基于素养立意的高中生物学原创试题命制策略与实践

2022-11-30山东孙巧玲

教学考试(高考生物) 2022年6期

山东孙巧玲

《普通高中生物学课程标准》(2017年版2020年修订)和《中国高考评价体系》作为高考内容改革和命题工作的根本依据和测评体系，对引领高考“落实立德树人的根本任务、促进素质教育的发展”发挥了重要作用，是高考命题的纲领性文件和根本依据。《普通高中生物学课程标准》(2017年版2020年修订)中明确提出：“命题应以课程标准中的内容要求、学业质量标准为依据，指向生物学学科核心素养的发展水平”；同时《高考评价体系》的“一核”“四层”“四翼”对高考的核心功能、考查内容、考查要求进行了界定。山东省自2020年实施新高考自主命题以来，高中生物学试题的结构和特点发生了较大的变化，试题的阅读量和开放性增大，试题更加关注考查学生在新情境下运用学科知识解决实际问题的能力，这对一线的教学提出了极大的考验和挑战，提升命题能力成为提升教师业务素质的当务之急。以下结合命题培训和命题实践介绍原创试题的命制程序和策略。

1.构建命题模型，规范命题程序

命制指向生物学学科核心素养考查的原创试题，首先要构建命题模型，明确命题方向，从较高的站位对命题过程进行全局规划，以命题模型(图1)来引领和规范命题程序，保证命题质量。命题模型主要包括测试目标、试题情境、试题设问和评价量规等要素。

图1 指向生物学学科核心素养考查的试题命制模型

2.按照命题程序，开展命题实践

命题时可以按照以下流程进行：依据(学业)质量(水平)标准，确立测试目标→围绕测试目标，创设命题情境→综合相关因素，精准设计问题→实施评价前测，检验完善试题。

2.1依据质量标准，确立测试目标

《普通高中生物学课程标准》(2017年版2020年修订)中的学业质量水平标准是阶段性评价、学业考试命题的重要依据。学业质量标准规定普通高中学业水平合格性考试试题的难度不超过学业质量二级水平，等级性考试试题的难度不超过学业质量四级水平。学业质量水平不同层次的差异主要体现在不同复杂程度的情境中运用各种重要概念和方法解决问题的程度不同，从而服务于不同的测试需求和测试目标。一般来说高一年级以一、二级水平考查为主要测试目标；高二年级以二、三级水平考查为主要测试目标；高三年级以三、四级水平考查为主要测试目标。不同的测试目标对应生物学学科核心素养中生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四个维度的不同水平。另外，《中国高考评价体系》创造性地将素质教育目标与考查内容相对接，对科学化与规范化命题具有很好的指导意义，是确保教、学、考有机统一的重要途径。

2.2围绕测试目标，创设命题情境

情境是试题命制的主要载体。《普通高中生物学课程标准》(2017年版2020年修订)在命题建议中明确提出：“试题情境应围绕现实问题(包括热点问题)展开，尽量做到新颖、真实、科学、恰当，有一定的信息量和适当的复杂度，能够成为学生运用学科知识分析和解决实际问题的载体”；同时《中国高考评价体系》也规定了高考的考查载体——情境，要求以此承载考查内容，实现考查要求。试题中设置的真实情境，可以让学生充分表达思维状况和逻辑推理水平，体现出学生的关键能力和必备品格，综合考查学生的学科核心素养。试题情境的创设同样要依据学业质量水平和高考评价体系的要求，遵循真实、科学、理蕴、连贯、新颖等原则，围绕不同的考查主题和要求，采用适宜的形式呈现(图2)。具体操作时首先要依据测试目标查找与教材知识相关的文献资料，在筛选、精读文献资料的基础上进行高度提炼和概括，形成信息充足、语言精练、表述规范的情境素材。

图2 指向生物学学科核心素养考查的试题情境创设策略

2.3综合相关因素，精准设计问题

试题设问是试题命制的核心环节。设问时既要从学生现有的知识水平出发，重点考查学生的科学思维和逻辑推理能力,同时要兼顾《中国高考评价体系》提出的“四翼”，即基础性、综合性、应用性、创新性的考查要求，凝练“四层”考查内容，还原知识应用的实际过程，实现对学生价值取向、素养水平的全面考查。试题设问同样要依据学业质量水平和高考评价体系的要求，遵循清晰、严谨、逻辑、开放等原则，采用多种考查形式，体现简约充分、思维外显和凸显实践的考查特点(图3)。具体操作时要依据情境素材，确立考查内容和要点，形成符合高中学生认知的问题设问。

