情境背景下核心素养考查的评价与思考——以2021年天津市普通高中学业水平等级性考试生物学试题为例

王 健 祁凤珍 尹捷丽 翟 林

2021年天津市普通高中学业水平等级性考试生物学试题（下文简称“等级考试题”），以教育部《普通高中生物学课程标准（2017 年版2020 年修订）》和《京津鲁琼四省高考改革生物学课程教学指导意见（2017）》为依据，遵循“有利于立德树人、有利于服务选才、有利于引导教学”原则，承续2020 年的设计风格和考查理念，贯彻“能力立意、稳中有变、稳中有新”的命题指导思想。

试题以情境为载体，通过情境设计体现了试题选材的权威性、新颖性和知识性，同时在情境素材的选择与处理上体现了试题的政治性、科学性、公平性与规范性。情境选择关注学科前沿、结合社会热点、聚焦关键能力、体现学科特质、彰显时代特色。

《中国高考评价体系》规定了高考的考查载体——情境，以此承载考查内容，实现考查要求，且生物学学科的核心素养就是学生在面对现实的问题情境时应当表现出的正确的情感态度和价值观的综合，因此合理创设情境能够有效激发考生思考作答。“情境”即“任务情境”指的是真实的问题背景，是以问题或任务为中心构成的活动场域。结合生物学的学科特点，生物学试题的问题或任务情境可以包括3类，即生活、学习和实践情境，科学实验与探究情境，生命科学史情境。

生活、学习和实践情境是指学生日常生活或学习中以及社会实践中常见的生物学相关现象或问题，主要指学生通过经验或学习获得的熟悉的生物学现象、事实以及生物学概念；科学实验和探究情境主要来自于真实的生物学研究内容以及由这些内容进行知识迁移设定的情境或提出的问题，包括生物学课程标准的课程内容中所提出的应开展的实验与活动，以及由此迁移与拓展的基于学科核心素养的新的生命科学探究情境。生命科学史情境涉及人类适应自然、认识自然、利用自然和改造自然的历史，通过生命科学史中的重要事件作为考查的具体问题或任务情境，既能考查学生学科知识体系，又能对研究的思路和方法以及独特的社会价值进行综合考查。

“情境活动”是指人们在情境中解决问题或完成任务的活动。普通高中学业水平等级性考试的问题情境，是通过文字与符号描述的方式即纸笔形式进行建构的，情境活动也同样是通过文字与符号的形式进行的，通过设置不同层级的情境活动来考查学生在“四层”内容上的表现水平，由于情境活动不同，情境与“四翼”也存在一定的对应关系，而基于“四层四翼”的情境活动要求，结合3 类生物学具体情境类型考查学生的生物学核心素养水平，以实现“一核”即“立德树人、服务选才、引导教学”的核心功能，其关系可概括如图1，“四层”的要求与学科核心素养对接，同时“四翼”的基础性的情境活动对应“四层”的基础性关键能力与必备知识，而在综合性、应用性与创新性的情境活动中根据考查载体的不同，如综合性考查载体为综合层面的问题情境，应用性考查载体为生活实践或学习探索问题情境，创新性考查载体为开放性的生活实践或学习探索问题情境，这三者都能从不同问题情境对应“四层”的内容，从而形成命题整体要求，而生物科3 类问题情境就是基于以上要求的具体命题素材。

图1 一核四层四翼与生物科情境

一、情境背景下核心素养考查的试卷分析

（一）以情境为背景的知识概念考查

1.情境背景与知识内容的考查分析

通过表1 和图2 可以看出，生活、学习和实践情境类的试题数量和考查的基础知识与基本技能最多，科学实验和探究情境类的试题总分值占比最大，生命科学史情境的试题占比最少。三类情境类型的试题所涉及的知识点分布在5个模块总计27章的教学内容中，涉及22章，章节覆盖率达81.5%。

表1 不同情境类型试题和知识点分布

图2 不同情境类型试题分值所占比例

2.情境背景下的概念考查对比分析

从表2 的次位概念对比可看出，2021 年较2020年试题中所涉及的次位概念数量上增加了8%，分布上变化较大，两年重合的次位概念占比为46%，其中变化最小的是《现代生物科技专题》，重合度为75%，其次是《分子与细胞》的重合度为60%，再次是《遗传与变异》的重合度为55%，《稳态与环境》的重合度为25%，《生物技术实践》的重合度为0。有关基因工程、生物大分子（核酸、蛋白质）、光合作用、细胞增殖、遗传规律、基因突变、神经调节等次位概念的考查趋于稳定。2021 年增加了对生物膜、内环境的稳态、特异性免疫、植物激素调节、种群、发酵工程等次位概念的考查。

