2015年福建省高考生物学实验探究题命题评析

郑 丹 林颖韬 俞如旺*

(1 福建师范大学生命科学学院 福州 350108； 2 福建教育学院 福州 350025)

培养学生的实验与探究能力、倡导探究性学习是高中生物学教学的重要内容，也是高考能力考查的重要组成部分。2015年全国高考福建生物学卷第26题(以下简称“第26题”)是一道设计新颖的实验探究题，本文从情境创设、问题设计和命题表达三个维度，对试题的命制策略展开分析，以期为高考生物学实验探究题的命制提供借鉴。

1 试题考查基本情况

第26题以筛选植物源除草剂为背景，结合有丝分裂的相关知识，要求考生通过知识的理解、迁移和运用，对一些生物学问题进行判断、解释和初步探究，考查考生对实验结果的分析和实验设计能力。实测数据显示，该题难度适中，区分度较高(表1)。

表1 第26题实测数据

2 试题命制策略分析

2.1 素材选取 试题以植物源除草剂的筛选为背景，探究可可碱对鬼针草种子萌发及根尖细胞有丝分裂的影响。虽然化学除草剂能达到除草的效果，但对环境产生较大的负面影响，为了减少化学除草剂的使用，从植物的化感物质中筛选有效又环保的除草剂成为研究热点。试题选材新颖，关注环境的可持续发展，与生产生活紧密相连，考查考生解决实际问题的能力，有利于提高考生的生物科学素养。

试题素材来源于2014年发表的科学论文，原论文主要研究不同浓度化感物质(即阿魏酸、香草酸、槲皮黄素、木樨草素、茶碱和可可碱)对鬼针草种子萌发、幼苗生长及根尖细胞有丝分裂的影响，以期筛选出经济、有效、安全的植物源除草剂[1]。选用近年发表的较高水平的科技论文作为高考命题素材，可以确保试题的科学性、权威性和创新性。科技论文表述严密、数据翔实、论据充分，提供了命题的一般思路，有助于提高命题的效率和质量。

2.2 情境创设 以科技论文为命题素材必须建立情境素材与试题测量目标之间的联系，在借鉴原科技论文的基础上，贴近考生的思维方法或生活经验，剔除冗余信息、简化实验表达，保证试题考查源于教材，又高于教材。

(1)简化实验方法 植物或微生物释放的化感物质可以影响其他植物或微生物的生长，将植物的化感作用运用于农田作业可以有效控制杂草。原论文研究阿魏酸、香草酸、槲皮黄素、木樨草素、茶碱和可可碱等化感物质对鬼针草的影响，以期筛选最适植物源除草剂。对考生而言，“化感物质”“化感作用”等概念陌生且不易理解，同时对鬼针草也知之甚少，因此试题简化了这一复杂晦涩的专业知识，剔除冗余信息，表述成“为了研究从植物中提取的可可碱是否可以作为除草剂”，便于考生理解陌生概念，顺利进入试题情境。

原论文从三个方面探究可可碱对鬼针草的影响：种子萌发、幼苗生长和根尖细胞有丝分裂，由于高考作答时间有限，同时结合高中生物学知识内容，试题只对种子萌发和根尖细胞的有丝分裂进行探究。同时，原论文的实验过程涉及复杂繁琐的操作方法，比如材料选择、试剂配制、培养条件控制等，考虑到这些实验方法与试题考查内容无关，因此命制时直接剔除了这部分内容。规避无关信息，使题干简洁明了，有助于考生快速获取有效信息，提高试题的测量效度。

(2)简化实验分组 原论文多变量的正交试验，试题则选用其中的一种化感物质——可可碱为研究对象，以可可碱的浓度作为单一变量，并将实验组减少到4组，在保证实验结果呈现规律变化的同时，减少实验分组，有利于控制并简化题干有效信息。

(3)简化实验数据 原论文图表多，数据庞大。在保证实验数据真实性、科学性的基础上，试题对图表数据进行了简化处理：以可可碱为研究对象，将“根尖细胞有丝分裂”和“种子发芽率”作为研究项目，选取4组数据，并将种子发芽率的图形数据转化为表格数据，减少判断误差，同时对图表进行合并、简化，数据呈现更加简洁，方便考生入题作答。

2.3 问题设计 问题设计是试题命制的核心环节，为了保证考生能够作出符合试题期望的反应，设问需要紧密联系情境素材，同时应该与考查的学科知识、认知水平和能力目标相一致，通过串联问题链，完整地呈现试题结构。该题由3个小题组成，其知识内容、认知水平和能力要求(表2)。

