo)記法是用示蹤元素標(biāo)記化合物，根據(jù)化合物的放射性確定物質(zhì)的轉(zhuǎn)移途徑或?qū)τ嘘P(guān)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行追蹤，也稱為同位素示蹤法。在高中教材中，多位科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)都用到了該方法。這些情境的設(shè)置可以啟迪學(xué)生的科學(xué)探究精神、愛國情懷和社會(huì)責(zé)任與擔(dān)當(dāng)，教師在這些試題情境的創(chuàng)設(shè)中要更加注重價(jià)值觀引領(lǐng)作用。

四、學(xué)科概念與模型

概念是人類認(rèn)識(shí)過程中，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，把所感知的事物的共同本質(zhì)特點(diǎn)抽象處理，加以概括，是自我認(rèn)知意識(shí)的一種表達(dá)，形成概念式思維慣性。

模型是人們?yōu)榱耸挛锏恼J(rèn)知需要，所做的簡化的概括性描述過程，包括物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型。

【試題信息】2022年全國乙卷5題考查的群落的概念及其延伸，切入點(diǎn)是植物的分層現(xiàn)象，給出信息點(diǎn)陳述后讓考生做出判斷，這包括群落分層的意義、分層的結(jié)果、分層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的原因等。

【試題解析】該題是對群落特征中群落空間結(jié)構(gòu)的定義進(jìn)行考查。群落中，各類生物所形成的種群會(huì)占據(jù)各自相應(yīng)的空間，很顯然這是自然選擇的結(jié)果。從空間結(jié)構(gòu)的角度上可以分為兩種類型：垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)，而本題中所考查的分層現(xiàn)象體現(xiàn)的就是垂直結(jié)構(gòu)。喬木、灌木、草本等各類植物所形成的垂直結(jié)構(gòu)顯著提高了群落利用陽光等環(huán)境資源的能力。群落中植物的分層又為動(dòng)物創(chuàng)造了多種多樣的棲息空間和食物條件。

高中教材中的概念頗多，模型構(gòu)建也是常見的學(xué)習(xí)內(nèi)容，這些情境的創(chuàng)設(shè)能夠讓學(xué)生深入了解生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，形成對生命現(xiàn)象及發(fā)展活動(dòng)規(guī)律的認(rèn)知，這包括物質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能觀，能量、物質(zhì)和信息的系統(tǒng)觀，進(jìn)化與適應(yīng)、生態(tài)觀、生命觀等。

在題目命制過程中，這4種情境也是相輔相成，共同在題目中出現(xiàn)來考查學(xué)生。如下以一道筆者命制的原創(chuàng)題為例與大家分享。

隨著百姓日常生活水平的提高，觀賞性海水缸成了人們的新寵。海水缸是一個(gè)簡單的人工生態(tài)系統(tǒng)（圖3），它的穩(wěn)定存在離不開微生物的巨大作用。

圖3 海水缸——簡單的人工生態(tài)系統(tǒng)

（1）由于魚類餌料的過度投喂、魚類糞便的積累，會(huì)使得缸內(nèi)水體中氨和亞硝酸鹽的含量大量升高而對魚類產(chǎn)生危害，實(shí)驗(yàn)室常采用______法檢測亞硝酸鹽的存在，其檢測原理是________________。

（2）硝化細(xì)菌對魚缸中的氮穩(wěn)定起到了重要的作用，其新陳代謝類型是________人工培養(yǎng)硝化細(xì)菌時(shí)其碳源為________________。

（3）為了使硝化細(xì)菌穩(wěn)定存在于魚缸中，循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)常添加一些疏松多孔的海綿、陶瓷環(huán)等配件，試推測其目的________________。

（4）珊瑚美麗的顏色與珊瑚蟲適量共生的褐藻有關(guān)，人工光源強(qiáng)度過高，會(huì)使得珊瑚“褐化”而失去觀賞價(jià)值，簡述變色的原因________________。

（5）海水缸中硝酸根離子含量過高會(huì)對珊瑚產(chǎn)生危害，人們經(jīng)常在缸內(nèi)養(yǎng)殖藻類，增強(qiáng)觀賞性的同時(shí)降低硝酸鹽含量，分析硝酸鹽含量降低的原因________________。

答案：（1）比色法 2分，在鹽酸酸化條件下亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)，重氮化產(chǎn)物再與N－1－萘基乙二胺鹽酸鹽生玫瑰紅色 3分