表2 2020、2021年次位概念分布对比

续表2

（二）情境背景下的基础性考查，考查考生对基本概念的理解

基础性考查的试题围绕对生物学基础知识及相互联系的理解进行设计，要求考生用生物学概念、原理、规律、方法等陈述性知识和程序性知识对相关的生物学问题做出解释或进行推理、判断；理解所学实验的原理和方法，能对现象和结果进行合理的解释，并能运用这些实验所涉及的原理和方法解决相关问题。2021 年的试题中的第1、2、3、4、6 就属于基础性考查。例如第1 题以新冠肺炎预防这一社会热点作为考查点，以如何做好防疫措施这一真实的问题情境，考查在生活和生物实验过程中如何达到灭菌的目的。既考查了学生对于消毒和灭菌的基础必备知识，又是对防疫知识的科普宣传。第4 题以富营养化水体中藻类爆发的原因作为试题的情境，综合考查组成细胞的元素和化合物以及物质循环等生态学知识，引导学生关注水体污染的成因，思考如何解决水体富营养化这一重要生态问题。第6 题以孟德尔的名言“任何实验的价值和效用，取决于所使用材料对于实验目的的适合性”为问题情境，利用洋葱这个常用生物学实验材料，考查学生对实验材料的选择，该问题情境不仅能够考查出学生是否真正做过实验，还使学生对于科学态度和科学精神有了更深的领悟。

（三）情境背景下的综合性考查，考查考生对必备知识与关键能力的综合理解

综合性考查要求考生在给定条件下，综合运用生物学基本知识和基本方法，解决与生命科学相关的问题；能够关注分子、细胞、器官、系统与机体之间的关系，个体与群体的关系，动物、植物、微生物等不同类群生物之间的关系，机体与外界环境的关系，尤其是人与其他生物及人与自然之间的关系，并能据此对生命现象进行解释或探究。综合性考查的要求相对较高，既要有学科内容的综合性，也要有问题情境的复杂性。2021年的试题中的第5、7、13、14、15就属于综合性考查。第5题以铅中毒作为真实的问题情境，不但综合考查了细胞的结构、细胞器之间的分工合作、细胞呼吸、兴奋在神经元之间的传递等必备知识，而且还向考生普及了有关铅中毒成因的相关知识。第7题以某二倍体昆虫精巢中一个异常精原细胞的部分染色体组成示意图为问题情境，引导学生运用批判性思维进行分析。第13题围绕降水量对草原小型啮齿动物种群密度的影响进行研究，利用柱状图展示了野外实验结果，旨在引导学生分析实验、明确实验原理和目的，通过对田鼠、草和肠道微生物的种间关系分析，推理出三类生物之间的能量流动方向，形成完整的、系统的生态与平衡观、物质与能量观，实现人与自然的可持续发展。第14题以口服降糖药的研发为情境，不仅是对实验结果进行的简单分析，更是基于生物学实施和证据考查学生运用批判性思维，探讨、阐释生命现象及规律，并运用生物学知识解决问题的能力。第15题以蓝细菌光合作用原理和利用转基因技术将蓝细菌Rubisco的相关基因转入烟草细胞的假设为问题情境，综合考查信息获取能力、演绎推理能力。这是对现行高考生物科理解能力及获取信息能力的延续和提升，也是对学科素养发展进一步考查的铺垫。

