對三種生物學(xué)試題進(jìn)行生物學(xué)核心素養(yǎng)案例分析及啟示

陳靖　李玲

摘要 通過對中國2017高考全國卷Ⅰ、美國2017年大學(xué)入學(xué)考試和2015年國際學(xué)生評價(jià)項(xiàng)目中生物學(xué)試題的命題內(nèi)容與表達(dá)的分析，探討其試題對生物學(xué)核心素養(yǎng)考查方式，并提出相應(yīng)的意見和建議，以期生物試題能更具思維性、開放性、啟迪性，以考促學(xué)，更好地落實(shí)對學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 核心素養(yǎng) 試題 高考 PISA ACT

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1引言

生物學(xué)核心素養(yǎng)是所有學(xué)生通過生物學(xué)習(xí)應(yīng)具有的最關(guān)鍵、最必要的基礎(chǔ)素養(yǎng)，是知識、能力和情感的綜合表現(xiàn)。生物學(xué)核心素養(yǎng)包含生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任四個方面。隨著核心素養(yǎng)的提出，高中生物課程目標(biāo)也有了相應(yīng)的變化。

目前，生物試題已不再偏重回憶、再認(rèn)、辨別和復(fù)述等手段檢測描述性知識，而是更注重考查學(xué)生的思維過程、探究能力。在通過生物試題考查學(xué)生核心素養(yǎng)方面，美國大學(xué)入學(xué)考試（ACT）、國際學(xué)生評價(jià)項(xiàng)目（PISA）對我國編制試題具有一定參考價(jià)值，下面將以2017高考全國Ⅰ卷生物試卷、2017ACT和2015年P(guān)ISA的生物試題為例，簡析各命題對核心素養(yǎng)考查情況，以在科學(xué)設(shè)計(jì)試題，有效考查學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)上有所啟示。

22017高考全國Ⅰ卷生物學(xué)試題

2017年高考全國卷理綜生物試題在實(shí)現(xiàn)以“核心素養(yǎng)為本”的評價(jià)上邁進(jìn)了一步，試題中多是提供特定情境，要求學(xué)生能根據(jù)給定情境獲取信息，通過科學(xué)思維綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決問題。分析全國卷Ⅰ卷生物題發(fā)現(xiàn)，在生物學(xué)科核心素養(yǎng)考查中，比重最大的是科學(xué)思維的考查，其中著重考查學(xué)生對演繹與推理思維方法的運(yùn)用，如現(xiàn)象原因分析，結(jié)果預(yù)測等；生物學(xué)是基于科學(xué)探究的學(xué)科，故科學(xué)探究能力的考查也非常重要，在試題中所占比重也較大；生命觀念主要是通過考查對學(xué)科核心概念的理解來體現(xiàn)；社會責(zé)任則主要是通過題目材料中的情境設(shè)置對學(xué)生進(jìn)行情感滲透。

以第29題為例分析我國高考的命題思路。

[例1]（2017·全國Ⅰ卷·29）根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型，有些病毒對人類健康會造成很大危害，通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。

假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類型，簡要寫出：（1）實(shí)驗(yàn)思路，（2）預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論即可。（要求：實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個組）

本題以測定病毒類型的實(shí)驗(yàn)為背景，主要考查了學(xué)生的科學(xué)探究與科學(xué)思維。

答題思路：（1）甲組：放射性尿嘧啶標(biāo)記的宿主細(xì)胞+病毒；

乙組：放射性胸腺嘧啶標(biāo)記的宿主細(xì)胞+病毒；

培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒檢測其放射性。

（2）若甲組中病毒有放射性，乙組無，即為RNA病毒，反之為DNA病毒。

核心素養(yǎng)具體表現(xiàn)：

（1）科學(xué)思維：根據(jù)DNA與RNA病毒遺傳物質(zhì)中堿基不同的特點(diǎn)，通過推理演繹的思維方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果；

（2）科學(xué)探究：靈活運(yùn)用放射性同位素標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)方法；

（3）生命觀念：根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能觀理解病毒合成遺傳物質(zhì)的原料來自于宿主細(xì)胞；

（4）社會責(zé)任：通過設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)解決“確定新病毒類型”的問題。

3美國大學(xué)入學(xué)考試（ACT）生物試題

美國的“21世紀(jì)技能”即核心素養(yǎng)，“21世紀(jì)技能”中學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能包括批判性思維和問題解決能力、創(chuàng)造性和創(chuàng)造能力、交流與合作能力。以2017年4月ACT考試科學(xué)部分的一道生物題為例簡析其在考查核心素養(yǎng)的具體表現(xiàn)。

