基于SOLO分類理論的北京市等級考生物學試題研究

張建中 王 菂 張櫻臘

(北京市第一七一中學 北京 100013)

1 引言

目前,北京市進入新課程改革已有五年,普通高中學業水平等級性考試進行了3年。學業水平等級性考試作為高中課程結果性評價最重要的形式,也是學科核心素養評價的重要方式之一。《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》指出,學業水平等級性考試在強化基礎的前提下,凸顯學生的學科特長,體現甄別與選拔功能,命題指向生物學學科核心素養(包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任)發展水平。隨著新課改的推進與深化,學生思維能力的培養備受關注。學業水平等級性考試更是緊扣改革目標,凸顯能力與素養立意,重視學生思維水平的考查。

基于SOLO分類理論對北京市普通高中學業水平等級性考試(以下簡稱等級考)第二部分的試題能力結構進行分析,可將試題對學生能力和素養的考查要求外顯化,有利于教師掌握等級考試題對學生思維水平要求的特點,充分利用等級考試題的導向作用,為高中生物學課堂教學落實基礎、培養學生思維能力并提升學科素養指明方向。

2 研究方法

2.1 研究樣本

本研究以北京市三年(2020年—2022年)的普通高中學業水平等級性考試試題為樣本。每套試題包括兩部分,第一部分(本部分共15 題,每題2 分,共30分)和第二部分(本部分共6 題,共70 分,包括一道材料學習型試題)。以下分析的是三年試題中的第二部分(涉及79 道小題)。

2.2 試題的SOLO 層次劃分標準

SOLO分類理論(Structure of the Observed Learning Outcome,意為“可觀察的學習成果的結構”)由教育心理學家Biggs 和Collis 以皮亞杰的認知發展理論為基礎建立的一種質性評價理論,將學生“可觀察的學習成果”分為由淺入深的5 個層次:前結構(P)、單點結構(U)、多點結構(M)、關聯結構(R)和抽象拓展結構(E)。試題的SOLO 層次劃分標準在5個SOLO 能力水平中,但“前結構”指學生基本上無法理解問題和解決問題。等級考試題無論難易以及考査的知識點是什么,均要考查學生的能力水平,因此這類試題中不存在與“前結構”對應的能力水平,本研究也不考慮該水平對于試題SOLO 層次的界定。SOLO分類理論強調知識體系由淺到深及思維水平的上升。基于SOLO分類理論的遞進性結構水平,可將試題考查的能力進行劃分(表1)。

表1 試題的SOLO 層次劃分標準

2.3 樣本分析維度劃分

2.3.1 試題分析

試題分析維度包括SOLO 層次和生物學核心素養兩個方面。生物學學科核心素養是生物學學科育人價值的集中體現,是學生通過生物學學習逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。高中生物學核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個方面。四個核心素養之間存在很強的內在聯系,在實際題目中,往往一道小題同時對多個核心素養進行綜合的考查。本研究是從試題中單個設問側重或著力突出考查的某個素養展開的,即每個小題圍繞的某一核心素養進行SOLO 層次分析。

2.3.2 范例分析

【例1】(2020年北京市水平考)17.(12 分)枯草芽孢桿菌可分泌纖維素酶。研究者篩選到一株降解纖維素能力較強的枯草芽孢桿菌菌株(B 菌),從中克隆得到了一種纖維素酶(C1酶)基因。將獲得的C1酶基因與高效表達載體(HT 質粒)連接,再導入B 菌,以期獲得降解纖維素能力更強的工程菌。

(1)纖維素屬于________糖,因此經過一系列酶催化最終可降解成單糖,該單糖是________。

(2)對克隆到的C1酶基因測序,與數據庫中的C1酶基因編碼序列相比有兩個堿基對不同,但兩者編碼出的蛋白的氨基酸序列相同,這是因為________。

(3)C1酶基因以B 鏈為轉錄模板鏈,轉錄時mRNA 自身的延伸方向為5'→3'。為了使C1酶基因按照正確的方向與已被酶切的HT 質粒連接,克隆C1酶基因時在其兩端添加了SmaⅠ和BamHⅠ的酶切位點。該基因內部沒有這兩種酶切位點。圖1 中酶切位點1 和2 所對應的酶分別是________。

圖1

(4)將纖維素含量為20%的培養基分為三組,一組接種工程菌,對照組1 不進行處理,對照組2 進行相應處理。在相同條件下培養96 小時檢測培養基中纖維素的含量,結果(圖2)說明工程菌降解纖維素的能力最強。對照組2 的處理應為________。

