指向關鍵能力的學業質量高階水平表現的評價研究

[中圖分類號] G424.74 [文獻標識碼] A[文章編號] 1673—1654（2025）03—052—010

關鍵能力是學生在面對與學科相關的生活實踐或學習探索問題情境時，能夠有效地認識問題、分析問題和解決問題所必須具備的能力[。它是符合高水平人才培養體系所必需、適應時代要求并支撐其終身發展的能力，是培育核心價值、發展學科核心素養所必須具備的能力基礎。基于核心素養導向，并結合學生認知發展實際，中國高考評價體系確立了符合考試評價規律的3個方面的關鍵能力群2：以認識世界為核心的知識獲取能力群，以解決實際問題為核心的實踐操作能力群，涵蓋關鍵思維能力的思維認知能力群。生物學科學業水平等級性考試（以下簡稱“等級考”）以《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）為依據，按照其中的內容要求、學業質量標準進行命題，主要目的是評價學生的學科核心素養發展水平。

由于學科核心素養是學生的內在品質或特征，無法直接觀測，所以考試或評價的實質是通過學生在具體任務中的實際表現判斷其素養水平。新課標中提出的四個學科核心素養中，“生命觀念”代表知識的內化，是其他核心素養的基礎；“科學思維”和“科學探究\"是關鍵能力，“社會責任\"是必備品格。高階水平表現指的是學生在認知、思維、問題解決等方面展現出的高水平能力。在生物學學習中，高階水平表現包括深入的科學思維、邏輯推理、綜合分析能力，以及在新情境中應用所學知識解決問題的能力。這些能力是在學生掌握了基本概念和原理后，通過進一步的學習和實踐逐步培養起來的。新課標中學業質量水平三、水平四就是高階思維的具體體現，也是學業水平等級性考試的命題依據。

基于上述認識，本研究以2022—2024年天津等級考生物學部分試題為例，選取高階水平試題（以水平三、水平四為主），通過分析學生在科學思維和科學探究兩項關鍵能力上的作答表現，探尋進一步培養學生生物學科關鍵能力的教學著力點。

一、研究框架

新課標提出的核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任，是對生物學科知識、能力、觀念、情感態度與價值觀的整體考查[34-5，體現了系統性。學科核心素養是考查理念和總體要求，關鍵能力是學科核心素養的細化與具體體現。在命題中，關鍵能力是具體的考查目標，是實現學科核心素養考查目標的手段和媒介。

基于上述認識，參考楊帆等人建立的高考評價體系、新高考、現行高考生物科關鍵能力映射圖[5，構建新課標、高考評價體系、生物科關鍵能力映射圖，如圖1所示。

（一）關鍵能力體系

將三大能力群與生物學科核心素養和關鍵能力進一步整合，確立指向生物學科核心素養的關鍵能力體系，包含3個能力群和11個關鍵能力：知識獲取能力群包括信息獲取能力和信息加工能力；實踐操作能力群包括觀察與提問能力、實驗設計能力、操作與實施能力、數據分析與解釋能力、結論與反思能力；思維認知能力群包括歸納概括能力、推理論證能力、模型與建模能力、批判性思維和創新能力。按照基礎水平和高階水平對上述能力進行了分類（見表1）。

（二）學業質量水平評價框架

高中生物學學業質量標準對生物學學科核心素養的生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度進行劃分，分為4個水平等級。學業質量三、四級水平，解決問題的情境相對復雜，解決問題的程度要求相對較高，涉及的大概念、方法等包括必修課程和選擇性必修課程的全部內容。學生在達到三、四級水平的過程中，會逐漸培養出高階思維所需的各項能力。基于此，構建了科學思維和科學探究素養的學業質量水平評價框架（見表2）。