表2 第26题的考查的“知识内容-认知水平-能力要求”情况

2.3.1 设置结构化的知识内容，注重思维的连贯性 试题围绕“可可碱对鬼针草的影响”这一核心问题，延伸拓展了多个知识点。(1)题以根尖细胞有丝分裂实验为背景，考查解离过程中试剂的选择以及分裂期图像的识别；(2)题将实验数据作为切入点，考生通过表格信息可以发现当可可碱浓度为1mmol·L-1时，处于后期和末期的细胞相对减少；同时要求考生对“低温诱导染色体加倍”实验的实验原理进行迁移、运用，分析得出可可碱抑制根尖细胞有丝分裂的机理。(3)题同样从实验结果入手，从表格数据中分析可可碱浓度对鬼针草种子发芽率的影响。在此基础上，提出假设：可可碱可通过降低种子中赤霉素的水平进而影响发芽率，请考生验证假设写出实验设计的基本思路。其题间的逻辑关系清楚明了，设问环环相扣，呈现出结构化的知识内容。

在确保知识内容连贯性的同时，应注重命题思维的连贯性。(3)题根据已有知识：赤霉素能促进种子萌发，而可可碱会抑制种子萌发，请考生设计实验证明赤霉素和可可碱的关系。检测种子中赤霉素含量可以采用高效液相色谱法，由于考生并不具备相关的知识储备，试题中也没有相应说明，而该题又是围绕“种子发芽率”展开，因此考生在作答时会自然联想到从“种子发芽率”这一可观测指标方面设计实验。然而，可可碱作是外源物质，仅仅通过观察种子发芽率无法确定可可碱抑制种子萌发的机制。通过阅卷，事实上得到了印证，不少考生从“发芽率”入手设计探究实验导致误答。因此，命题时应注意保证命题思维的连贯性，不可“拐弯”过大，避免降低考试的效度。

2.3.2 设计由低到高的认知水平和能力要求 根据布鲁姆的教育目标分类理论，可以将认知水平分为以下六类：记忆、理解、应用、分析、评价和创造。命题时必须结合考生的认知发展水平，设置由浅入深、由易到难的问题，步步深入，构建多样化、层次化的考查目标[2]。(1)题涉及记忆、理解的认知；(2)题涉及分析、应用的认知水平；第(3)小题涉及分析、评价的认知水平。总体看来，试题设问方式由低层次认知水平向高层次认知水平过渡，贴近考生思维，确保考生作答无碍。

《普通高等学校招生全国统一考试大纲》将生物学科的能力目标划分为理解能力、实验与探究能力、获取信息能力和综合运用能力。第26题主要考查考生的理解能力、获取信息能力和实验与探究能力，其中理解能力又可分为识记理解、重述理解和运用理解三个要素，而实验与探究能力则由基本实验方法与技能、验证实验能力、探究实验能力和评价实验能力四个要素组成[3]。其中，(1)题考查有丝分裂的相关知识，涉及识记理解、重述理解和基本实验方法与技能的考查；(2)题要求考生对实验结果进行分析和解释，通过知识的迁移、运用正确作答，主要考查考生的获取信息能力和验证实验能力；(3)题要求考生对实验结果进行分析并设计实验验证假设，突出考查考生的获取信息能力和探究实验能力。试题考查了多种能力，低层次能力前置，高层次能力后置，呈现出梯度式的能力布局，避免了考生对知识的死读硬背，突出能力立意，符合知识、能力和素质“三位一体”的命题思想。

2.4 命题表达 以科技论文为素材进行命题时，如何控制试题信息量和表达方式，保证试题的科学性和简约性是命题工作中至关重要的一个环节。好的试题首先应确保信息量适中，设置与答案信息相当的信息量，提高测题与测量目标之间的关联程度，过多或过少的信息量都可能对考生造成阅读负担。第26题对科技论文中复杂繁琐的实验原理、实验方法进行了高度概括，题干简洁明了，避免冗余信息对考生产生干扰。同时，科技论文往往采用图示或图表的方式对实验结果加以概括简化，命题时也应尽量采用图文结合的方式直观地呈现信息，一方面大大减少了试题的信息量，贴近考生的阅读习惯，更好地考查考生的获取信息能力；另一方面通过呈现实验设计的一般思路，对考生进行科学思维和方法的训练，培养考生对科学研究的兴趣，提高考生的生物科学素养。

其次，必须保证所有信息真实、有效，并用准确的语言对设问加以限定，模棱两可、具有歧义的表达方式无法准确反映考生的真实能力，而且使答案多样化，加大阅卷难度。就措辞方式而言，第26题存在值得商榷的地方。例如，(2)题“产生这种结果的原因可能是________，导致染色体无法移向细胞两极”，“可能”在一定程度上会让考生以为该题答案开放，从而不从根本原因“纺锤体的作用”方面思考问题。部分考生认为着丝点无法分裂导致染色体无法移向两极，由于纺锤体上分布着动粒微管，在动粒微管的收缩作用下着丝点一定会分裂，然而考生没有相关的知识背景，造成误答。由此可见，试题设问表达非常重要。