基于科研文獻的原創試題命制

阮春秋 張 勇

(1.廣東實驗中學深圳學校 廣東深圳 518116)

(2.惠州仲愷中學 廣東惠州 516000)

教育部《關于做好2022年普通高校招生工作的通知》中提到,依據高校人才選拔要求和國家課程標準,優化試題呈現方式,加強對關鍵能力和學科素養的考查,引導減少死記硬背和“機械刷題”現象。基于科研文獻的原創命題能夠做到試題情境真實、新穎、陌生,有效地體現了能力立意和素養立意的考試目的,能夠有效避免學生通過“機械刷題”提高測試成績。下面基于科研文獻,剖析一道光合作用原創試題的命制過程。

1 原創試題呈現

【例題】(12 分)三角褐指藻是一種海洋中的硅藻,科研人員用高光照強度200 μmol/(m2·s)和低光照強度50 μmol/(m2·s)馴化培養三角褐指藻一段時間后得到兩種藻種,測定兩種藻的葉綠素a、c 含量、以及核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶(Rubisco)活性,并測定不同的光照強度對兩種三角褐指藻凈光合速率的影響,實驗結果如圖1、圖2、圖3所示。請回答:

圖1

圖2

圖3

(1)提取三角褐指藻中的葉綠素時一般需要加入________,以防止色素被破壞。與高光強馴化相比,在低光強下三角褐指藻葉綠素含量明顯______,說明其適應低光環境的生理機制為_______________。

(2)Rubisco 是固定CO2的酶,CO2濃度的升高使得通過________方式進入藻細胞內部CO2含量增加。據實驗結果可知,高光強對Rubisco 活性有________(“促進”或“抑制”)作用,這是由于一方面,光強能夠增加Rubisco 的表達量;另一方面,光強地增強有利于___________________________________________。

(3)據本實驗的結果分析,若需證明低光強的馴化不利于提高三角褐指藻光合速率,需要增設對照組,具體為____________________________________。

參考答案:

(1)碳酸鈣(1 分)增加(1 分)增加色素的含量,充分吸收、傳遞、轉化光能,為暗反應提供更充足的NADPH 和ATP,進而提高光合速率(3 分)

(2)自由擴散(1 分)促進(2 分)光反應產生較多的ATP 和NADPH,用于活化Rubisco 活性(2 分)

(3)應設置正常光照條件下生長的藻作為對照組(2 分)

2 試題命制過程

本題的命題原則堅持素養立意,凸顯育人導向。結合生物學課程標準對命題的建議和筆者理解,構建基于科研文獻的原創試題命制過程如圖4所示。

圖4 基于科研文獻的原創試題的命制過程

2.1 明確測試類別和意圖,確定難度

本次命題類別為高考模擬題,難度不超過學業質量四級水平的要求;在強化基礎的前提下,凸顯學生的學科特長,體現甄別與選拔的功能。本試題模仿的是2021年廣東省普通高中學業水平選擇性考試生物學第19 題,圖3 個,文字閱讀量370 字,參考答案92字,均和其高度相似。

在高考中難度以適中為宜(試題以0.30～0.70、全卷以0.50～0.60 為佳)。2021年廣東省普通高中學業水平選擇性考試生物學第19 題共6 小問的難度系數依次為:0.7、0.1、0.3、0.3、0.5、0.4,整道題平均難度系數為0.38。本題的命題定位是高考模擬題,難度系數應參照19 題的難度同時考慮試題的區分度,因此整道題的難度系數以0.5 為宜。

2.2 制定多維細目表

在基于高考評價體系的視角下,結合課程標準對原創題的要求,以及SOLO分類理論的背景下,制定命題的多維細目表,包括:題號、必備知識、關鍵能力、核心素養、“四翼”要求、思維結構、分值等方面進行命題設計,見表1。

表1 原創題多維細目表表

說明:SOLO分類理論指一個人回答某個問題時所表現出來的思維結構是可以檢測的,按個體反應時所表現出的復雜性和層次變化特點,從低到高依次為:前結構、單點結構、多點結構、關聯結構、抽象擴展結構。

2.3 選取真實情境素材,合理設定問題任務

2.3.1 文獻剖析,創設試題真實情境

試題情境應圍繞現實問題(包括熱點問題)展開,盡量做到新穎、真實、科學、恰當,有一定的信息量和適當的復雜度,能夠成為學生運用學科知識分析和解決實際問題的載體。本試題的文獻來自北大核心、CSCD 期刊《水生生物學報》 中的一篇文章——《光強對兩種硅藻光合作用、碳酸酐酶和Rubisco 活性的影響》。通過閱讀可知實驗目的、實驗材料、檢測指標、實驗結果、實驗結論等關鍵信息。由于真實的科研文獻對學生來說,是比較的陌生和晦澀的,為了讓學生更好地理解,現對原始的科研文獻做處理如下。