二、研究結果

（一）總體表現評價

基于關鍵能力體系和學業質量水平評價框架，按照新課標中對于課程內容的劃分（概念見表3）[3]I1-31，對2022年至2024年高階水平試題所占試卷分值和考生實際得分進行統計，計算出三年試題考生的得分率（見表4）。

1.學生在科學思維高階水平試題上的總體表現

數據顯示，考查必修課程概念2、概念3和選擇性必修課程概念1、概念2、概念5的試題達到高階思維水平的較多。涉及的大概念主要是細胞的跨膜運輸、光合作用、細胞呼吸、細胞增殖、生命活動調節、遺傳規律、基因工程等。這些試題的考查方式是在新的問題情境中，基于事實和證據運用生物學概念進行邏輯推理，從而解決問題。例如，近3年試題中均考查了基因工程（選擇性必修課程概念5）的高階水平試題，學生的得分率是0.51；再如近3年的試題均考查了有關遺傳規律（必修課程概念3）的高階水平試題，學生的得分率是0.48。上述試題都考查了歸納與概括、演繹推理、模型建模的思維能力，得分率表明學生的這些能力仍相對欠缺。

2.學生在科學探究高階水平試題上的總體表現

3年試題中有關科學探究三、四級水平的試題，主要從兩個方面進行考查：一是以教材探究實驗中觀察到的實驗現象為基礎，展示真實的實驗現象和真實的科研圖片作為情境，考查學生對教材實驗現象的識別能力以及應用能力；二是以真實科研過程為背景，考查學生獲取信息、理解實驗研究目的與原理、分析實驗結果、得出實驗結論、進行實驗設計等能力。這些試題涉及的概念絕大多數屬于必修課程的概念2和選擇性必修課程的概念1，均是人體和動植物生命活動調節的內容。考生在必修課程概念2的得分率是0.58，在選擇性必修課程概念1的得分率是 0 . 6 5 。可見，在以真實科研過程為背景的新的問題情境下，學生的數據處理能力和信息轉化能力尚有所欠缺。如2022年、2023年考查的有關細胞增殖的實驗探究問題得分率較低，相對于實驗分析的題目來說，近3年有關實驗設計的題目得分率較高。

（二）考生在不同水平試題上的表現評價

在對近3年試題考查情況和不同水平組①考生作答情況進行分析的基礎之上，從科學思維和科學探究各選擇不同水平典型試題，分析考生答題的具體表現。

1.考生在科學思維高階水平試題上的表現

2023年第16題（科學思維水平三）和2024年第17題（科學思維水平四）重點考查了考生對基因分離定律、基因自由組合定律及生物的進化等相關知識的理解和運用。這些必備知識都突出對考生在具體生產、生活情境中獲取信息、邏輯推理、分析綜合等關鍵能力的考查，對考生的信息整理能力、信息轉化能力、辯證思維能力等科學思維有較高的要求，同時還以整體的問題為引導，綜合考查考生的創造性思維。

【例題12023年第16題（部分節選）

植酸合成酶基因A位于水稻4號染色體，其缺失導致水稻不能合成植酸而死亡。某小組對A進行基因編輯，獲得2個突變基因，一個刪除了3個相鄰核苷酸 ，不影響植酸合成；另一個刪除了25個相鄰核苷酸 ，對植株的影響未知。

（1）在獲得的 植株中，A與 互稱基因。為研究 對植株的影響，以 被刪除的序列設計正向引物，以其下游 處的一段序列設計反向引物，通過PCR分析 自交子代基因型，電泳發現所有樣本的DNA均能擴增出目標條帶，未發現無擴增條帶樣本的原因是。在樣本基因組DNA量及擴增條件一致時，目標條帶的亮度有強有弱，亮度強的樣本基因型是 ，比例為 。