（四）情境背景下的应用性与创新性考查，考查考生的迁移能力与综合素养

应用性强调生物学与生产生活的紧密联系，引导考生自觉地从生物学视角思考生活中的问题，综合运用所学知识解决生活、生产实践及科学探究等情境中的问题。创新性要求创设新颖的问题情境，设置新颖的试题呈现方式或设问方式，使考生能在新颖的情境中积极思考，完成探究性或开放性的任务；能结合所学的生物学知识，对生物学现象做出新解释；在已有知识的基础上，能够依据新证据得出新的结论或提出新的观点；能够综合运用批判性思维和创新思维等方法，创造性地提出解决生活生产实践及科学探究中实际问题的新思路、新方法。2021年的试题中的第9、10、11、12、16、17 就属于应用性与创新性考查。第9、10 题以五种新冠疫苗研究的技术路线为真实的问题情境，让考生通过阅读分析情境材料全面了解五种疫苗发挥作用的原理，综合考查了有关特异性免疫的相关知识。这两道题的试题情境与当前的疫情防控紧密联系，具有非常强的应用性和创新性。第11、12 题以如何提高转基因抗虫棉的抗虫持久性为切入点，分别从基因策略、田间策略和国家宏观调控政策三个方面，介绍了实际生产中的具体措施，考查学生分析和解决生产实践中具体问题的能力，引导学生从国家层面这一更宏观的视角更好地理解基因工程，而不是只局限于具体概念的考查。本题的创新性较强。第16 题以前沿研究成果即改造能产生乳酸的工程菌株的技术路线为情境，提供关键技术条件，让学生在真实的科研情境中为获得新型菌株进行工程学设计。利用各种技术手段改造生物代谢途径，进行工程学设计产生对人类有益的生物是学生应该具备的生物学学科素养之一。这样的试题综合考查了学生的创新思维能力。第17 题要求考生必须根据题目信息和已有必备知识进行合理的推理才能找到正确答，从实践角度对考生进行应用性考查，体现了考生迁移课堂所学内容、理论联系实际的能力。

二、情境背景下的核心素养考查的诊断性评价

（一）不同水平组考生的划分标准①将全市考生分为G4、G3、G2、G1四个组，G4至G1组分别表示不同水平组，考生水平依次降低；G5代表全体考生。以下相同。

图3 不同水平组考生的划分标准

（二）情境背景下的诊断性评价结果

1.全市整体表现

图4 全市考生不同水平组不同情境类型试题的得分率对比

对全体考生在三种情境类型试题的得分率对比可见：生活、学习和实践情境得分率最高，科学实验和探究情境与生命科学史情境得分率基本持平。科学实验和探究情境类型试题的得分率在不同水平组的得分率差异较大，说明这一类型的试题的难度和区分度都比较大。

2.知识范畴作答表现

图5 不同知识范畴不同情境类型得分率比较

通过对不同知识范畴不同情境类型试题得分率比较可以看出：生活、学习和实践情境类试题主要分布在必修1、必修2 和必修3，其中必修1 的得分率较高。科学实验和探究情境类试题主要分布在必修2、必修3 和选修3，其中必修2 的得分率最低。由此可以看出全体考生必修1的学习效果较好，必修2的试题难度较大，学生的学习效果不理想。

3.核心素养作答表现

图6 不同能力属别不同情境类型得分率比较

通过对核心素养的四个能力属别与不同情境类型得分率比较可以看出，生活、学习和实践情境类考查生命观念的试题得分率最高，有关社会责任的试题得分率最低。科学实验和探究情境类考查科学思维的试题得分率最低。由此可见，科学实验和探究情境的试题应成为高考复习阶段的重点。

4.不同区域的表现

图7 2021年不同区域考生作答总体情况（平均分）

图8 20、21年不同区域考生作答情况对比（平均分）

通过对不同区域考生作答总体情况（平均分）的分析可以看出，市内六区的平均分最高，环城四区最低。新五区和环城四区的平均分低于全市平均分。通过对2020、2021 年不同区域考生作答情况对比（平均分）可以看出，2021 年全市的平均分低于2020年，但是市内六区和滨海新区2021 年的平均分却高于2020 年的平均分。说明市内六区和滨海新区2021 年考生答题情况明显优于2020 年，环城四区和新五区2021年考生的答题情况明显低于2020年。

5.不同类型学校的表现

通过不同类型的学校的表现来看，无论是考生整体作答情况还是不同知识范畴的作答情况、核心素养作答情况以及每一道试题的作答情况统计，基本上都是正相关，基本符合不同类型学校的考生能力水平。

三、教学建议

（一）以事实建构概念，创设生活、学习和实践情境，应用学生已有概念

等级考前7 个试题都是在比较简单的情境中考查核心概念。第1 题题干给了一个明确的灭菌概念，四个选项无论是免洗凝胶洗手，还是做泡菜开水烫容器，都是学生熟悉的生活情境、实验要求或是防疫要求，主要考一个基本概念的应用。第2 题考神经调节的基础知识，而且是把书上的图搬过来，第一句话给了一个情境与功能相结合，考查所学的知识。第3 题以癌症的相关研究热点为情境，考查细胞癌变、DNA 复制、细胞分化等生物学核心概念。第4 题通过富营养化情境考查元素，考查细胞的物质与结构基础和生态系统的物质循环等主干知识。第5 题设置铅污染情境，考查考生对细胞结构、细胞呼吸、兴奋传递、分泌蛋白合成和加工等知识的理解与迁移。第6 题设置实验材料的情境，体现实验的重要地位。第7 题用了一个假设的情境考查有丝分裂和减数分裂的基础知识点。