圖2

(5)預期該工程菌在處理廢棄物以保護環境方面可能的應用(舉一例)。

參考答案:(1)多 葡萄糖

(2)編碼同一種氨基酸的密碼子可以有多個

(3)位點1:BamHI 位點2:SmaI

(4)接種(等量)B 菌

(5)處理綠化廢棄物/處理農作物秸稈

分析:第(1)題考查核心素養中的生命觀念,兩個填空SOLO 層次都屬于單點結構(U)。問題情境與纖維素有關,這是學生比較熟悉的。學生解答此題只要知道多糖中有纖維素、淀粉、糖原等就可以解答第一個空。多糖可以經過一系列酶的催化形成單糖。學生利用多糖的基本組成單位是葡萄糖這一信息就可以完成第二個空的解答。單點結構水平試題基礎性較強,能力要求最低。

第(2)小題考查核心素養中的科學思維,SOLO層次屬于多點結構(M)。問題情境比較熟悉。題目中提到兩個基因的堿基對序列不同,但是兩者編碼成的蛋白質中氨基酸序列是相同的。學生需要利用基因表達相關知識來解答此題。即翻譯過程中mRNA分子中的密碼子與tRNA 中的反密碼子會發生堿基互補配對,同時形成多肽。科學家發現同一種氨基酸可以對應多種密碼子,即所謂的密碼子的簡并性。學生根據以上信息可以解答出此題。多點結構水平的試題有一定的綜合性,能力要求中等。

第(3)小題考查核心素養中的科學思維,SOLO層次屬于關聯結構(R)。問題情境比較復雜。解答此題學生首先要有構建重組質粒的相關知識,還要關注題目中提到的“C1酶基因以B 鏈為轉錄模板鏈,轉錄時mRNA 自身的延伸方向為5'→3'”這一信息。在明晰轉錄的方向即C1酶基因序列的閱讀方向后,還需知道HT 質粒的堿基序列方向,才能將C1酶基因以正確的方向接入HT 質粒。由圖1 中啟動子下方的箭頭方向可知HT 質粒的堿基序列方向為從右向左,后續才能寫出C1酶基因酶切位點1 應對應BamHⅠ,酶切位點2 應對應SmaⅠ。本小題需要考生沿著題目提供的信息路徑,將文字信息與圖示信息結合,經過多重推理與綜合才能得出正確的答案。關聯結構水平的試題綜合性較強,能力要求較高。

第(4)小題考查核心素養中的科學探究,SOLO層次屬于關聯結構(R)。試題情境較復雜,需結合微生物培養的知識,補全實驗設計。實驗的結論是工程菌降解纖維素的能力最強。實驗組接種工程菌,對應的結果應該是工程菌中纖維素含量最低,與試題中給出的實驗結果一致。對照組1 不進行處理,意在檢測培養基滅菌是否徹底及纖維素是否能自行分解。工程菌是將獲得的C1酶基因與高效表達載體(HT 質粒)連接,再導入B 菌而獲得的,因此要檢測工程菌降解纖維素的能力是否提高,就要將工程菌與B 菌進行比較,由此可以得出對照組2 就是接種等量的B 菌。關聯結構水平的試題綜合性較強,能力要求較高。

第(5)小題考查學科素養中的社會責任,SOLO層次屬于抽象拓展結構(E)。由(4)可知,工程菌降解纖維素的能力最強,酶的作用特點是具有專一性和高效性。如何利用好這一特點,既處理了廢棄物又不污染環境? 將纖維素酶應用于實際生活中作為本題的最后一項任務,具有一定的實踐性和靈活性。這項研究可以拓展到環境保護方面,即可以用該工程菌處理纖維素成分的廢棄物,還可以應用于處理農作物的枯枝落葉及秸稈等。抽象拓展結構綜合性最強,能力要求最高。

3 結果與分析

3.1 北京市水平考試題能力結構SOLO 層次統計

北京市水平考試題能力結構SOLO 層次統計如表2 和圖3所示。

表2 2020—2022年北京市水平考試題第二部分的SOLO 結構水平層次統計(說明:占比是占70 分的比例)

從以上數據可以看出,2020年—2022年北京市等級考試題第二部分中,SOLO 層次主要集中在關聯結構(R),試題分值占比最高(0.39);其次為單點結構(U)和多點結構(M),試題分值占比分別為0.24 和0.21;抽象拓展結構(E)試題分值占比0.15,雖然占比最低但在3年中有較為明顯的上升趨勢,在2022年尤為突出。由此可見,等級考試題第二部分中的SOLO 層次分布趨勢(按分值)為R＞U＞M＞E,說明等級考生物學試題更加注重考查關聯結構能力水平,即考查學生在理解多個知識點的基礎上,從整體上把握問題情景,將多個信息量和多個知識點建立聯系。對抽象拓展結構能力水平的考查比例升高,一方面提高了試卷的難度,同時表明注重對學生高階思維能力的檢測,達到高考選拔人才的目的。從三年的試題對比來看,2020年的試題中各結構層次比較合理。2022年的試題抽象拓展結構占比很高,試題整體難度較大。2020年—2022年等級考試題第二部分中的SOLO 層次分布整體上U＞M,與往年結果有所差異,推測原因可能是受疫情因素影響。

