基于SOLO分類理論的北京市等級(jí)考生物學(xué)試題研究

張建中 王 菂 張櫻臘

(北京市第一七一中學(xué) 北京 100013)

1 引言

目前,北京市進(jìn)入新課程改革已有五年,普通高中學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試進(jìn)行了3年。學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試作為高中課程結(jié)果性評(píng)價(jià)最重要的形式,也是學(xué)科核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)的重要方式之一。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》指出,學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試在強(qiáng)化基礎(chǔ)的前提下,凸顯學(xué)生的學(xué)科特長,體現(xiàn)甄別與選拔功能,命題指向生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)(包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任)發(fā)展水平。隨著新課改的推進(jìn)與深化,學(xué)生思維能力的培養(yǎng)備受關(guān)注。學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試更是緊扣改革目標(biāo),凸顯能力與素養(yǎng)立意,重視學(xué)生思維水平的考查。

基于SOLO分類理論對(duì)北京市普通高中學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試(以下簡稱等級(jí)考)第二部分的試題能力結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,可將試題對(duì)學(xué)生能力和素養(yǎng)的考查要求外顯化,有利于教師掌握等級(jí)考試題對(duì)學(xué)生思維水平要求的特點(diǎn),充分利用等級(jí)考試題的導(dǎo)向作用,為高中生物學(xué)課堂教學(xué)落實(shí)基礎(chǔ)、培養(yǎng)學(xué)生思維能力并提升學(xué)科素養(yǎng)指明方向。

2 研究方法

2.1 研究樣本

本研究以北京市三年(2020年—2022年)的普通高中學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試試題為樣本。每套試題包括兩部分,第一部分(本部分共15 題,每題2 分,共30分)和第二部分(本部分共6 題,共70 分,包括一道材料學(xué)習(xí)型試題)。以下分析的是三年試題中的第二部分(涉及79 道小題)。

2.2 試題的SOLO 層次劃分標(biāo)準(zhǔn)

SOLO分類理論(Structure of the Observed Learning Outcome,意為“可觀察的學(xué)習(xí)成果的結(jié)構(gòu)”)由教育心理學(xué)家Biggs 和Collis 以皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論為基礎(chǔ)建立的一種質(zhì)性評(píng)價(jià)理論,將學(xué)生“可觀察的學(xué)習(xí)成果”分為由淺入深的5 個(gè)層次:前結(jié)構(gòu)(P)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)(U)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)(M)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)(R)和抽象拓展結(jié)構(gòu)(E)。試題的SOLO 層次劃分標(biāo)準(zhǔn)在5個(gè)SOLO 能力水平中,但“前結(jié)構(gòu)”指學(xué)生基本上無法理解問題和解決問題。等級(jí)考試題無論難易以及考査的知識(shí)點(diǎn)是什么,均要考查學(xué)生的能力水平,因此這類試題中不存在與“前結(jié)構(gòu)”對(duì)應(yīng)的能力水平,本研究也不考慮該水平對(duì)于試題SOLO 層次的界定。SOLO分類理論強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系由淺到深及思維水平的上升?；赟OLO分類理論的遞進(jìn)性結(jié)構(gòu)水平,可將試題考查的能力進(jìn)行劃分(表1)。

表1 試題的SOLO 層次劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.3 樣本分析維度劃分

2.3.1 試題分析

試題分析維度包括SOLO 層次和生物學(xué)核心素養(yǎng)兩個(gè)方面。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是生物學(xué)學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn),是學(xué)生通過生物學(xué)學(xué)習(xí)逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。高中生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面。四個(gè)核心素養(yǎng)之間存在很強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系,在實(shí)際題目中,往往一道小題同時(shí)對(duì)多個(gè)核心素養(yǎng)進(jìn)行綜合的考查。本研究是從試題中單個(gè)設(shè)問側(cè)重或著力突出考查的某個(gè)素養(yǎng)展開的,即每個(gè)小題圍繞的某一核心素養(yǎng)進(jìn)行SOLO 層次分析。

2.3.2 范例分析

【例1】(2020年北京市水平考)17.(12 分)枯草芽孢桿菌可分泌纖維素酶。研究者篩選到一株降解纖維素能力較強(qiáng)的枯草芽孢桿菌菌株(B 菌),從中克隆得到了一種纖維素酶(C1酶)基因。將獲得的C1酶基因與高效表達(dá)載體(HT 質(zhì)粒)連接,再導(dǎo)入B 菌,以期獲得降解纖維素能力更強(qiáng)的工程菌。

(1)纖維素屬于________糖,因此經(jīng)過一系列酶催化最終可降解成單糖,該單糖是________。

(2)對(duì)克隆到的C1酶基因測序,與數(shù)據(jù)庫中的C1酶基因編碼序列相比有兩個(gè)堿基對(duì)不同,但兩者編碼出的蛋白的氨基酸序列相同,這是因?yàn)開_______。