【參考答案】（1）等位 純合致死（ 植株死亡）AA

試題以植酸合成酶基因的科學研究為背景，考查遺傳定律的推算，采用引導式設問，引領考生從思維原點出發，逐層設問，臺階式遞進，考查思維的嚴密性和邏輯性，注重高階思維能力的考查。學生答題問題較大的是第二空， 自交應有三種子代，以 被刪除的序列設計正向引物，以其下游 0 . 5 k b 處的一段序列設計反向引物，通過PCR只能擴增A基因，不能擴增 基因，依據題干信息，未發現無擴增條帶樣本 ，原因是 植株純合不能合成植酸，導致死亡。這樣第二、三兩空很容易分析出目標條帶亮度弱的樣本基因型是 占2/3，亮度強的樣本基因型是AA占1/3。

本小題考生的得分率僅有0.4，三分之二的考生得分在2分及以下，說明大多數考生在試題科研背景下進行信息整理和轉化的能力較弱，推理和論證能力整體表現較差，未達到學業質量水平三的要求。

【例題2】2024年第17題（部分節選）

LHON是線粒體基因A突變成a所引起的視神經疾病。我國援非醫療隊調查非洲某地LHON發病情況，發現如下譜系。

（3）5'-CCCGCGGGA-3'為B基因的部分編碼序列（非模板鏈），C為編碼序列的第157位，突變成T后，蛋白序列的第 位氨基酸將變成 。

部分氨基酸密碼子：丙氨酸（GCG）、氨酸（GUG）、色氨酸（UGG）、精氨酸（CGC或CGG或CGU）

（4）人群篩查發現， 基因型在女性中的占比為0 . 0 1 % ，那么 基因型在男性中的占比為

（5）鐮狀細胞貧血是非洲常見的常染色體隱性遺傳病，每8個無貧血癥狀的人中有1個攜帶者。無貧血癥狀的I-9（已知I-5基因型為 ，II-6基因型為 ）與基因型為XBY的無貧血癥狀男性結婚，其子代為有鐮狀細胞貧血癥狀的LHON重度患者的概率為 0

【參考答案】（3）53 色氨酸 （ 4 ） 1 % （5）1/2048

本題以我國援非醫療隊調查非洲某地某遺傳病發病情況為背景，考查伴性遺傳、基因的表達、自由組合定律等必備知識，綜合考查學生獲取信息、知識遷移與演繹推理等能力。試題對生命觀念、科學思維與社會責任等生物學學科核心素養均有所體現。試題得分率為0.24，不同水平組考生各空作答正確的比例如表5所示。

表5顯示不同水平組考生作答情況差異較大，尤其是（4）和（5），精通水平有近一半學生作答正確，基本水平組均為0，說明此題區分度較好，對考生科學思維演繹推理能力要求較高。

兩個試題考查必修課程概念3“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”中的次位概念“3.2.3闡明有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表型有多種可能，并可由此預測子代的遺傳性狀”，在新問題情境中運用模型和建模解釋分離定律、自由組合定律等重要概念的內涵。概念3是高中生物學中對學生的邏輯思維水平要求最高的內容。試題以生命科學領域的突出成就及生產和生活中的熱點問題為背景，精準對標新課標水平層級進行試題設計，并以多種方式靈活呈現題目。從作答表現看，考生綜合利用遺傳規律分析推理、構建模型、解決遺傳學問題的思維認知能力較為薄弱。

2.考生在科學探究高階水平試題上的表現

2022年第14-2題（科學探究水平三）和2024年第14-2題（科學探究水平四）以最新科技成果為素材，既能再現天津整體科研實力，又將完整的研究歷程呈現給考生，讓學生深刻理解科學研究的意義，并通過實驗結論的邏輯推導，培養學生思維的嚴密性和邏輯性，注重高階思維能力的考查。