[例2]（2017·美國ACT）材料：攜帶有阻止組氨酸合成的遺傳信息的細(xì)菌菌株被稱為His^-。這些細(xì)菌為了維持生長所需必須從環(huán)境中吸收組氨酸。將His^-菌株暴露在誘變劑下可使某些細(xì)菌恢復(fù)合成組氨酸的能力。任何重新獲得合成組氨酸能力的細(xì)菌都會變成His⁺，即為His⁺回復(fù)體。菌群中His⁺回復(fù)體的數(shù)量能反映出人體中的物質(zhì)發(fā)生突變的潛在可能。

研究：準(zhǔn)備一個含有缺少組氨酸的營養(yǎng)瓊脂的prtri培養(yǎng)皿（培養(yǎng)皿1）。隨后在培養(yǎng)皿1中加入1×108的His^-鼠傷寒沙門氏桿菌，并均勻散布到瓊脂的表面。其他4個培養(yǎng)皿（培養(yǎng)皿2～5）在這之前各混入4種物質(zhì)中的其中1種（表1），后把上述步驟再重復(fù)操作一遍。

5個培養(yǎng)皿在37℃培養(yǎng)2天，測定每個培養(yǎng)基菌落數(shù)量見表2。

27.根據(jù)研究結(jié)果，下列哪種疑似誘變劑的物質(zhì)導(dǎo)致了培養(yǎng)皿中最多的His⁺回復(fù)體？（ ）

A.物質(zhì)L B.物質(zhì)M C.物質(zhì)N D.物質(zhì)P

28～30：略。

31.在細(xì)菌被加入到培養(yǎng)皿之前，研究中用來充當(dāng)對照實(shí)驗(yàn)對象的培養(yǎng)皿中缺少了下列哪種物質(zhì)？（ ）

1.組氨酸 2.營養(yǎng)瓊脂 3.疑似誘變劑

A.只有2 B.只有3

C.只有1和2 D.只有2和3

32～33：略。

ACT的材料闡述了某個實(shí)驗(yàn)的背景，說明研究的步驟與結(jié)果，其題目，具有以下特點(diǎn)：

（1）問題情境具有社會現(xiàn)實(shí)意義。材料提到“菌群中His⁺回復(fù)體的數(shù)量能反映出人體中的物質(zhì)發(fā)生突變的潛在可能”，賦予了該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)實(shí)意義，使試題具有真實(shí)性與實(shí)用性，讓學(xué)生在完成相關(guān)問題探究的同時(shí)，完成生物學(xué)知識的意義構(gòu)建。此外，以社會議題為背景能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、社會，也能為學(xué)生探究社會問題提供實(shí)驗(yàn)思路，相比起考查，更多的是培養(yǎng)與激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)造能力。

（2）著重考查解題的思維性。第27題要求學(xué)生獲取材料中的基本信息，后運(yùn)用邏輯推理進(jìn)行判斷，再從記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表中找出相應(yīng)一項(xiàng)。又如第31題考查的是學(xué)生的批判性思維，要求學(xué)生運(yùn)用控制變量法完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。ACT的題目主要考查的是學(xué)生思維的系統(tǒng)性、批判性和敏捷性等。

（3）ACT考試常采用選擇題形式。選擇題適用于大型的考試，提高評卷效率，但對學(xué)生的思維方向有著一定的引導(dǎo)性與局限性，無法很好考查學(xué)生的創(chuàng)造性。

4國際學(xué)生評價(jià)項(xiàng)目（PISA）生物學(xué)科學(xué)能力試題

PISA主要測評學(xué)生的閱讀素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)，其中PISA2015科學(xué)素養(yǎng)測試的評估框架包含情境、能力、知識、態(tài)度四個要素（表3），評價(jià)的目標(biāo)明確，對每一要素有詳細(xì)明確的劃分。

以2015年P(guān)ISA科學(xué)素養(yǎng)測試中一道生物學(xué)科學(xué)能力試題“在炎熱天氣下跑步”為例簡析其命題對所考查素養(yǎng)的具體表現(xiàn)。

[例3]（2015·PISA科學(xué)測試）材料：長距離跑步時(shí)，體溫會升高并且出汗。如果跑步者不飲用足夠多的水以補(bǔ)充出汗造成的水分損失，他們會出現(xiàn)脫水癥狀。失水量達(dá)到或超過體重的2%即是脫水狀態(tài)。如果體溫升至40%及以上，跑步者會出現(xiàn)危及生命的情況，即熱休克。

下列模擬是基于對一名跑步者在跑步1h后的出汗量、失水量和體溫進(jìn)行計(jì)算的模型。

要查看這個模擬的所有控制方式如何工作，遵循以下步驟：移動滑塊設(shè)定氣溫、移動滑塊設(shè)定空氣濕度、點(diǎn)擊“是”或“否”選擇是否飲水、點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕查看結(jié)果。注意失水量達(dá)到2%及以上將導(dǎo)致脫水，體溫上升到40%及以上將導(dǎo)致熱中風(fēng)。結(jié)果將顯示在表中。

