創設問題情境 落實核心素養

楊豪

一、試題呈現

（2023年廣東省高考生物學第18題）光合作用機理是作物高產的重要理論基礎。大田常規栽培時，水稻野生型（WT）的產量和黃綠葉突變體（ygl）的產量差異不明顯，但在高密度栽培條件下ygl產量更高，其相關生理特征見下表和圖（略）。（光飽和點：光合速率不再隨光照強度增加時的光照強度;光補償點：光合過程中吸收的CO2與呼吸過程中釋放的CO2等量時的光照強度。）（題干略）

二、試題分析

本題依托研究過程中具體的數據創設實驗情境，內容主要圍繞光合作用、呼吸作用以及二者之間的關系展開。試題難度總體偏大，區分度高，設問有層級性，對學生的綜合能力要求比較高，主要涉及信息提取能力、圖文轉換能力、提出科學問題的能力以及邏輯推理能力等。

1.立足簡單問題情境，考查學生生物學必備知識。本題第一小問，是基于表格數據呈現水稻野生型（WT）和黃綠葉突變體（ygl）的基本特征，包括葉綠素含量、類胡蘿卜素含量以及類胡蘿卜素與葉綠素的比值等信息。考查學生掌握光合作用必備知識的情況，葉片中的色素種類以及色素主要吸收的可見光種類。

2.提供多類數據信息，考查學生科學思維素養。本題數據信息非常豐富，數據信息載體具有多樣性，呈現數據信息的載體有表格、曲線圖、柱形圖以及文字敘述。其中，第一問ygl葉色黃綠的原因除了葉綠素含量較低，還有什么原因？原因可以從表格中找到相關數據信息：ygl中類胡蘿卜素與葉綠素的比值為0.27，WT中類胡蘿卜素與葉綠素的比值為0.15，ygl中該比值比WT中高，問題就迎刃而解了。第二問第一空是比較WT與ygl的光飽和點，從a圖曲線可以看出500μmolm-2s-1到2000μmolm-2s-1的光照強度范圍內，ygl的凈光合速率較WT更高，與第二問題干相符，但是，這是一個干擾信息。光飽和點指光合速率不再隨光照強度增加時的光照強度，題干中有明確信息，光照強度逐漸增加達到2000μmolm-2s-1時，兩者凈光合速率都不再隨光照強度的增加而增加，所以兩者的光飽和點相等，均為2000μmolm-2s-1。第二問第二空是問ygl有較高的光補償點，可能的原因除了葉綠素含量較低，還有什么原因？要解決這個問題，要利用好題干中有用的信息，光補償點指光合過程中吸收的CO2與呼吸過程中釋放的CO2等量時的光照強度。還要利用b圖和c圖中的柱形圖，獲取有效的數據信息，綜合上述信息，會發現ygl葉綠素含量，在低光照強度下光合作用比較弱，呼吸作用又比較強，所以相對WT來說ygl需要更高的光照強度才能使光合過程中吸收的CO2與呼吸過程中釋放的CO2等量。

3.呈現科學實驗情境，考查學生科學探究素養。本題先創設了一個農業生產情境：大田常規栽培時，水稻野生型（WT）的產量和黃綠葉突變體（ygl）的產量差異不明顯，但在高密度栽培條件下ygl產量更高。但又巧妙地說明光合作用機理是作物高產的重要理論基礎，順利過渡到科學實驗情境。整個題目均按照科學家在實驗室做探究實驗的流程進行呈現，有實驗現象、實驗數據、數據分析以及實驗結論等。在第三問中讓學生通過科學探究發現實驗現象背后的機理。與WT相比，ygl葉綠素含量低，高密度栽培條件下，更多的光可到達下層葉片，且ygl群體的凈光合速率較高，表明該群體對光能吸收、利用、轉化的能力更強，是其高產的原因之一。第四問第一空考查學生對實驗數據處理的能力以及用曲線呈現實驗結果的能力。可以利用已有的數據信息：WT和ygl的光補償點，WT和ygl的呼吸速率，可以繪制出0～50μmol m-2s-1范圍的低光照強度下兩者的凈光合速率趨勢曲線。第四問第二空考查學生在實驗探究中提出科學問題的能力，對學生嚴謹的科學思維也有考查。分析圖a和學生自己繪制的曲線，比較高光照強度和低光照強度條件下WT和ygl的凈光合速率，可以提出一個科學問題，如為什么高光照強度下WT的凈光合速率小于ygl的凈光合速率，而低光照強度條件下WT的凈光合速率大于于ygl的凈光合速率？

三、教學啟示

1.倡導問題驅動式教學，厘清生物學核心概念。比如，人教版新教材高一生物學第五章第一節《降低化學反應活化能的酶》，教師可以設置問題串：（1）酶的作用機理是什么？（2）酶在哪里產生的？（3）酶的化學本質是什么？引導學生通過觀察過氧化氫分解的實驗得出酶可以降低反應所需的活化能。然后，引導學生閱讀發現酶的科學史，綜合巴斯德、畢希納以及薩姆納等科學家的研究結論，得出酶的化學本質是蛋白質。再結合科學家切赫和奧特曼的發現，補充酶的化學本質還可以是RNA。通過以上問題串的解決，學生可以很容易建構出酶的概念模型。在概念教學的過程中實現知識的持續建構和關鍵能力的不斷發展，幫助學生掌握好生物學核心概念和必備知識，打好學科基礎。

2.創設復雜問題情境，培養信息提取能力。教師應關注生物學研究前沿和社會熱點，將這些實例作為材料引入生物學教學中，無論生活實踐類情境還是學習探索類情境，都應該隱含復雜的生物學知識或者方法，推動相應情境活動進行時，需要學生閱讀材料、獨立思考和有效解讀生物學信息。比如，在光合作用一節內容的講授時可以引入以下材料：（1）海南大學教授萬迎朗及其團隊在海南東寨港國家級自然保護區紅樹林和文昌市云龍灣珊瑚礁中，發現白邊側足海天牛和絨毛海天牛2個新記錄物種。海天牛通過取食藻類，將藻類葉綠體存放在自身的細胞中繼續進行光合作用。（2）科學家用提取菠菜類囊體制成納米級類囊體單元，用小鼠軟骨細胞膜進行封裝，注射到患有關節炎的小鼠膝關節，用來治療小鼠關節炎疾病，發現經過光照后，細胞內代謝得到了改善，軟骨退化減緩。

3.創新實驗教學形式，注重科學探究過程。高中生物學重視實驗教學，實驗類型有驗證性實驗和探究性實驗，以探究性實驗為主。教師進行實驗教學時可以拓展實驗材料和試劑，如質壁分離與復原的實驗可以提供洋蔥鱗片葉外表皮、洋蔥鱗片葉內表皮以及黑藻葉片等材料，實驗試劑可以提供0.3g/mL蔗糖溶液、清水、甘油、1mol/L硝酸鉀溶液等。實驗教學情境的創設應具有真實性，讓學生親歷觀察現象、提出問題、作出假設、實驗操作、數據收集和結論分析等過程，幫助學生對生物學知識進行深入理解，加強體驗感并調動積極性，提高動手能力，培養學生的科學探究素養。同時，實驗情境中任務要具有層級性，要求學生關聯相應的生物學知識，綜合各方面的關鍵能力，注重科學思維方法的培養，凸顯生物學學科素養的融合，從而，實現對學生生物學核心素養綜合、全面的提升。

責任編輯 徐國堅