3.2 北京市水平考試題生物學學科素養SOLO 統計

北京市水平考試題生物學學科素養SOLO 統計結果如表3 和圖4所示。

圖4 2020—2022年北京市水平考試題第二部分學科素養考查情況統計圖

表3 2020—2022年北京市水平考試題第二部分中學科素養的SOLO 結構水平層次統計(說明:占比是占該年度的比例)

從以上數據可以看出,北京市等級考試題第二部分落實了對生物學核心素養的考查:生命觀念小題數量占比約為0.23,考查以單點結構(U)水平為主;科學思維小題數量占比約為0.44,考查以關聯結構(R)水平為主,多點結構(M)水平和抽象拓展結構(E)水平次之且相近;科學探究小題數量占比約為0.30,考查以關聯結構(R)水平為主,多點結構(M)水平次之;社會責任小題數量占比約為0.03(2021年在第二部分沒有涉及是因為選擇題中考查了此素養),SOLO層次分布較為分散。由此可見,等級考試題第二部分中的生物學核心素養考查趨勢為科學思維＞科學探究＞生命觀念＞社會責任,等級考試題第二部分中的SOLO 層次分布趨勢(按小題數)為R＞M＞U＞E,科學思維和科學探究中考查數量最多的都是關聯結構,抽象拓展結構主要在考查科學思維和科學探究中出現。

4 結論

通過對北京市三年等級考試題的第二部分的分析發現,此部分整體試卷的能力層次劃分清晰,存在明顯的SOLO 能力梯度,具有較好的區分度;3年中均側重關聯結構水平的考查,單點結構與多點結構次之,對抽象拓展結構水平的考查力度逐年上升;從生物學核心素養角度分析,對科學思維的考查最多,科學探究次之,且對核心素養的考查主要以關聯結構的形式呈現,多點結構次之。上述結果充分體現了學業水平等級性考試在強化基礎的前提下,從知識立意到能力立意和素養立意的轉變,關注學生發展、培養創新能力、服務于高考的人才選拔。

5 啟示

5.1 依據學業質量標準,基于SOLO分類理論進行教學設計

2020年,《普通高中課程方案(2017年版2020年修訂)》進一步明確了普通高中教育的定位,優化了課程結構,凝練了學科核心素養,更新了教學內容,研制了學業質量標準。該課程方案成為指導教師教學和命制各級各類試題的重要指導性文件。因此教師在教學過程中需認真研讀新課程標準,了解與學業水平考試相關的教學內容要求和學業要求、教學策略實施、教學情境素材選擇等。從北京市等級考試題中各學科素養的SOLO 結構層次可以看出,試題對學生能力水平層次的考查集中在多點結構(M)和關聯結構(R),試題考查知識、能力和素養的要求并重。對于學科基礎知識,教師需要在教學過程中引領學生利用思維導圖加強對生物學重要概念的理解和掌握;尤其對于學科主干知識,不僅要幫助學生形成完整知識結構體系,而且要不斷提升學生獲取信息、關聯信息、分析問題和解決問題的能力;教師在教學過程中需要根據新課程標準對生物學學科核心素養的劃分,注意教學內容的深度與廣度。

5.2 加強教學情境創設,重視創新意識和遷移應用能力的培養

《中國高考評價體系說明》指出,“情境”即“問題情境”,指的是真實的問題背景,是以問題或任務為中心構成的活動場域。試題情境是圍繞某一特定主題事實,以文字、數據、圖表、模型等方式,為設計驅動性問題任務、達成測試評價目標而呈現試題信息的載體。基于情境的教學和命題已經成為各級各類教育教學及考試領域落實核心素養和測評學科能力的重要手段和實現形式,對考查和培養學生的創新意識、信息加工和知識遷移應用能力具有關鍵作用。北京市水平考試題注重體現“立德樹人”的教育目標,所選取的情境素材主要來源于最新的科技前沿成果、環境治理等問題。因此,教師在教學過程中要及時了解最新學術動態,關注科技前沿信息、生產生活中的實際問題和熱點問題,挖掘最新的學術成就和科技創新成果中體現的學科價值和社會價值,并將這些素材適當融入教學,以拓寬學生的科學視野,培養學生運用所學知識對新信息進行理解和應用的能力。