【例題3】2022年第14-2題

為研究高脂飲食與腸道菌群及糖脂代謝的關系，進行如下試驗：

（1）建立糖脂代謝紊亂大鼠模型。將20只大鼠隨機平分為2組，分別飼喂高脂飼料（HFD組）和普通飼料（ND組）16周。（本小題實驗結果和問題略）

（2）探究腸道菌群對糖脂代謝的影響。另取20只大鼠，喂以含 的飲用水殺滅腸道中原有細菌，建立腸道無菌大鼠模型。分別收集（1）試驗結束時HFD組和ND組糞便，制備成糞菌液，分別移植到無菌大鼠體內，建立移植HFD腸菌組和移植ND腸菌組，均飼喂高脂飼料8周。檢測空腹血相關生理指標，結果如下表。

該試驗的自變量為 ，結果顯示兩組均發生糖脂代謝紊亂，組間差異說明高脂飲食大鼠的腸道菌群可 （加劇/緩解）高脂飲食條件下的糖脂代謝紊亂。

（3）基于本研究的結果，為了緩解糖脂代謝紊亂，請說明可以采取的策略

【參考答案】（2）抗生素移植的腸道菌群加劇（3）避免高脂飲食/設法增加腸道乳桿菌、雙歧桿菌含量

試題以日常生活中高脂飲食易引發糖脂代謝紊亂為背景，通過圖表給出真實的實驗數據，考查實驗設計與分析能力和實際生活應用，體現“實踐操作能力群”中的實驗設計能力、數據分析與解釋能力、結論與反思能力，有助于培養考生的科學思維和科學探究等素養；尤其是最后一問，根據整體的實驗結果給出解決現實生活問題的方法，考查了考生的創造性思維，體現科學探究水平三：在特定情境下提出可探究問題進行實驗設計和結果討論及數據分析得出結論。

本題得分率為0.58。從考生作答抽樣情況看，錯誤主要集中在第（2）問第一個空，考生需明確\"探究腸道菌群對糖脂代謝的影響”，應使用抗生素殺死腸道菌，建立腸道無菌大鼠模型，但實際大多數考生答“酒精或乙醇”殺菌物質等，說明考生運用已有知識和生活經驗解決實際問題的能力較差，實驗遷移能力欠缺。

【例題4】2024年第14-2題

磁場刺激是一種調節神經系統生理狀態的有效方法，為研究其對神經系統鈍化的改善和電生理機制，以小鼠為動物模型進行如下實驗。

（3）檢測上述3組小鼠海馬區神經元的興奮性。

① 檢測靜息電位，結果如右圖。縱坐標數值為0的點應為 （從A-D中選擇）。

② 檢測動作電位峰值，組間無差異。說明組的 離子內流入神經元的數量最多。

以上實驗說明，在細胞水平，CFS可改善神經系統鈍化時出現的神經元 ；在個體水平，CFS可改善神經系統鈍化引起的認知功能下降。

【參考答案】（3） ① A ②H U （或神經系統鈍化模型） 鈉興奮性下降（或靜息電位絕對值增大）

本題以磁場刺激對神經系統鈍化的改善和電生理機制為背景，考查靜息電位與動作電位等神經調節部分重要主干知識。同時通過對真實科研情境下的實驗設計進行分析，考查了考生獲取信息、識圖析圖、知識遷移、綜合分析與判斷等能力，對標科學探究素養考查四水平，需要學生具有較強的邏輯思維與科學探究素養才能正確作答。

本題得分率為0.52，說明近半數考生能達到科學探究水平四的要求。基本水平組和熟練水平組的考生得分率差異不大，得分多集中在3＼～5分。抽樣結果顯示，錯誤率較高的是 ① 和 ② 前兩空。由圖2可知，靜息電位應為負值，A-D中只有A點符合這一條件；題干給出檢測動作電位峰值組間無差異，說明各組在興奮狀態時膜內外電位差基本相同，HU組要克服靜息狀態時更大的電位差，其內流的鈉離子數量一定是最多的，同時也說明在神經系統鈍化時，神經元較難進入興奮狀態，CFS可改善神經系統鈍化時出現的神經元靜息電位絕對值增大及其帶來的興奮性下降。作答表現說明考生在真實情境設計下綜合分析與判斷實驗結果的能力較差。