(3)C1酶基因以B 鏈為轉(zhuǎn)錄模板鏈,轉(zhuǎn)錄時(shí)mRNA 自身的延伸方向?yàn)?'→3'。為了使C1酶基因按照正確的方向與已被酶切的HT 質(zhì)粒連接,克隆C1酶基因時(shí)在其兩端添加了SmaⅠ和BamHⅠ的酶切位點(diǎn)。該基因內(nèi)部沒有這兩種酶切位點(diǎn)。圖1 中酶切位點(diǎn)1 和2 所對(duì)應(yīng)的酶分別是________。

圖1

(4)將纖維素含量為20%的培養(yǎng)基分為三組,一組接種工程菌,對(duì)照組1 不進(jìn)行處理,對(duì)照組2 進(jìn)行相應(yīng)處理。在相同條件下培養(yǎng)96 小時(shí)檢測培養(yǎng)基中纖維素的含量,結(jié)果(圖2)說明工程菌降解纖維素的能力最強(qiáng)。對(duì)照組2 的處理應(yīng)為________。

圖2

(5)預(yù)期該工程菌在處理廢棄物以保護(hù)環(huán)境方面可能的應(yīng)用(舉一例)。

參考答案:(1)多 葡萄糖

(2)編碼同一種氨基酸的密碼子可以有多個(gè)

(3)位點(diǎn)1:BamHI 位點(diǎn)2:SmaI

(4)接種(等量)B 菌

(5)處理綠化廢棄物/處理農(nóng)作物秸稈

分析:第(1)題考查核心素養(yǎng)中的生命觀念,兩個(gè)填空SOLO 層次都屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)(U)。問題情境與纖維素有關(guān),這是學(xué)生比較熟悉的。學(xué)生解答此題只要知道多糖中有纖維素、淀粉、糖原等就可以解答第一個(gè)空。多糖可以經(jīng)過一系列酶的催化形成單糖。學(xué)生利用多糖的基本組成單位是葡萄糖這一信息就可以完成第二個(gè)空的解答。單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平試題基礎(chǔ)性較強(qiáng),能力要求最低。

第(2)小題考查核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維,SOLO層次屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)(M)。問題情境比較熟悉。題目中提到兩個(gè)基因的堿基對(duì)序列不同,但是兩者編碼成的蛋白質(zhì)中氨基酸序列是相同的。學(xué)生需要利用基因表達(dá)相關(guān)知識(shí)來解答此題。即翻譯過程中mRNA分子中的密碼子與tRNA 中的反密碼子會(huì)發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì),同時(shí)形成多肽?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)同一種氨基酸可以對(duì)應(yīng)多種密碼子,即所謂的密碼子的簡并性。學(xué)生根據(jù)以上信息可以解答出此題。多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平的試題有一定的綜合性,能力要求中等。

第(3)小題考查核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維,SOLO層次屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)(R)。問題情境比較復(fù)雜。解答此題學(xué)生首先要有構(gòu)建重組質(zhì)粒的相關(guān)知識(shí),還要關(guān)注題目中提到的“C1酶基因以B 鏈為轉(zhuǎn)錄模板鏈,轉(zhuǎn)錄時(shí)mRNA 自身的延伸方向?yàn)?'→3'”這一信息。在明晰轉(zhuǎn)錄的方向即C1酶基因序列的閱讀方向后,還需知道HT 質(zhì)粒的堿基序列方向,才能將C1酶基因以正確的方向接入HT 質(zhì)粒。由圖1 中啟動(dòng)子下方的箭頭方向可知HT 質(zhì)粒的堿基序列方向?yàn)閺挠蚁蜃?后續(xù)才能寫出C1酶基因酶切位點(diǎn)1 應(yīng)對(duì)應(yīng)BamHⅠ,酶切位點(diǎn)2 應(yīng)對(duì)應(yīng)SmaⅠ。本小題需要考生沿著題目提供的信息路徑,將文字信息與圖示信息結(jié)合,經(jīng)過多重推理與綜合才能得出正確的答案。關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的試題綜合性較強(qiáng),能力要求較高。

第(4)小題考查核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究,SOLO層次屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)(R)。試題情境較復(fù)雜,需結(jié)合微生物培養(yǎng)的知識(shí),補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是工程菌降解纖維素的能力最強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)組接種工程菌,對(duì)應(yīng)的結(jié)果應(yīng)該是工程菌中纖維素含量最低,與試題中給出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。對(duì)照組1 不進(jìn)行處理,意在檢測培養(yǎng)基滅菌是否徹底及纖維素是否能自行分解。工程菌是將獲得的C1酶基因與高效表達(dá)載體(HT 質(zhì)粒)連接,再導(dǎo)入B 菌而獲得的,因此要檢測工程菌降解纖維素的能力是否提高,就要將工程菌與B 菌進(jìn)行比較,由此可以得出對(duì)照組2 就是接種等量的B 菌。關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的試題綜合性較強(qiáng),能力要求較高。

