基于科研文献的原创试题命制

阮春秋 张 勇

(1.广东实验中学深圳学校 广东深圳 518116)

(2.惠州仲恺中学 广东惠州 516000)

教育部《关于做好2022年普通高校招生工作的通知》中提到,依据高校人才选拔要求和国家课程标准,优化试题呈现方式,加强对关键能力和学科素养的考查,引导减少死记硬背和“机械刷题”现象。基于科研文献的原创命题能够做到试题情境真实、新颖、陌生,有效地体现了能力立意和素养立意的考试目的,能够有效避免学生通过“机械刷题”提高测试成绩。下面基于科研文献,剖析一道光合作用原创试题的命制过程。

1 原创试题呈现

【例题】(12 分)三角褐指藻是一种海洋中的硅藻,科研人员用高光照强度200 μmol/(m2·s)和低光照强度50 μmol/(m2·s)驯化培养三角褐指藻一段时间后得到两种藻种,测定两种藻的叶绿素a、c 含量、以及核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶(Rubisco)活性,并测定不同的光照强度对两种三角褐指藻净光合速率的影响,实验结果如图1、图2、图3所示。请回答:

图1

图2

图3

(1)提取三角褐指藻中的叶绿素时一般需要加入________,以防止色素被破坏。与高光强驯化相比,在低光强下三角褐指藻叶绿素含量明显______,说明其适应低光环境的生理机制为_______________。

(2)Rubisco 是固定CO2的酶,CO2浓度的升高使得通过________方式进入藻细胞内部CO2含量增加。据实验结果可知,高光强对Rubisco 活性有________(“促进”或“抑制”)作用,这是由于一方面,光强能够增加Rubisco 的表达量;另一方面,光强地增强有利于___________________________________________。

(3)据本实验的结果分析,若需证明低光强的驯化不利于提高三角褐指藻光合速率,需要增设对照组,具体为____________________________________。

参考答案:

(1)碳酸钙(1 分)增加(1 分)增加色素的含量,充分吸收、传递、转化光能,为暗反应提供更充足的NADPH 和ATP,进而提高光合速率(3 分)

(2)自由扩散(1 分)促进(2 分)光反应产生较多的ATP 和NADPH,用于活化Rubisco 活性(2 分)

(3)应设置正常光照条件下生长的藻作为对照组(2 分)

2 试题命制过程

本题的命题原则坚持素养立意,凸显育人导向。结合生物学课程标准对命题的建议和笔者理解,构建基于科研文献的原创试题命制过程如图4所示。

图4 基于科研文献的原创试题的命制过程

2.1 明确测试类别和意图,确定难度

本次命题类别为高考模拟题,难度不超过学业质量四级水平的要求;在强化基础的前提下,凸显学生的学科特长,体现甄别与选拔的功能。本试题模仿的是2021年广东省普通高中学业水平选择性考试生物学第19 题,图3 个,文字阅读量370 字,参考答案92字,均和其高度相似。

在高考中难度以适中为宜(试题以0.30～0.70、全卷以0.50～0.60 为佳)。2021年广东省普通高中学业水平选择性考试生物学第19 题共6 小问的难度系数依次为:0.7、0.1、0.3、0.3、0.5、0.4,整道题平均难度系数为0.38。本题的命题定位是高考模拟题,难度系数应参照19 题的难度同时考虑试题的区分度,因此整道题的难度系数以0.5 为宜。

2.2 制定多维细目表

在基于高考评价体系的视角下,结合课程标准对原创题的要求,以及SOLO分类理论的背景下,制定命题的多维细目表,包括:题号、必备知识、关键能力、核心素养、“四翼”要求、思维结构、分值等方面进行命题设计,见表1。

表1 原创题多维细目表表

说明:SOLO分类理论指一个人回答某个问题时所表现出来的思维结构是可以检测的,按个体反应时所表现出的复杂性和层次变化特点,从低到高依次为:前结构、单点结构、多点结构、关联结构、抽象扩展结构。

2.3 选取真实情境素材,合理设定问题任务

2.3.1 文献剖析,创设试题真实情境

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。本试题的文献来自北大核心、CSCD 期刊《水生生物学报》 中的一篇文章——《光强对两种硅藻光合作用、碳酸酐酶和Rubisco 活性的影响》。通过阅读可知实验目的、实验材料、检测指标、实验结果、实验结论等关键信息。由于真实的科研文献对学生来说,是比较的陌生和晦涩的,为了让学生更好地理解,现对原始的科研文献做处理如下。