兩個試題考查選擇性必修課程概念1“生命個體的結構與功能相適應，各結構協調統一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調節機制保持穩態”中的重要概念“1.3神經系統能夠及時感知機體內、外環境的變化，并作出反應調控各器官、系統的活動，實現機體穩態”和重要概念“1.4內分泌系統產生的多種類型的激素，通過體液傳送而發揮調節作用，實現機體穩態”，要求考生在真實情境中提出清晰、有價值、可探究的問題需求并設計實施，多種方法如實記錄，數學方法分析結果并用科學術語報告。試題以生命科學領域的突出成就以及生產和生活中的熱點問題為背景，精準對標新課標水平層級進行試題設計，并以多種方式靈活呈現題目。從考生作答表現看，考生在獲取信息、明確實驗目的基礎上，進一步分析實驗的自變量、因變量、無關變量等因素的能力還有欠缺，不能厘清實驗的基本原理和操作意圖，不能正確地得出實驗結論。

三、教學改進建議

（一）針對科學思維素養提升

近三年試卷重點考查科學思維的試題涉及的大概念主要集中在必修課程概念2、概念3和選擇性必修課程概念1、概念2、概念5，水平三和水平四的試題多是在新的問題情境中，綜合運用大概念進行邏輯推理解決問題。為進一步提升學生的科學思維能力，建議教學從以下方面著力。

1.開展大概念引領下的大單元學習

在高三復習中，學生的知識儲備大為提高。因此，應視實際情況依據新課標對教材重組，擴大單元教學的范圍，結合學生的認知特征及規律，圍繞生物學大概念制定大單元學習主題，幫助學生梳理整合知識結構；根據單元學習目標，以“情境-任務-活動-評價”為主線，將不同課時內容有機整合在一起，激發學生的學習興趣，讓學習過程成為一個連續的有機整體，也讓學習活動成為一個完整的學習系統。學生在大概念目標的指引下，在前后關聯的單元情境和任務中，通過不斷的思索、學習、再思索，習得知識，發展思維，形成科學思維素養。

2.融入真實科研情境教學

以學科前沿進展、科研最新突破、天津本地特色發展等素材為情境命題，是天津等級考生物學試題的特色。教學中應引導學生關注生物學相關最新研究、最新成果及最新導向，選取科學領域的前沿研究成果中適合學生理解的部分創設為試題情境，讓學生分析其中涉及的原理、操作步驟以及可能產生的影響等，像科學家一樣去思考，培養他們在真實情境下運用知識解決問題的能力，讓學生感受到科學是不斷發展且充滿魅力的，形成用基礎理論解釋或闡釋生物現象的科學思維習慣[8]。

3.充分利用教材素材培養學生的雙向思維能力

從學生作答表現可看出，學生思考問題往往呈現出片面、單一、表象和局部的特征，導致所答非所問[。教材中包含大量正向思維的教學素材，因此學生已經習慣使用單一方向的正向思維去思考問題，往往會導致片面化。而利用逆向思維來思考，可以使學生對生物學知識的理解更為深入；教學中教師要利用好各種教學素材，創設新情境，跳出教材中原有的生物學現象，打破學生思維定勢的束縛，訓練學生正逆雙向思維，使其分析思考問題更加全面、多樣、深刻和綜合。

（二）針對科學探究素養提升

科學探究是科學知識、方法和能力的綜合體現，滲透著科研精神和科學品質。從考生科學探究相關試題的作答表現可以看出，很多實驗學生并未親歷操作過程，實驗教學就是“背實驗”。為進一步提升學生的科學探究能力，建議教學從以下方面著力。

