創設實驗情境命制指向核心素養評價的生物學原創題

摘 要：依托實驗情境命制指向核心素養評價的生物學原創題，一般需經過確定試題主題與情境、基于學科核心素養構思設問兩大步驟。確定試題情境時要通過研讀教材挖掘情境線索，結合最新科研成果、生活熱點等確定情境素材，根據學情改編素材內容；設問時要圍繞必備知識、關鍵能力及發展學生學科核心素養的目標，設置層層遞進、有易有難、有區分度的問題。

關鍵詞：實驗情境；核心素養；原創題；高中生物學

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）17-0050-04

《中國高考評價體系》明確指出試題情境是考查學生能力和素養的載體，通過選取適宜的素材，再現生物學理論產生的場景或呈現現實中的問題情境，讓考生在真實的背景下發揮核心價值的引領作用，運用必備知識和關鍵能力去解決與生物學有關的實際問題［1］。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。生物學課程以發展學生的學科核心素養為主要目標，那么，生物學試題則應以評價學生學科核心素養水平為目標。如何選取適合的情境？如何在創設的情境中挖掘考點有效地評價學生的學科核心素養？這是筆者在命制原創題的過程中不斷思考的問題。現以命制一道光合作用原創題為例，論述試題命制思路和流程。

一、層層遞進確定命題主題與情境

（一）從教材中找尋命題主題

人教版高中生物學教材必修1第5章第4節“光合作用與能量轉化”的“問題探討”提到了植物工廠。植物工廠在人工精密控制條件下生產蔬菜和其他植物。有的植物完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色光源。其中的討論題第1小題提問：靠人工光源生產蔬菜有什么好處？而在教材第101頁“練習與應用”拓展應用的第2小題又提問：與傳統的生產方式相比，植物工廠生產蔬菜等食物有哪些優勢？又面臨哪些困難？你對植物工廠的發展前景持什么觀點？教材這兩處內容均涉及植物工廠生產蔬菜。光合作用是生物圈得以維持運轉的基礎，而厘清光合作用的原理并加以運用將為人類生活帶來福音，植物工廠就是一個合理運用光合作用造福人類的生動案例。

教材第105頁的“探究·實踐”欄目要求學生進行探究性實驗：探究環境因素對光合作用強度的影響。教材提供的參考案例是探究光照強度對光合作用強度的影響。筆者完成這部分內容授課后，為激發學生的探究精神，進一步提問學生：除了光照強度，你們還想到探究哪些其他的環境因素對光合作用強度的影響？學生想到了ZwFOfWqOEVqNSy/K/cz65A==不同的CO2濃度、溫度、濕度等。其中有一名學生提到不同波長的光，比如紅光、藍光、白光對光合作用的影響。有學生進一步補充：不同波光的光按不同比例進行搭配后對光合作用強度有怎樣的影響？而這個問題也是教師和學生很少思考到的，在練習題中也較少出現。

基于教材的這兩個素材及學生提出的問題，筆者決定以探究植物工廠中不同光質配比對植物光合作用的影響命制一道原創題。

（二）從科研文獻中找尋情境素材

探究植物工廠中不同光質配比對植物光合作用的影響的試題，應以真實科研情境為背景。于是筆者在中國知網上進行相關的搜索：在“主題”中輸入“植物工廠”“不同光質配比”等關鍵詞后，搜索出34篇相關文獻，其中近5年的文獻有21篇，而10年前的文獻僅有3篇。可見，針對不同光質配比對植物生長的影響的研究近幾年研究頻率有所提高，而近5年的文獻中，有7篇是期刊刊載的文章，其余14篇為碩士和博士論文。碩士和博士論文中的理論較為復雜，要簡化、改編成高中生能夠理解的一道題目工作量較大，所以筆者優先選擇期刊刊載的文章。期刊刊載的文章中研究用到的植物種類有生菜、水芹、櫻桃蘿卜等，其中以生菜為研究對象的較多，且考慮到學生可能對生菜更為熟悉，所以筆者決定針對研究生菜的文章做進一步篩選。

最后，筆者選擇了發表時間最近的、符合命題主題的一篇論文——《植物工廠LED光質調控對生菜幼苗生長的影響》作為原創題的素材。文章主要研究不同紅藍光配比的LED光質對生菜幼苗生長的影響，以生菜的葉片數、株高、植株干重、地上部分干重和地下部分干重、壯苗指數、葉片葉綠素含量和氮含量等作為檢測指標，結論是紅光與藍光之比為3∶2是適合植物工廠生菜育苗的光質配比［2］。檢測的指標中，植株的干重、葉綠素含量以及氮含量與高中生物學學習內容密切相關，與之相關的理論在高中教材中也能找到相匹配的知識點，而其他檢測指標對生菜的生長固然重要，但是不容易挖掘與高中生物學相關的考點，所以可以進行適當刪減。研究結果以柱形圖的形式展示出來，讓讀者一目了然，圖片可以直接引用到題目中，不需要太多改動。可見，這篇論文是一份優質的可用于改編成原創題的素材。

