基于SOLO分类理论和科技文献的原创生物学实验题命制——以科学思维学业质量评价角度为例

浙江 糜洛施

SOLO分类理论是彼格斯、科利斯在皮亚杰认知发展阶段论的基础上发展后的结果，含义为“可观察的学习成果结构”。科学思维是生物学学业质量标准的重要维度之一，但科学思维本身具有复杂性和内隐性，若没有针对“思维过程”的评价方案，则对科学思维的考查在具体试题编制过程中往往难以操作和落实。根据SOLO分类理论将科学思维水平进行分类，有利于提高原创试题命制的科学性。本文讨论的实验题是指浙江省选考最后一道大题，由于该题对学生科学思维的考查可能涉及实验设计、分析和评价等内容，为使结果更加准确，本文尝试构建生物学实验题科学思维水平划分标准，并选用合适的科技文献，探索原创生物学实验题的命制策略。

1.基于SOLO分类理论的实验题科学思维水平评价标准

1.1SOLO分类理论

SOLO分类理论是一种以等级描述为特征的质性评价方法，各水平的含义如表1所示。

表1 SOLO分类理论各层次的含义

1.2 实验题科学思维水平评价标准

依据《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》中的学科核心素养水平划分和学业质量水平描述，借鉴华中师范大学张丽萍、华南师范大学郑艺芳及内蒙古师范大学康春伟对科学思维水平与SOLO理论对应关系的划分，结合生物实验题对学生科学思维的考查所涉及的实验设计、分析和评价等内容，建立生物学实验题的科学思维水平划分标准(表2)。

表2 实验题科学思维水平考查层次划分标准

续表

2.选取文献为真实情境素材的操作思路

《中国高考评价体系》规定了高考的考查以情境为载体，命制的试题要选择合适的情境，以发挥核心价值的引领作用，让学生运用必备知识和关键能力解决问题，全面发展学生的学科核心素养水平。因此，情境化试题是考查学生学科核心素养的重要载体。本文探讨的是以科学研究(即期刊杂志发表的科技文献或硕博士论文)为情境的实验题命制。

以科技文献素材为情境的试题命制将能力考核作为核心目标，以科学研究成果为核心概念或重要概念的关联内容设计问题，基本操作思路如图1所示。

图1 基于科技文献素材命制“真实情境”生物学试题的思路

3.基于SOLO分类理论的原创实验试题例析

3.1 原创实验例题

据联合国粮农组织报道，全世界约8亿多公顷的土地受盐胁迫的影响。近年来水稻直播越来越受欢迎，而水稻种子的萌发更易受外界环境的影响，因此研究水稻种子萌发响应盐胁迫的机理具有重要的应用前景。据已有研究表明，NaCl可能通过降低活性赤霉素(GA)的含量，进而抑制种子萌发。某研究小组为验证上述结论，利用下列材料和试剂进行了实验。

实验材料和试剂：珍汕97水稻种子、一定浓度的NaCl溶液、赤霉素、RNA提取试剂盒、cDNA合成试剂盒、GA20ox和GA2ox基因的引物、PCR试剂盒、电泳缓冲液、琼脂糖、核酸染料、蒸馏水等。

(说明：cDNA是指在体外以RNA为模板，合成与RNA链互补的单链DNA。)

(1)实验思路：

①将消毒后的种子放在直径为9 cm的含有35 mL培养液的培养皿中培养，培养液分别为蒸馏水、________、________。将培养皿放置在28℃的人工气候培养箱中培养。

②96 h后统计发芽率。每组处理设置5个重复，每个重复有50粒水稻种子。种子的发芽标准可以是__________。

③取对照组和盐胁迫组发芽种子的胚，称取质量，放入-80℃冰箱保存后，测定并记录GA的含量。

(2)预测实验结果，补充完善柱状图：

图2 种子发芽率测定结果

图3赤霉素含量测定结果

(3)植物体内源活性GA的含量由GA生物合成和降解两个过程共同调控。其中，GA20ox是调控GA生物合成反应的关键酶基因，GA2ox则是催化活性GA失活的关键酶基因。请利用已有实验材料，设计实验验证NaCl诱导活性GA亏缺是通过增强活性GA的降解，而不是通过抑制活性GA的生物合成。简要写出实验设计思路并预期实验结果。

①实验设计思路：____________________。

②简要描述预期实验结果：_____________________________。

③分析：实际结果显示GA生物合成基因的表达水平上调是NaCl诱导活性GA亏缺后的________的结果。

3.2 试题评析

此题情境来自华中农业大学刘莉的博士毕业论文《盐胁迫下植物激素对水稻种子萌发及幼苗根系生长的调控机理研究》，综合性较强，指向选择性必修1模块的重要概念“植物生命活动受到多种因素的调节，其中最重要的是植物激素的调节”，通过科学思维水平设计考查不同层次的问题，用以考查学生结构与功能观、稳态与平衡观的生命观念。通过对情境资料的分析，考查学生基于生物学事实和证据进行归纳和概括的科学思维；还考查了学生基于植物激素的调节、目的基因的检测与鉴定等已有的生物学知识，尝试解释生物学问题，并将所学知识用于解决生产生活中生物学问题的社会责任意识。

3.3SOLO分类理论科学思维考查分析

基于SOLO分类理论的科学思维水平评价标准，本试题的内容与科学思维水平对应关系如表3所示。基于SOLO分类理论的科学思维水平评价标准制订本题的评分标准如表4所示。该评分标准更注重学生作答的合理性，也能更好地反映出学生的科学思维水平。

表3 试题结构分布

表4 试题评分标准

基于SOLO分类理论和科技文献的试题命制，将生物学概念和学科核心素养进行了有效整合，并能对其进行科学评价。为更好地提高纸笔评价的区分度，在编制试题时，需要着重考查多点结构和关联结构水平，设置部分设问考查抽象扩展结构水平。基于SOLO理论的评分标准，能更好地了解学生的素养水平，也能让试题测评结果更好地指导教学，从而提高课堂实效，进一步促进学生生物学学科核心素养的发展。