图3 指向生物学学科核心素养考查的试题设问策略

2.4实施评价前测，检验完善试题

试题质量对教学和备考发挥着重要的导向作用。为了保证试题质量，首先要依据评价量规对试题进行评价和打磨。由于试题情境和设问是组成试题的核心部分，直接决定试题的质量，所以针对试题情境创设质量和试题设问质量设计了评价量规，参照量规对试题进行质量评价，并根据评价结果对试题进行调整、完善。评价量规同样是在学业质量水平和高考评价体系的指导下依据测试目标设计而成，一般由评价维度、评价要素和评价等级等部分组成，预期的评价结果应以A等级为主，若出现较多的B、C等级则要对试题进行重新修改和完善。表1、2分别呈现了试题情境创设质量评价量规和试题设问质量评价量规。

表1 试题情境创设质量评价量规

表2 试题设问质量评价量规

另外，试题成稿后要选取不同层次的班级进行前测，并利用阅卷评分系统详细收集数据进行分析，从试题的难度系数、区分度等方面与预期的测试目标进行对照，若普遍过难或普遍过易则需要对部分试题进行调换，从而保证难易适中，梯度合理，以达成预期的测试目标，有效指导教学和备考。

3.原创试题示例

【例1】2021年11月18日，美国布莱根妇女医院的研究人员在《自然》上发表了研究论文。该研究发现，癌细胞可以通过伸出纳米级触角(一种纳米管结构)从附近的免疫细胞中窃取线粒体来促进自身增殖，削弱免疫细胞的功能。下列说法错误的是

( )

A.纳米级触角的形成说明细胞膜具有一定的流动性

B.免疫细胞功能被削弱的原因是其线粒体被窃取后无法生成ATP

C.癌细胞通过窃取免疫细胞的线粒体以满足其增殖过程中对能量的大量需求

D.通过纳米管介导技术劫持癌细胞的线粒体为治疗癌症提供了新思路

【答案】B

【分析】该题以2021年11月18日发表在《Nature Nanotechnology》上的研究论文“Intercellular nanotubes mediate mitochondrial trafficking between cancer and immune cells”为情境素材，阐明了“癌细胞抑制免疫系统新机制——利用与T细胞之间形成的纳米管盗取T细胞的线粒体”的研究成果，命题时将该研究成果内容与高中学生所学习的“细胞膜的结构与功能”“细胞呼吸”“细胞癌变”等相关知识对接，命制的四个选项从四个不同的角度综合考查学生的学科核心素养：A选项基于题干信息中“纳米级触角的形成”考查细胞膜的结构特点，渗透了对生命观念中结构与功能观的考查；B选项根据题干信息“免疫细胞功能被削弱”考查细胞呼吸的过程，渗透了对生命观念中物质与能量观的考查；C选项基于题干信息“癌细胞窃取免疫细胞的线粒体”对其原因进行分析，考查科学思维；D选项通过题干信息“通过纳米管介导技术劫持癌细胞的线粒体”引导学生树立为探索治疗癌症新思路不懈努力的社会责任感。

【例2】2019年末，一场突如其来的新冠肺炎疫情打乱了人们正常的生活节奏。2020年1月6日，中国疾控中心分离出第一株新冠病毒；1月7日完成对该病毒的全部基因组测序；1月24日首个针对新冠病毒的核酸检测试剂盒通过审核，为新冠肺炎的诊断提供了有力的保障。新冠病毒是一种单股正链RNA病毒，外面包裹着衣壳蛋白和囊膜，囊膜上存在刺突蛋白，能特异性识别细胞膜上的ACE2受体从而感染细胞。新冠病毒进入细胞后，首先以正链RNA为模板翻译出RNA聚合酶，然后在该酶的作用下合成负链RNA，再以负链RNA为模板合成大量的正链RNA或结构蛋白mRNA。

(1)核酸检测多数采用实时荧光RT-PCR法。由于新冠病毒的遗传物质为RNA，在进行PCR之前，应该将样本中的病毒RNA提取出来，在________酶的作用下合成互补的DNA单链(该过程称为RT)。PCR过程需要加入引物，原因是________。2020年1月24日，中国疾控中心公布了针对新冠病毒核酸不同序列设计的引物，其中针对衣壳蛋白基因的一段引物Ⅰ为GGGGAACTTCTCCTGCTAGAAT，能否依据此序列设计出另一段引物Ⅱ的序列？________，理由是________。与传统PCR相比，荧光RT-PCR过程中加入了荧光探针，可通过荧光信号对PCR进程实时检测，PCR产物越多，荧光越强。如果待测样本中没有检测出荧光，初步断定样本中________(填“含有”或“不含有”)新冠病毒。