学生日常学习生活或社会实践中常见的生物现象或问题，都可以作为生活、学习和实践情境，这些都是学生熟悉的真实的情境。如人类健康与疾病，将健康、疾病等问题与生物学相关内容相结合，癌症、流感、疫苗等都是试题常见情境，提出相应问题，可以促进学生观察自然、热爱生活、热爱生命，并引发有意义的思考，要求考生深入理解教材中重要的生物学概念及规律，掌握知识之间的内在联系，在理解或解释生物学概念的基础上形成生命观念。只有深入理解核心概念，学生才能够在面对新情境时，准确把握情境中展现的生物学问题，迅速实现知识迁移，从而游刃有余地解决问题。

（二）构建知识与技能的综合网络，以科学实验与探究情境丰富概念体系

试题设置科学实验与探究情境，通过将较为完整的研究历程呈现给学生，在获取信息、实验设计、方案实施以及对结果的分析与讨论方面均进行了考査。第13 题通过柱状图的方式呈现研究结果，要求学生对其进行分析，并根据己有研究结果提出进一步的研究思路；第14 题以表格的形式给出部分研究结果，要求根据实验目的和结果的描述选出合适的实验数据；第16 题以产乳酸转基因酿酒酵母工程菌株的具体获取过程为背景，考查引物设计、重组质粒构建、工程菌株筛选及发酵条件优化等诸多环节；第17题要求学生在理解乙烯对黄瓜花性别分化影响的基础上，应用所学知识进行实验设计。

科学实验和探究情境来自真实的生物学研究，涵盖研究背景、方法、材料、步骤、想象、结论分析等方面，以这些内容设置情境，有助于学生以实验者的角色，在真实的情境中观察现象、分析问题、推理分析、得出结论，激发学生的科学探究热情，培养严谨客观的科学态度和勇于探索的科学精神。在教学中，教师要充分利用教材中的生物科学探究资源，让学生理解实验原理、参与研究过程、掌握研究方法、分析和总结实验结果，并能积极踊跃地提出问题，自主设计合理的实验思路，通过动手实验对自己的假设进行研究和验证，构建知识与技能的综合网络，提高探究实践活动的可行性，提升探究实践情境的育人价值。

（三）在新情境中获取信息构建模型，提升概念应用与问题解决能力

试题利用与生产、生活密切相关的情境，引导学生关注生物学知识在解决现实问题方面的作用。如第15 题给出蓝细菌浓缩CO2的示意图，帮助学生直观理解蓝细菌的二氧化碳浓缩机制，然后引导学生理解将该机制转入烟草以提高其光合效率的创新实验设计及意义；第17 题的背景资料中介绍了关键基因调控乙烯合成对黄瓜花雌雄蕊发育的影响，然后巧妙设置问题，层层递进，引导学生分析通过基因和化学试剂联合作用，调控乙烯含量实现控制不同黄瓜花蕊发育以达到育种目的。

这些试题提供的信息丰富，不仅有解题必需信息，而且有知识拓展和延伸，在考查学生关键能力的同时，也将生物学领域的最新研究进展展现给学生，有助于学生开阔学科视野、加深概念理解、养成创新意识。新情境能培养考生主动学习意识和快速学习能力，通过科学阅读，正确理解并内化，既反映了考生的学习积累，也体现出其学习潜能，在此过程中，学生的科学思维能力得到充分的发展，从“学会”到“会学”，逐渐发展终身学习和创新实践的关键能力。