第(5)小題考查學(xué)科素養(yǎng)中的社會(huì)責(zé)任,SOLO層次屬于抽象拓展結(jié)構(gòu)(E)。由(4)可知,工程菌降解纖維素的能力最強(qiáng),酶的作用特點(diǎn)是具有專一性和高效性。如何利用好這一特點(diǎn),既處理了廢棄物又不污染環(huán)境? 將纖維素酶應(yīng)用于實(shí)際生活中作為本題的最后一項(xiàng)任務(wù),具有一定的實(shí)踐性和靈活性。這項(xiàng)研究可以拓展到環(huán)境保護(hù)方面,即可以用該工程菌處理纖維素成分的廢棄物,還可以應(yīng)用于處理農(nóng)作物的枯枝落葉及秸稈等。抽象拓展結(jié)構(gòu)綜合性最強(qiáng),能力要求最高。

3 結(jié)果與分析

3.1 北京市水平考試題能力結(jié)構(gòu)SOLO 層次統(tǒng)計(jì)

北京市水平考試題能力結(jié)構(gòu)SOLO 層次統(tǒng)計(jì)如表2 和圖3所示。

表2 2020—2022年北京市水平考試題第二部分的SOLO 結(jié)構(gòu)水平層次統(tǒng)計(jì)(說明:占比是占70 分的比例)

從以上數(shù)據(jù)可以看出,2020年—2022年北京市等級(jí)考試題第二部分中,SOLO 層次主要集中在關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)(R),試題分值占比最高(0.39);其次為單點(diǎn)結(jié)構(gòu)(U)和多點(diǎn)結(jié)構(gòu)(M),試題分值占比分別為0.24 和0.21;抽象拓展結(jié)構(gòu)(E)試題分值占比0.15,雖然占比最低但在3年中有較為明顯的上升趨勢,在2022年尤為突出。由此可見,等級(jí)考試題第二部分中的SOLO 層次分布趨勢(按分值)為R＞U＞M＞E,說明等級(jí)考生物學(xué)試題更加注重考查關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)能力水平,即考查學(xué)生在理解多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,從整體上把握問題情景,將多個(gè)信息量和多個(gè)知識(shí)點(diǎn)建立聯(lián)系。對(duì)抽象拓展結(jié)構(gòu)能力水平的考查比例升高,一方面提高了試卷的難度,同時(shí)表明注重對(duì)學(xué)生高階思維能力的檢測,達(dá)到高考選拔人才的目的。從三年的試題對(duì)比來看,2020年的試題中各結(jié)構(gòu)層次比較合理。2022年的試題抽象拓展結(jié)構(gòu)占比很高,試題整體難度較大。2020年—2022年等級(jí)考試題第二部分中的SOLO 層次分布整體上U＞M,與往年結(jié)果有所差異,推測原因可能是受疫情因素影響。

3.2 北京市水平考試題生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)SOLO 統(tǒng)計(jì)

北京市水平考試題生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)SOLO 統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3 和圖4所示。

圖4 2020—2022年北京市水平考試題第二部分學(xué)科素養(yǎng)考查情況統(tǒng)計(jì)圖

表3 2020—2022年北京市水平考試題第二部分中學(xué)科素養(yǎng)的SOLO 結(jié)構(gòu)水平層次統(tǒng)計(jì)(說明:占比是占該年度的比例)

從以上數(shù)據(jù)可以看出,北京市等級(jí)考試題第二部分落實(shí)了對(duì)生物學(xué)核心素養(yǎng)的考查:生命觀念小題數(shù)量占比約為0.23,考查以單點(diǎn)結(jié)構(gòu)(U)水平為主;科學(xué)思維小題數(shù)量占比約為0.44,考查以關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)(R)水平為主,多點(diǎn)結(jié)構(gòu)(M)水平和抽象拓展結(jié)構(gòu)(E)水平次之且相近;科學(xué)探究小題數(shù)量占比約為0.30,考查以關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)(R)水平為主,多點(diǎn)結(jié)構(gòu)(M)水平次之;社會(huì)責(zé)任小題數(shù)量占比約為0.03(2021年在第二部分沒有涉及是因?yàn)檫x擇題中考查了此素養(yǎng)),SOLO層次分布較為分散。由此可見,等級(jí)考試題第二部分中的生物學(xué)核心素養(yǎng)考查趨勢為科學(xué)思維＞科學(xué)探究＞生命觀念＞社會(huì)責(zé)任,等級(jí)考試題第二部分中的SOLO 層次分布趨勢(按小題數(shù))為R＞M＞U＞E,科學(xué)思維和科學(xué)探究中考查數(shù)量最多的都是關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu),抽象拓展結(jié)構(gòu)主要在考查科學(xué)思維和科學(xué)探究中出現(xiàn)。