①删减实验材料种类:实验材料只选取三角褐指藻,去掉威氏海链藻,目的是减少学生的认知负担。

②聚焦关键检测指标:原始文献中有生长、光合特性、碳酸酐酶和核酮糖-1,5-二磷酸羧化/氧化酶活性(Rubisco)的变化,本次命题是紧扣光合作用的相关知识点,因此只需要选取关键的检测指标即可:不同光照强度对三角褐指藻叶绿素a 和c 的含量的影响;核酮糖-1,5-磷酸二磷酸羧化酶/氧化酶(Rubisco)活性,并测定不同的光照强度对两种三角褐指藻净光合速率的影响。

2.3.2 合理设定问题任务

设问要与问题情境紧密关联,问题要求明确,有清晰的层次和严谨的逻辑,指向核心素养的具体要求。结合命题多维细目表,该题的问题设定分析见表2。

表2 基于多维细目表的试题问题设定分析

第(1)问,第一空考查学生对基础知识的掌握情况,体现了“四翼”要求的基础性,第二空考查学生基于题目情境下的科学思维的核心素养,第三空考查学生对生命观念中的结构与功能观在具体情境中的理解,并且需要通过文字的方式显性化出来,二三空体现了“四翼”要求的综合性。根据SOLO分类理论分析,第(1)问大致是单点和多点结构。第(2)问“四翼”要求、核心素养、思维结构等与第(1)问类似。第(3)问是一个开放性的问题,体现“四翼”要求的应用性和创新性,根据SOLO分类理论分析,其为抽象扩展结构。

2.4 审核修改定题,确定评分标准

2.4.1 审核修改定题

原始题干如下:(部分节选)硅藻作为海洋浮游植物的重要类群,贡献了近20%的全球初级生产力。硅藻通过光合作用将溶解性无机碳转移到深海的过程是全球海洋生物泵的重要组成部分,对全球碳循环具有重要意义。三角褐指藻是一种海洋中的硅藻,科研人员用光照强度200 μmol/(m2·s)、50 μmol/(m2·s)驯化培养三角褐指藻一段时间后得到两种藻种。对原有题干进行修改和确定评分标准过程如下:

(1)删除无关信息,精简题干

原始题干中的“硅藻作为海洋浮游植物的重要类群,贡献了近20%的全球初级生产力。硅藻通过光合作用将溶解性无机碳转移到深海的过程是全球海洋生物泵的重要组成部分,对全球碳循环具有重要意义。”属于无关信息,对创设题目的情境并关联学生解题关系不大,在修定稿中,给予删除处理。

(2)便于答题指向更加清晰,修改实验条件名称

原始题干中“科研人员用光照强度200 μmol/(m2·s)、50 μmol/(m2·s)驯化培养……”,考虑到第(3)问答题的指向性,在修定稿中,改为“科研人员用高光照强度200 μmol/(m2·s)和低光照强度50 μmol/(m2·s)驯化培养”。

2.4.2 确定评分标准,强化给分点

本题各小问评分说明及评分细则见下表。

3 试题反馈

3.1 难度和区分度

本题是某市高三一次模拟考中的一道非选择题,参加测试的人数约为22 276 人。试题满分12 分,通过改卷数据分析,平均分为5.8 分,平均难度为0.47,平均区分度为0.51,各小问的平均分、难度、区分度见表4。

表4 学生答题情况

3.2 存在问题

学生答题过程中,比较有代表性的问题有以下几个方面:①第(1)问最后一空,很多学生答题的逻辑是不清晰或者不完整,显示学生光合作用原理逻辑推理混乱;②第(2)问第二空,有相当一部分学生脱离图表,主观臆断,造成答题的错误;③第(3)问零分人数较多,说明学生对实验设计类题目掌握不好。这就提示教师在平时的教学过程中要在具体情境中发展学生的科学思维、科学探究等生物学核心素养,同时加强对实验设计类题目的训练。

3.3 试题评价

试题难度基本符合预期设定,区分度也较高,能够有效筛选不同层次的学生。情境的创设真实、新颖,问题设计体现了“四翼”的考查要求且指向生物学学科核心素养。试题有一定的信息量和难度,凸显了对学生科学思维、科学探究的考查和训练,加深了对生命观念中结构与功能相适应的考查,同时通过长句作答来发展学生语言表达能力。