（1）～（2）：略。

（3）當(dāng)空氣濕度為60%的時(shí)候，氣溫上升會對跑步一小時(shí)后的出汗量有何影響？（ ）

A.出汗量上升 B.出汗量下降

這種影響的生物學(xué)原因是什么？____。

PISA試題的命題具有以下特點(diǎn)：

（1）提供生活情境化的材料。以“個人在跑步時(shí)體溫升高且出汗”為情境開展研究，引入人體“在跑步1h的出汗量、失水量和體溫進(jìn)行模型”，把日常簡單的喝水補(bǔ)水動作進(jìn)行科學(xué)化的探究，有利于培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的興趣。

（2）設(shè)置開放型試題。PISA測試還設(shè)置有開放型試題，此題型沒有統(tǒng)一的答案。如本題的第3小題，學(xué)生需要解釋科學(xué)現(xiàn)象，可從體溫調(diào)節(jié)、水鹽調(diào)節(jié)等方向進(jìn)行解答，沒有統(tǒng)一答案，但PISA的雙位編碼評分標(biāo)準(zhǔn)中對學(xué)生可能的回答進(jìn)行了水平劃分。

5對編制生物試題考查生物學(xué)核心素養(yǎng)的啟示與建議

（1）編制核心素養(yǎng)評估框架。

PISA測試在每次試題編制以前會設(shè)計(jì)出具體的評估框架，對科學(xué)情境、科學(xué)能力、科學(xué)知識、科學(xué)態(tài)度作出了詳盡的說明，為試題的編制確定了方向。我國試題編制也可參考使用，在每次評價(jià)前設(shè)計(jì)一份評價(jià)方案和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有利于評價(jià)的規(guī)范性與科學(xué)性。

（2）著重考查學(xué)生的科學(xué)思維。

上述試題案例分析，皆以思維過程的考查與評價(jià)為主，其中ACT要求基于生物學(xué)知識，運(yùn)用批判性思維解決問題，體現(xiàn)其問題解決能力；PISA測試除了考查學(xué)生問題解決能力以外，還希望學(xué)生發(fā)表自己的觀點(diǎn)；我國高考生物試題也逐漸完成從記憶性知識到思維考查的轉(zhuǎn)變，主要是運(yùn)用科學(xué)思維完成科學(xué)探究內(nèi)容，既體現(xiàn)學(xué)生的思維過程，也體現(xiàn)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。

（3）題目設(shè)計(jì)注重思維連貫性與思維啟迪性。

試題設(shè)計(jì)應(yīng)注重思維的連貫性，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從低層次思維活動到高層次思維活動的跨越和提升。如在實(shí)驗(yàn)探究中，設(shè)置的題目應(yīng)先考查學(xué)生的觀察現(xiàn)象或數(shù)據(jù)處理能力，再分析現(xiàn)象發(fā)生的原因，下一題可再預(yù)測相同或類似實(shí)驗(yàn)在不同情境中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。試題設(shè)置由淺入深，有一定的思維連貫性與邏輯性，有利于學(xué)生思維習(xí)慣的優(yōu)化與思維啟迪。

（4）設(shè)置更具體的情境。

ACT與PISA測試在情境設(shè)置上會設(shè)計(jì)具體真實(shí)的情境材料。美國“21世紀(jì)技能”注重創(chuàng)造性和創(chuàng)造能力，故ACT試題的情境材料與科學(xué)技術(shù)發(fā)展緊密相關(guān)，以吸引學(xué)生對科學(xué)發(fā)展過程的關(guān)注，啟迪其創(chuàng)造性；PISA測試更重視的是學(xué)生在日常情境下對知識技能的應(yīng)用，以及使學(xué)生對科學(xué)感興趣，故其試題提供的情境常與生活相聯(lián)系。我國生物試題的情境則一般陳述得十分簡單，提供的信息一般是實(shí)驗(yàn)探究主干內(nèi)容。為了更好地發(fā)展學(xué)生的社會責(zé)任，在試題編制時(shí)，試題情境應(yīng)更生動形象，如把“某植物”更名為具體一種植物，把場景描述得更加具體、生動，使學(xué)生在做題時(shí)更具有代入感，更能體現(xiàn)學(xué)生基于生物學(xué)的認(rèn)識解決生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題的擔(dān)當(dāng)和能力。

（5）增強(qiáng)試題的開放性。

ACT測試中只有選擇題，PISA測試則是以選擇題、封閉性試題與開放型試題3種題型為主；我國高考設(shè)有選擇題和封閉性試題，開放型試題在統(tǒng)計(jì)和評分方面較難操作，但具有明顯的優(yōu)勢。增加試題的開放性能更好地了解學(xué)生的思維過程，對以不同思維方式答題的學(xué)生進(jìn)行分類，能更好地做到因材施教。此外，開放型試題是對學(xué)生發(fā)散性思維的鍛煉，適用于形成性評價(jià)。