4 結(jié)論

通過對(duì)北京市三年等級(jí)考試題的第二部分的分析發(fā)現(xiàn),此部分整體試卷的能力層次劃分清晰,存在明顯的SOLO 能力梯度,具有較好的區(qū)分度;3年中均側(cè)重關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平的考查,單點(diǎn)結(jié)構(gòu)與多點(diǎn)結(jié)構(gòu)次之,對(duì)抽象拓展結(jié)構(gòu)水平的考查力度逐年上升;從生物學(xué)核心素養(yǎng)角度分析,對(duì)科學(xué)思維的考查最多,科學(xué)探究次之,且對(duì)核心素養(yǎng)的考查主要以關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的形式呈現(xiàn),多點(diǎn)結(jié)構(gòu)次之。上述結(jié)果充分體現(xiàn)了學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試在強(qiáng)化基礎(chǔ)的前提下,從知識(shí)立意到能力立意和素養(yǎng)立意的轉(zhuǎn)變,關(guān)注學(xué)生發(fā)展、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、服務(wù)于高考的人才選拔。

5 啟示

5.1 依據(jù)學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),基于SOLO分類理論進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)

2020年,《普通高中課程方案(2017年版2020年修訂)》進(jìn)一步明確了普通高中教育的定位,優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu),凝練了學(xué)科核心素養(yǎng),更新了教學(xué)內(nèi)容,研制了學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。該課程方案成為指導(dǎo)教師教學(xué)和命制各級(jí)各類試題的重要指導(dǎo)性文件。因此教師在教學(xué)過程中需認(rèn)真研讀新課程標(biāo)準(zhǔn),了解與學(xué)業(yè)水平考試相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求、教學(xué)策略實(shí)施、教學(xué)情境素材選擇等。從北京市等級(jí)考試題中各學(xué)科素養(yǎng)的SOLO 結(jié)構(gòu)層次可以看出,試題對(duì)學(xué)生能力水平層次的考查集中在多點(diǎn)結(jié)構(gòu)(M)和關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)(R),試題考查知識(shí)、能力和素養(yǎng)的要求并重。對(duì)于學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí),教師需要在教學(xué)過程中引領(lǐng)學(xué)生利用思維導(dǎo)圖加強(qiáng)對(duì)生物學(xué)重要概念的理解和掌握;尤其對(duì)于學(xué)科主干知識(shí),不僅要幫助學(xué)生形成完整知識(shí)結(jié)構(gòu)體系,而且要不斷提升學(xué)生獲取信息、關(guān)聯(lián)信息、分析問題和解決問題的能力;教師在教學(xué)過程中需要根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的劃分,注意教學(xué)內(nèi)容的深度與廣度。

5.2 加強(qiáng)教學(xué)情境創(chuàng)設(shè),重視創(chuàng)新意識(shí)和遷移應(yīng)用能力的培養(yǎng)

《中國高考評(píng)價(jià)體系說明》指出,“情境”即“問題情境”,指的是真實(shí)的問題背景,是以問題或任務(wù)為中心構(gòu)成的活動(dòng)場域。試題情境是圍繞某一特定主題事實(shí),以文字、數(shù)據(jù)、圖表、模型等方式,為設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問題任務(wù)、達(dá)成測試評(píng)價(jià)目標(biāo)而呈現(xiàn)試題信息的載體?；谇榫车慕虒W(xué)和命題已經(jīng)成為各級(jí)各類教育教學(xué)及考試領(lǐng)域落實(shí)核心素養(yǎng)和測評(píng)學(xué)科能力的重要手段和實(shí)現(xiàn)形式,對(duì)考查和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、信息加工和知識(shí)遷移應(yīng)用能力具有關(guān)鍵作用。北京市水平考試題注重體現(xiàn)“立德樹人”的教育目標(biāo),所選取的情境素材主要來源于最新的科技前沿成果、環(huán)境治理等問題。因此,教師在教學(xué)過程中要及時(shí)了解最新學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài),關(guān)注科技前沿信息、生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題和熱點(diǎn)問題,挖掘最新的學(xué)術(shù)成就和科技創(chuàng)新成果中體現(xiàn)的學(xué)科價(jià)值和社會(huì)價(jià)值,并將這些素材適當(dāng)融入教學(xué),以拓寬學(xué)生的科學(xué)視野,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)新信息進(jìn)行理解和應(yīng)用的能力。