1.深化教材實驗的理解

教學中要帶領學生對教材中的經典實驗進行深度剖析，讓學生理解每一個階段科學家的實驗思路、提出的假設、采用的實驗方法以及得出的結論，引導學生思考當時的實驗條件限制以及后續科學家是如何在此基礎上進一步完善探究的。通過這樣的細致分析，讓學生明白科學探究是一個不斷發展、逐步深入的過程，同時掌握科學探究中提出問題、作出假設、設計實驗等基本環節的要點。從教材實驗中挖掘可以拓展延伸的內容，引導學生進行進一步探究，讓學生在熟悉教材實驗的基礎上，能夠運用所學知識對實驗進行優化和拓展，培養他們的創新思維和深度探究能力[10]。

2.創設真實科學探究情境

生物學是一門快速發展的前沿學科，需要教師在教學中隨時把握產學研動態，并在創設課堂探究情境時，需要以科學性、研究性和生產性，幫助學生逐步發展生物學學科核心素養。源于真實科研的探究情境，不僅能有效地反饋教材內容更新不及時的問題，更能帶領學生親歷科學研究過程，為學生的自主探索和科學思維發展提供充分的空間[11]。將生物學前沿領域的科研成果轉化為適合學生探究的情境案例，讓學生思考在探究過程中的各種問題，通過這類真實且具有現實意義的案例，激發學生的探究興趣，同時讓他們了解現代生物學科學探究的復雜程度和實際應用價值，使學生真切感受到科學探究就在身邊，增強科學探究的主動性。

3.培養學生實驗設計與操作能力

教材中要求實踐操作的實驗，要專門安排課時讓學生系統分析實驗設計的基本原則，結合具體的實例進行說明，如何設置對照實驗，怎樣保證自變量外其他條件都相同且適宜等，在自已進行實驗設計時能夠準確運用，確保實驗的科學性和合理性。在此基礎上盡可能創造條件，讓學生有更多機會親自動手進行實驗操作。在學校實驗室資源允許的情況下，對教材實驗進行拓展，讓學生擁有適度的自主權，動腦與動手相結合，通過解決問題促進生物學概念的形成，同時學生要有充足的時間思考問題、互相交流，加深對實驗的理解和遷移應用[2]。

參考文獻：

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[4]程力，李勇.基于高考評價體系的物理科考試內容改革實施路徑[J].中國考試，2019，（12）：38-44.

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Research on the Evaluation of High-Level Academic Quality Performance Directed to Key Competencies

Wang Jian' Qi Fengzhen2 Yin Jieli3 QianWei4 1 Tianjin Academy of Educational Sciences，Tianjin，300191 2 Yangliuqing No.1 High School，Tianjin，300380

3 Teachers’Development Center of Hedong District，Tianjin，300182

4Teachers’Development CenterofBinhai New Area，Tianjin，300270

Abstract：This paper takes the biology test questions of the Tianjin Ordinary High School Academic Proficiency Level Examination from 2O22 to 2024as the research object，exploring the evaluation of high-level academic quality performance directed to key competencies.Based on the \"Biology Curiculum Standards for Ordinary High Schools （2017 Edition，2O2O Revision）\"bythe Ministryof Education and the \"China College Entrance Examination Evaluation System\"，the study constructs a key competency system andanacademic qualitylevel assessment framework centered on the core literacyof biology.Using this assessment framework，the studyanalyzes students’ performance on high-level questions related to scientific thinking and scientific inquiry， selecting typical questions to examine studentsanswering performance.The research finds that students‘highlevel performancein scientific thinking andscientific iquiry is insufficient，particularly in logical reasoningand experimental design abilities in new contexts.Therefore，thispaper proposescorrsponding teaching suggestions， including conducting large-unit learning guided by grand concepts，integrating real scientific research scenarios into teaching，and deepening the understanding of textbook experiments，to promote thecultivationof students' key competencies and the improvement of academic quality.

Key Words：High School Biology，Key Competencies，Academic Quality，Tianjin Grade Examination

（責任編輯：吳茫）