基于科技論文的植物生理類原創試題命制

鐘佩英

(廣東省佛山市三水區實驗中學)

以科技論文為素材進行試題命制不僅可以保證試題的科學性,還能體現試題的能力立意,且命題效率高、質量好、不容易撞題。本文以植物生理相關的科技論文為素材命制原創試題,對學生生物學核心素養水平進行考查。

1.試題呈現

花生是重要的油料作物,干旱和養分缺乏是限制其生長發育的2個主要因素。為探究施氮肥對花生抗旱性的影響及調控機制,科研工作者將長勢一致的花生植株分別進行處理,培養一段時間后測定相關指標,處理方式及結果如表1?；卮鹣铝袉栴}:

表1 不同處理條件下花生相關指標

(1)可以與丙組形成相互對照的組別有_____________________________________________________。

(2)結合表1分析,施氮肥處理和干旱處理對花生光合作用的影響存在________(填“協同”或“抗衡”)關系。請從光合作用的角度分析施氮肥可提高花生植株生物量的原因__________________________________________________________________________________________________________。

(3)對4種處理中的花生根系與酚類物質合成有關基因的表達差異進行分析,結果如圖1所示(黑色代表基因表達量,白色代表基因未表達,其寬度代表基因的數量)。由圖表可推測_____________________________________________________處理表現出與甲組相反的基因調控模式。研究表明,酚類物質可以通過提高過氧化物酶的活力來消除和減輕因干旱引發的活性氧傷害,增強作物的抗旱性。請結合本實驗分析施用氮肥提高花生抗旱性的機制_____________________________________________________。

圖1 不同處理下酚類物質合成有關基因的表達差異

(4)干旱脅迫下花生植株生長發育的調控是由基因表達調控、激素調節和環境因素調節共同完成的,請在圖2中補充合適的箭頭,表示三者的相互作用關系。

圖2

【參考答案】(1)甲組、丁組(2分) (2)抗衡(1分) 氮元素參與葉綠素、與光合作用有關的酶、NADPH、ATP、磷脂等化合物的合成,從而提高光合速率,制造更多的有機物,提高花生植株生物量(2分) (3)正常供水+施用氮肥和干旱脅迫+施用氮肥(2分) 施用氮肥改變了干旱條件下花生根系酚類物質合成有關基因的表達,增加酚類物質含量,使植株抗氧化酶活性增強,從而消除和減輕因干旱引發的活性氧傷害,提高了干旱脅迫下花生的抗旱性(3分) (4)見圖3(2分)

圖3

2.試題命制素材及意圖

2.1 命題素材來源及處理

素材源于丁紅等2023年1月發表在《作物學報》上關于氮素緩解花生干旱脅迫的生理和轉錄調控機制的文章。本題以科學研究為背景,聚焦解決農業生產問題,綜合考查相關概念,注重考查學生融會貫通、靈活運用所學知識的能力。

筆者選取了論文中對花生的處理方式、一年的生物量、根系總酚含量和對不同處理下花生根系差異表達基因的分析。素材加工中注意簡化了實驗數據,通過文字、表格和圖示呈現研究結果,豐富題干的材料情景,考查學生獲取信息,解決實際問題的能力。本試題注重對關鍵能力、學科素養和思維品質等方面的考查。具體考查的知識、能力及核心素養如表2所示。

表2 本題考查分析

2.2 問題設計

設問是命題的核心環節,要立足于教材知識、緊扣材料信息,關注對學生科學素養的考查。本題在問題的設計上形式多樣,遵循學生的思維發展要求,且由易到難,具有一定的梯度,設問之間具有一定的思維延續性。

第(1)小題考查實驗基礎知識和信息整理能力。要求學生從表格中的處理方式分析自變量,甲組與丙組的自變量為是否干旱脅迫,丙組與丁組的自變量為是否施用氮肥。由此可推理出與丙組(干旱組)形成相互對照的有甲組和丁組。

第(2)小題第一空考查對實驗結果的分析。分析表格數據,與甲組對比后可知,施氮肥處理花生生物量增多,干旱處理花生生物量減少,而花生植株可以通過光合作用制造有機物增加生物量,因此施氮肥處理和干旱處理對花生光合作用的影響存在抗衡關系。第二空考查學生運用所學知識解決問題的能力。同時設置長句表達也使作答難度加大。

第(3)小題第一空考查圖文分析能力。據題意“黑色代表基因表達量,白色代表基因未表達,其寬度代表基因的數量”以及圖中甲組與乙組、丁組的基因表達的差異可作答。第二空主要考查學生圖表信息的獲取能力以及語言表達能力。

第(4)小題考查學生整體性思維。整體分析題目干旱和氮素這些外界因素能影響基因的表達從而對植物生命活動進行調控,同時聯系教材中脫落酸能促進氣孔關閉等信息,構建模型。

3.命題反思

3.1 立足教材,聚焦學科素養

科技論文中涉及的實驗技術、科學名詞等對于高中生來說可能超綱,因此試題的命制要立足于教材,按照《課程標準》中的學科素養進行命制,適當對論文進行刪減、修改或在題干給予足夠的提示,利于學生作答。

3.2 選材關注社會熱點,注重考查思維品質

高中階段植物生理的內容主要涉及水、無機鹽、植物的光合作用和植物生命活動的調節等。在選材時應關注最新的研究進展,聚焦解決農業生產中的實際問題,基于教材的知識考查學生的關鍵能力,設計開放性設問,考查學生的創新性。

3.3 確保試題的準確性和有效性

試題命制后需選擇教師和有代表性的學生進行測試,根據測試結果不斷打磨試題,確保試題科學嚴謹、簡潔,并能較好地考查學生生物學學科核心素養發展水平。