（四）用好新教材与新教师用书，以学生熟悉的情境为支架发展学生创新能力

我国自主知识产权培育的抗虫棉，是考生比较熟悉的情境，第11-12题以我国转基因抗虫棉提高抗虫持久性的相关策略为素材，考查了种群、遗传定律、基因突变、生物多样性、生物进化等核心概念，并考查了考生获取信息、分析整合与知识的迁移应用等能力。试题材料来源于选择性必修3《教师教学用书》第180-181页“答案与提示”中“（三）到社会中去”内容。选择性必修3第4章第2节基因工程的基本操作程序“从社会中来”栏目介绍了我国培育的抗虫棉，结尾“到社会中去”又提到了科研人员推测棉铃虫存在对Bt抗虫蛋白产生抗性的可能，请你查阅资料了解以下问题：1.在实际种植过程中，棉铃虫是否对转Bt基因抗虫棉产生了严重的抗性？证据是什么？2.科研工作者在没有发现棉铃虫出现抗性之前，就应该想办法应对。他们想出的延缓棉铃虫对Bt抗虫蛋白产生抗性的措施有哪些？这些措施的原理是什么？有效吗？学生在这些热点议题讨论中，树立爱国情怀和民族自豪感，同时有利于培养考生的生态观念，在潜移默化中培养学生的生命观念、社会责任等核心素养。

新教材依据课程标准创设并编入了丰富的情境教学内容，教师只要合理地将教材中编排的情境内容应用于教学，就可以提高课堂教学效果，有助于落实高考评价体系的指导精神和新课程标准的理念，促进学生掌握必备知识，培养学生的关键能力，发展学生的学科素养。

如新教材章首和每节引言的问题探讨中均创设生活、社会和学习情境，可激发学生对生物学知识的求知欲望。生物科学史展示了生物学知识发展的脉络轨迹，含有丰富的生物学知识、生物学研究思路方法，及独特的科学价值和社会文化价值；新教材在探究实践、生物科学史话和生物科技进展等栏目都设置了科学史情境，给学生再现了科学家进行科学探索的历程，学生从中学到的不仅仅是科学成果，更要学习科学家的思维方式和探索精神，敢于质疑大胆猜想和假设，科学地论证。

（五）挖掘创新情境中的育人要素，在提重视实验，加强图文信息转换能力

试题利用与生产、生活密切相关的情境，引导学生关注生物学知识在解决现实问题方面的作用，强化社会责任感。如2020 年以来的新冠疫情对学生的学习和生活产生较大影响，生物试题中也有机融入了新冠疫情素材，第1 题结合用免洗酒精凝胶擦手、开水烫洗容器等生活中常用的消毒方法，提示学生运用生物学知识解决实际生活中遇到的问题；第9-10题从科普视角加深学生对不同类型疫苗制备及免疫特点的认知，强化学生对当前全民接种新冠疫苗的社会意义的理解。第14 题中糖尿病治疗药物的药效、第11-12 题中转基因抗虫棉抗虫持久性的问题皆为与生产和生活密切相关的议题；第13 题讨论了降水量对半干旱草原区草地群落结构和功能的影响，引导学生关注全球气候变化及其对生态系统稳定性的影响这一热点话题。这些试题不仅考查了学生对基础知识掌握的程度，而且考查了学生运用生物学知识初步解决生产生活中实际问题的能力，更为重要的是有助于增强学生的社会责任感和使命担当意识，体现了高考立德树人的核心功能。

在挖掘创新情境中的育人要素基础上，还要加强图文信息转换能力培养，因为新情境中往往会有不同的信息呈现方式，如第2 题突触示意图、第6 题洋葱实物图、第7 题细胞分裂示意图、第8 题调查表和基因上碱基位点表示方式图、第13 题柱状比例图、第14 题以表格呈现数据结果、第15 题蓝细菌浓缩CO2机制图、第16题发酵途径示意图和流程图、第17 题基因作用机制图和实验流程设计图等等，这就需要学生有效提取并加工图表中潜在的文字信息，并将之转换为易于理解的内容，进行归纳概括后得出最终结论。因此，图文转换对学生思维能力有着较高要求。

教学过程中教师要有目的、有计划地利用图表所蕴藏的信息，引导学生思考与讨论，在问题解决的过程中让每一位学生都积极主动地参与到其中；利用生物学图表所具有的直观形象、简洁明了、强逻辑性的特点，向学生全方面地展示一些重要的概念、原理、规律与现象及其相互间的关系，让学生在已有的知识基础上分析图表蕴含的生物学知识概念，这不仅能够促进学生对生物学基本知识的理解与巩固，还有助于学生把握知识点间的逻辑关系。学生通过应用图表或绘制相应图表将生物学思想转换成言语的形式表达自己的观点，并相互交流对图表的理解，在交流过程中不断吸收和完善，从而实现学生对生物学观点的理解和知识网络的构建。