①刪減實驗材料種類:實驗材料只選取三角褐指藻,去掉威氏海鏈藻,目的是減少學生的認知負擔。

②聚焦關鍵檢測指標:原始文獻中有生長、光合特性、碳酸酐酶和核酮糖-1,5-二磷酸羧化/氧化酶活性(Rubisco)的變化,本次命題是緊扣光合作用的相關知識點,因此只需要選取關鍵的檢測指標即可:不同光照強度對三角褐指藻葉綠素a 和c 的含量的影響;核酮糖-1,5-磷酸二磷酸羧化酶/氧化酶(Rubisco)活性,并測定不同的光照強度對兩種三角褐指藻凈光合速率的影響。

2.3.2 合理設定問題任務

設問要與問題情境緊密關聯,問題要求明確,有清晰的層次和嚴謹的邏輯,指向核心素養的具體要求。結合命題多維細目表,該題的問題設定分析見表2。

表2 基于多維細目表的試題問題設定分析

第(1)問,第一空考查學生對基礎知識的掌握情況,體現了“四翼”要求的基礎性,第二空考查學生基于題目情境下的科學思維的核心素養,第三空考查學生對生命觀念中的結構與功能觀在具體情境中的理解,并且需要通過文字的方式顯性化出來,二三空體現了“四翼”要求的綜合性。根據SOLO分類理論分析,第(1)問大致是單點和多點結構。第(2)問“四翼”要求、核心素養、思維結構等與第(1)問類似。第(3)問是一個開放性的問題,體現“四翼”要求的應用性和創新性,根據SOLO分類理論分析,其為抽象擴展結構。

2.4 審核修改定題,確定評分標準

2.4.1 審核修改定題

原始題干如下:(部分節選)硅藻作為海洋浮游植物的重要類群,貢獻了近20%的全球初級生產力。硅藻通過光合作用將溶解性無機碳轉移到深海的過程是全球海洋生物泵的重要組成部分,對全球碳循環具有重要意義。三角褐指藻是一種海洋中的硅藻,科研人員用光照強度200 μmol/(m2·s)、50 μmol/(m2·s)馴化培養三角褐指藻一段時間后得到兩種藻種。對原有題干進行修改和確定評分標準過程如下:

(1)刪除無關信息,精簡題干

原始題干中的“硅藻作為海洋浮游植物的重要類群,貢獻了近20%的全球初級生產力。硅藻通過光合作用將溶解性無機碳轉移到深海的過程是全球海洋生物泵的重要組成部分,對全球碳循環具有重要意義。”屬于無關信息,對創設題目的情境并關聯學生解題關系不大,在修定稿中,給予刪除處理。

(2)便于答題指向更加清晰,修改實驗條件名稱

原始題干中“科研人員用光照強度200 μmol/(m2·s)、50 μmol/(m2·s)馴化培養……”,考慮到第(3)問答題的指向性,在修定稿中,改為“科研人員用高光照強度200 μmol/(m2·s)和低光照強度50 μmol/(m2·s)馴化培養”。

2.4.2 確定評分標準,強化給分點

本題各小問評分說明及評分細則見下表。

3 試題反饋

3.1 難度和區分度

本題是某市高三一次模擬考中的一道非選擇題,參加測試的人數約為22 276 人。試題滿分12 分,通過改卷數據分析,平均分為5.8 分,平均難度為0.47,平均區分度為0.51,各小問的平均分、難度、區分度見表4。

表4 學生答題情況

3.2 存在問題

學生答題過程中,比較有代表性的問題有以下幾個方面:①第(1)問最后一空,很多學生答題的邏輯是不清晰或者不完整,顯示學生光合作用原理邏輯推理混亂;②第(2)問第二空,有相當一部分學生脫離圖表,主觀臆斷,造成答題的錯誤;③第(3)問零分人數較多,說明學生對實驗設計類題目掌握不好。這就提示教師在平時的教學過程中要在具體情境中發展學生的科學思維、科學探究等生物學核心素養,同時加強對實驗設計類題目的訓練。

3.3 試題評價

試題難度基本符合預期設定,區分度也較高,能夠有效篩選不同層次的學生。情境的創設真實、新穎,問題設計體現了“四翼”的考查要求且指向生物學學科核心素養。試題有一定的信息量和難度,凸顯了對學生科學思維、科學探究的考查和訓練,加深了對生命觀念中結構與功能相適應的考查,同時通過長句作答來發展學生語言表達能力。