(2)由于核酸检测比较费时费力，现已开发出多款针对新冠病毒的抗原或抗体检测试剂盒，可在更短时间内得出检测结果。假如你是一名科研人员，现提供新冠病毒刺突蛋白基因、能产生专一针对新冠病毒抗体的B细胞及其他相关的生物学材料，请运用现代生物技术，设计一款能够快速大规模生产、针对新冠病毒抗原或抗体检测的试剂盒，简要写出生产试剂盒的设计思路(只写出针对抗原或抗体检测的一种方案即可)。

(3)在对新冠病毒检测的过程中，偶尔会出现核酸检测阳性而抗体检测阴性的现象，假如这两种试剂盒的质量及检测方法都没有问题，试从免疫角度分析造成这种现象可能的原因：________。

(4)2020年2月15日，“法维拉韦”正式获得国家药监局批准上市，成为我国第一个针对新冠肺炎具有潜在疗效的药物，该药物能够专一抑制新冠病毒RNA聚合酶，由于人体细胞内也存在RNA聚合酶，有人担心该药物的安全性，请分析他的担心有无道理？

，

理由是

。

【答案】(1)逆(反)转录 DNA聚合酶不能从头开始合成DNA，只能从3′端延伸DNA链不能两段引物的碱基序列没有相关性不含有 (2)方案一(检测新冠病毒抗原)：将产生专一针对新冠病毒抗体的B细胞与骨髓瘤细胞整合，获得大量的单克隆抗体，并做成检测试剂盒用来检测新冠病毒。[方案二(检测新冠病毒抗体)：将新冠病毒的刺突蛋白基因整合到载体上，利用基因工程获得大量的刺突蛋白，并做成检测试剂盒用来检测(血浆中)针对新冠病毒的抗体。] (3)新冠病毒虽感染机体，但机体没来得及产生相应的抗体(或产生的抗体数量太少)

(4)没有道理因为新冠病毒的RNA聚合酶催化以RNA为模板的生理过程，而人体细胞内的RNA聚合酶催化以DNA为模板的生理过程，二者不是同一种酶，因此“法维拉韦”不会抑制人体细胞内RNA聚合酶的活性

【分析】2020年初爆发的新冠疫情，严重威胁了人类的生命健康，对人们的生活带来严重影响。为了使学生产生共鸣，彰显育人价值，该题有机融入了新冠疫情素材，从新冠病毒的遗传物质和新冠病毒的检测原理以及检测试剂盒的生产等方面入手，既体现了时代主题，让学生体会到生物知识在保护人类健康方面的应用价值，增强了学生的使命担当意识；同时试题还要求学生“运用现代生物技术，设计一款能够快速大规模生产、针对新冠病毒抗原或抗体检测的试剂盒”，具有一定的开放性，可以培养学生多角度思考问题的创新意识，体现了真实性、应用性和创新性。

【例3】在2015年召开的第二届联合国环境大会上，微塑料作为一种新型环境污染物，被列入环境与生态科学研究领域的第二大科学问题，成为与全球气候变化、臭氧耗竭等并列的重大全球环境问题。微塑料是指环境中粒径小于5 mm的塑料类污染物，其主要成分是树脂。微塑料通过危害生物的健康对海洋、陆地生态系统甚至整个生物圈带来不良影响。

(1)最近研究表明，土壤中每年输入的微塑料量远超过向全球海洋中的输入量，土壤中微塑料污染严重影响了土壤生态系统中生物的生存。土壤生态系统是土壤、生物与周围环境相互作用，以________流和________流相贯通而形成的生态系统。土壤生态系统中的生物种类繁多，生产者除了植物根系外，还有________(列举出一种即可)。秀丽隐杆线虫是生活在土壤中的一种以细菌为食的生物，其在生态系统中的成分是________。

(2)Bandmann等在2012年通过对烟草细胞的培养研究表明，纳米级塑料微珠可进入烟草细胞。Lwanga等在2017年首次报道了微塑料在庭院土壤-蚯蚓和土壤-鸡的传递中，微塑料从土壤到蚯蚓粪和鸡粪的富集系数分别可达12.7和105。这些都说明土壤中的微塑料可能存在直接进入________(填“植物”“动物”或“动植物”)体内并通过________聚集的风险。由于微塑料可能含有害的添加剂，且从化学组成及性质来看，其________(填“亲水性”或“疏水性”)强，单位质量所具有的总面积(相对表面积)较________(填“大”或“小”)，易于富集微生物、重金属和有机污染物，会对人和生物体造成伤害。