二、基于學科核心素養評價構思設問

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等四個方面，基于學科核心素養評價構思設問時應緊緊圍繞這四個方面進行。

“光合作用與能量轉化”這一課是發展學生結構與功能觀、物質和能量觀的優質載體，例如，由于類囊體薄膜中有光反應有關的色素和酶，葉綠體的光反應可以在葉綠體的類囊體薄膜中進行；葉綠體基質中有暗反應有關的酶及其他相關物質，因而暗反應在葉綠體基質中進行。這些都體現了葉綠體的結構與功能相適應的特點。此外，光合作用光反應中的光能被光合色素吸收后，可以用于水的光解產生氧和NADPH（還原型輔酶Ⅱ），以及在酶的作用下轉化成ATP中的化學能，因此光合作用的光反應需要光，這些知識體現了能力代謝維持生命活動的原理。試題情境是研究LED光質對植物生長的影響，因此，第1問可結合光合作用必備知識設問，主要測評生命觀念方面的生物學學科核心素養。

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）指出，學生應能夠在給出的多個方案中選取恰當的方案并實施；選用恰當的方法如實記錄和分析實驗結果；基于給定的條件，設計并實施探究實驗方案或工程學實踐方案。在《課程標準》的指導下，結合情境素材中探究LED光質對生菜幼苗生長影響的實驗，第2問與第3問可以著重測評學生科學思維、科學探究兩個方面的素養，如考查實驗組與對照組的設計、減小實驗誤差的方法以及實驗結果的分析等。

社會責任素養是指基于生物學認識，參與個人與社會事務的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力。通過生物學學習，學生應能關注生物學技術在生產生活中的應用；能通過科學實踐，嘗試解決現實生活中的生物學問題。為測評學生社會責任素養的發展水平，第4問可設計為探討如何用實驗結論優化生產。

三、試題呈現與分析

（一）試題呈現

為探究植物工廠中不同紅藍光配比的光質對生菜育苗的影響，研究人員將一批同種、活性相同的若干生菜種子平均分為6組，其中1組為對照組（CK組），另外5組為實驗組，實驗組的處理如表1所示，實驗過程其他條件相同且適宜。一段時間后，研究人員對生菜的生長結果進行檢測，部分實驗結果如下頁圖1、圖2所示。

回答下列相關問題。

1.生菜的葉肉細胞吸收光能可用于進行光反應，光反應的場所位于葉綠體的 ，光合色素吸收的光能主要有兩方面的用途，一是將水分解成氧和H+，H+與NADP+結合形成NADPH；二是________________________。

2.本實驗中的對照組應選用 ___________光（填“藍”“紅”或“白”）。實驗過程中研究人員進行3次重復實驗，并且每次實驗中每個組均重復播種3盤種子的原因是 ________________________。

3.圖1中，B、C兩組的干重均明顯高于其他組，意味著B組和C組處理下，生菜植株的 光合速率較高（填“總”或“凈”）。圖1中的C組干重略高于B組，據圖2的兩個指標的檢測結果，分析其原因可能是__________________________。

4.基于本實驗，植物工廠中生菜育苗的優選光質配比應為 _____________。

（二）試題分析

不同光質配比與生菜光反應直接相關，第1問既考查了學生的必備知識——光反應的場所及色素吸收光能后的用途，又考查了學生的結構與功能觀和物質與能量觀，難度較小。

生物學科學探究素養包括能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論［4］。試題第2問第1空就考查了實驗中對照組的設計，學生要具備以下知識才能準確作答：自然狀態下，白光是復合光，所以在本實驗中應以白光作為對照。其次，第2題的第2空考查了實驗探究要遵循平行重復的原則，這樣才能避免偶然因素對實驗結果造成影響，減小實驗誤差，提高實驗的可信度。另外，第3問要求學生分析圖1和圖2中柱形圖呈現的實驗結果，考查了學生對實驗結果的分析能力，并在第4問中設問應選擇何種光質配比進行生菜育苗，考查了學生分析實驗結果得出實驗結論的能力。

測評科學思維更多是針對因果關系進行。按照測評因果關系的側重面和因果關系的邏輯深度，可將因果關系分為由因推果、由果溯因等方式，這些方式體現了邏輯思維的深度，從而可以將測評因果關系分為判斷、解釋、預測、評估、設計，共五個層次［3］。試題第3問的第1空要求學生根據B、C兩組干重較高的現象，判斷出B、C兩組的凈光合速率還是總光合速率高于其他組，測評了科學思維中的“判斷”層次，既涉及性質的判斷，又涉及關系的判斷。學生必須通過干重較高體現了植物有機物質的積累量較高，判斷出光合作用合成有機物的速率和呼吸作用消耗有機物的速率差值較大，進而判斷出是凈光合速率較高。本空既考查了必備知識——干重與凈光合速率、總光合速率、呼吸速率三者之間的關系，又測評了學生的科學思維中“判斷”層次。試題第3問第2空要求學生據圖2分析出圖1中C組干重大于B組干重的原因。本空考查了學生是否掌握以下必備知識：葉綠素與光合速率及光合作用產物之間的關系，氮元素與蛋白質、葉綠素等物質的關系；考查了學生是否會依據概念和邏輯對實驗結果進行分析和說明，所以該空體現了更深層次的科學思維測評——“解釋”層次。