（2）自養(yǎng)需氧型 2分 二氧化碳 2分

（3）為硝化細(xì)菌的生存繁殖提供支持物和環(huán)境 2分

（4）過量的光照使與珊瑚蟲共生的褐藻過度繁殖2分

（5）硝酸鹽被藻類植物吸收和利用 2分

在常規(guī)微生物知識(shí)的考查中，其方式為背景置換即教材中的“土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離與計(jì)數(shù)”“分解纖維素的微生物的分離”相關(guān)背景替換為石油分解菌、植物農(nóng)藥分解菌等。這種題目的命制方式對于學(xué)生思維考查力度小，基于UbD理論的思維模式，確立好將學(xué)生的分層次考察目標(biāo)，確定學(xué)生核心素養(yǎng)：生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任的評估依據(jù)，再進(jìn)行題目設(shè)計(jì)。而本題從近幾年水族市場上比較流行的海水水族缸入手，挖掘海洋生物人工飼養(yǎng)的常見問題與生物學(xué)學(xué)科知識(shí)的聯(lián)系，讓學(xué)生體驗(yàn)到“小生活與大科學(xué)”的思維碰撞。

（1）題中：亞硝酸鹽是水體中含氮有機(jī)物分解的中間產(chǎn)物，當(dāng)氧氣充足時(shí)可以在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為魚體毒性較低的硝酸鹽，在缺氧的時(shí)候也會(huì)轉(zhuǎn)化為毒性較強(qiáng)的氨類物質(zhì)。在水族市場上經(jīng)常可以購買到亞硝酸鹽的檢測試劑盒（圖4），其基本原理就是比色法的應(yīng)用，通過基礎(chǔ)概念和檢測原理的考查，體現(xiàn)了試卷命制的基礎(chǔ)性原則。

圖4 亞硝酸鹽的檢測試劑盒

（2）題，生物新陳代謝類型、生物碳源的考查是將選修知識(shí)與必修知識(shí)融合，體現(xiàn)了試題命制的綜合性原則。

（3）題，考查了酶、細(xì)胞的固定化技術(shù)，屬于知識(shí)遷移能力的考查，魚缸中放置陶瓷環(huán)、細(xì)菌屋（圖5）等疏松多孔結(jié)構(gòu)極大地?cái)U(kuò)展了面積，為水體中微生物的繁殖和棲息提供場所。題目中“疏松多孔”可以使學(xué)生在審題時(shí)有效進(jìn)行思考作答。

圖5 陶瓷環(huán)、細(xì)菌屋

（4）題是將魚友在養(yǎng)殖中最常見珊瑚褐化問題與生物學(xué)知識(shí)相關(guān)聯(lián)，珊瑚蟲與藻類共生，但是這個(gè)數(shù)量是處于一種協(xié)調(diào)與平衡的狀態(tài)，使得珊瑚出現(xiàn)美麗的顏色（圖6）。一旦出現(xiàn)過量光照藻類大量繁殖，褐色顯著（圖7），該知識(shí)內(nèi)容的考查與日常生活聯(lián)系緊密，核心素養(yǎng)的挖掘深入。

圖6 健康狀態(tài)的珊瑚顏色

圖7 褐化狀態(tài)的珊瑚

（5）題體現(xiàn)了試題命制和考查的應(yīng)用性，體現(xiàn)了生物學(xué)理論與生產(chǎn)生活實(shí)踐的緊密結(jié)合，利用所學(xué)原理解決海水水族缸的實(shí)際問題，同時(shí)也是學(xué)科素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的考查。

該題目通過5題7空15分的考查，將基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性四個(gè)生物學(xué)學(xué)科考查要求相互關(guān)聯(lián)、相互交叉，并用層層遞進(jìn)的方式呈現(xiàn)給考生。題目符合選拔出終身發(fā)展和適應(yīng)時(shí)代要求的高水平人才的試題要求。

UbD理論在教學(xué)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用和報(bào)道較多，本文是首次將該理論與試題命制相結(jié)合進(jìn)行初步探索。綜上所述，新教材、新高考視域下，基于UbD理論的試卷命制要緊緊把握好高考試題的命制和設(shè)計(jì)原則，體會(huì)試題的變化，才能準(zhǔn)確地應(yīng)用于教學(xué)與命題中。作為UbD理論環(huán)節(jié)的第三步，創(chuàng)設(shè)出的試題命制情境是不能相互割裂的；通過綜合應(yīng)用與布局，掌握好在試題的命制中體現(xiàn)出基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、綜合性、創(chuàng)新性的要求，才能命制出優(yōu)質(zhì)的試題與試卷。