(3)2020年广东海洋大学康恺等为研究食源性微塑料是否会对哺乳动物(小白鼠)消化系统造成功能障碍，设计了如下实验：将若干健康小白鼠均分成两组，一组饲喂正常鼠粮(对照组)，一组饲喂________(实验组)，对两组小白鼠投喂时要注意定时定量。分别在第1、9、18、27天检测记录小鼠质量变化如图4、5所示，并对第27天小鼠镜检肠道病理变化，发现实验组均出现小肠绒毛破损、杯状细胞(分泌黏蛋白保护肠道)减少或萎缩。该实验表明实验组小白鼠质量在饲喂期间的变化是________，这种变化的原因是________。

图4

图5

(4)微塑料的来源主要分为两类，第一类是初生微塑料，即生产之时的粒径就小于5 mm的塑料微珠，常被用在有清洁作用的洗漱用品中；第二类是次级微塑料，是指大块塑料经过物理、化学和生物作用最终形成的微小颗粒。微塑料污染带来的后果越来越严重，且人类对环境中的微塑料也没有有效的治理方案。试从污染源控制的角度提出一条缓解微塑料污染的建议：________。

【答案】(1)物质能量蓝细菌(或藻类或化能合成细菌如硝化细菌) 消费者 (2)动植物食物链疏水性大 (3)添加食源性微塑料的鼠粮前期(9天前)质量有所增加，中后期(9天后)质量下降食物中的微塑料会对肠道造成伤害，影响营养物质的吸收，进而导致小白鼠质量下降 (4)不使用或少使用含塑料微珠的洗漱用品(或使用性质类似的环保材料代替或不使用或少使用一次性塑料袋或减少农用地膜的使用或尽可能生产使用可重复利用的塑料地膜或重视塑料制品的回收与处理)

【分析】本题的情境素材来源于论文《重视土壤中微塑料污染研究防范生态与食物链风险》《微塑料对小鼠生长和小肠结构的影响》《滨海潮滩地区微塑料污染类型与丰度：以山东半岛为例》《微塑料污染：来源、污染现状及其生物环境影响》的整合改编，主要围绕现在受关注度较高的微塑料污染呈现，既具有很强的时代性，同时与学生的基础知识紧密结合。试题设问(1)主要突出对生命观念中的物质与能量观的考查；设问(2)主要突出对科学思维中归纳与概括能力的考查；设问(3)主要突出对科学探究中实验设计和结果分析能力的考查；设问(4)让学生“从污染源控制的角度提出一条缓解微塑料污染的建议”，突出对社会责任中解决生产生活问题担当能力的考查，引起学生对生态环境保护的关注，同时试题答案具有适度的开放性，培养了学生的创新意识，全面评价了学生的学科核心素养水平。

【例4】转基因技术可以改善作物品质、提高作物产量，减少农药使用量，在解决粮食需求和保障农业可持续发展等方面发挥了重要作用。但是转基因技术存在种子公司转基因技术的专利保护问题，还存在外源基因通过花粉和种子等途径在种群之间漂移扩散、带来生态安全隐患以及人们对转基因食品安全性担忧的问题。科学家采用叶绿体转基因、“终结者”种子、“外源基因清除”技术试图解决上述问题。

(1)转基因技术能按照人们的愿望，赋予生物新的________，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，转基因技术是在________分子水平上进行的设计和施工，其核心步骤是________。

(2)叶绿体转基因技术是将外源基因整合到叶绿体基因组中，以实现改良叶绿体功能、创造新品种的目的。叶绿体转基因技术不能阻止外源基因通过________(填“花粉”或“种子”)传播，原因是________。

(3)“终结者”种子技术是通过植入“终结者基因”，阻滞种子胚胎后期发育，最后得到成熟但不育的种子。“终结者”种子技术在一定程度上解决了转基因技术存在的________问题，但危害到了农民自行留种的权利，也不能消除人们对转基因食品安全性的担忧。

(4)“外源基因清除”技术将“外源基因清除”调控组件与基因表达载体的必备组件重组后构建出新的基因表达载体并转入受体细胞中表达，待外源基因完成相应的功能后，“外源基因清除”调控组件将全部外源基因从花粉、种子和果实等特定器官中彻底清除。“外源基因清除”调控组件由“特定器官特异启动子、重组酶(FLP)基因和融合识别位点(LF)”构成，LF是利用噬菌体的Cre/LoxP系统和酵母的FLP/FRT系统创造出的融合识别位点。FLP基因在适当的时间和空间表达后，重组酶FLP可识别融合识别位点LF并在L与F之间完成切割，从而将两个融合识别位点之间的序列在特定时期从特定植物器官的细胞基因组中全部清除。其技术原理如图6所示：