試題以探究性實驗為背景，最終的目的是將實驗結果服務于生產實踐，第4問就體現了知識用于指導生產實踐的理念，體現了生物學科發展與勞動實踐、生產實踐的密切關系，有利于學生樹立尊重勞動、熱愛勞動的意識，內化勞動觀念。

試題改編于真實科研情境，具有真實性、科學性，將實驗流程精簡地呈現出來創設實驗情境，可以促使學生在沉浸式體驗中思考，從而培養學生的科學探究精神。試題情境的信息量較大，對學生的必備知識、關鍵能力都有較高的要求。試題設問層層遞進、由易到難，考點與教材聯系緊密，考查了學生思維的深度。而試題最終的落腳點是將實驗結果用于指導生產實踐，體現了運用學科知識解決實際問題的理念，符合生物學學科核心素養評價的命制要求。

四、試題命制建議

通過確定試題主題與情境、基于學科核心素養設問兩大步驟，筆者命制出了一道與教材聯系緊密、情境新穎、設問層層遞進、全面考查學生學科核心素養的生物學試題。為提升運用這樣的“兩步走”方式命制原創試題的效果，筆者提出如下建議。

（一）根據學情確定試題主題

教師在平時授課以及課后與學生交流的過程中，要密切關注學生的反饋，特別是留意學生有疑惑的知識點，根據學生的疑問去挖掘命題的主題，有利于提升學生的知識水平。但是試題的內容和主題不應脫離教材，應基于教材主體內容，最好在試題的選擇和命制過程中明確考點內容的雙向細目表，避免命題出現內容重復或遺漏的現象。

（二）重視情境的選擇

無情境不成題，脫離情境的考查不足以全面考查學生的能力和素養，所以試題命制過程中情境的確定尤其重要，只有確定了情境之后，才能進行之后的命題步驟。而情境素材的來源既可以是教材中的實驗、科學史、問題改編及延伸拓展，還可以是科研論文、社會熱點、新聞等。教師在選擇的過程中需善于甄別，盡可能保證素材的科學性、嚴謹性。確定素材后，需要對素材進行適當刪減，尤其是對來自碩士、博士學位論文的素材，還需要將文中高中生難以理解的文字敘述轉化成他們容易理解的文字或流程圖；對于較復雜的圖表，教師需要將其轉化成學生易懂的圖表，但值得注意的是，改編素材切不可改變原文的觀點。

在試題命制過程中，教師選擇的情境不應拘泥于一種，而應盡可能讓學生在平時的測評中體驗多種情境，讓學生在豐富的情境中進行深度的思維訓練，這更有利于學生迅速成長，使其在不同的情境中體驗到生物學科的博大精深和生物學知識的魅力，從而提升學生的能力，提高學生的學習樂趣。

（三）精心構思設問

確定試題情境和考點后，要根據考查的意圖和學生的情況而設問。問題應圍繞必備知識、關鍵能力及發展學生學科核心素養的目標設置。問題層層遞進、有易有難、有區分度。設置的問題不應以難倒學生為目的，而是讓學生在思考過程中提升能力、發展素養。

在包含實驗情境的試題中，可以對實驗設計的原理、選材、過程、結果、實驗遵循的原則進行設問，還可以轉換思路，從評價實驗的科學性、可行性等角度設問。考查學生社會責任素養的設問，不應敷衍了事，如命制依托生產實踐情境的試題，可以針對實踐的方法、過程、步驟設問；命制依托社會熱點情境的試題，可以讓學生聯系所學知識發表自己的看法及提出相應的方案。設問的目的是讓學生真正去思考如何將所學知識用于解決實際問題、如何承擔自己在社會中應履行的責任，從而使學生的核心素養真正獲得發展。

教師命制原創題既可以精準地評價學生，優化教學、促進學生發展，又可以發展教師自身的專業能力。因此，教師有必要大膽嘗試自主命制原創試題：在教材中挖掘試題情境線索，搜尋最新科研成果、社會熱點中與情境線索相契合的內容，確定試題情境，精心構思設問。當然，條件允許的學校最好能集備課組之力共同討論，群策群力對題目進行審核并提出修改意見，這樣才能讓原創題更好地發揮它的育人價值。

參考文獻

［1］教育部考試中心.中國高考評價體系說明［M］.北京：人民教育出版社，2019.

［2］王哲，王宇航，解山森，等.植物工廠LED光質調控對生菜幼苗生長的影響［J］.現代農業科技，2023（3）：76-81.

［3］吳成軍.科學思維的測評框架及測評路徑［J］.中學生物教學，2022（25）：4-8.

［4］胡平新.立足能力考查 凸顯核心素養：2016年新課程理綜生物卷（Ⅰ）實驗與探究試題分析及教學建議［J］.實驗教學與儀器，2016，33（9）：3-5.

（責編 劉小瑗）