厚植核心素养测评的命题策略

吴志强

(安徽省芜湖市教育科学研究所)

《中国高考评价体系》提出的三大关键能力群,落实到生物学学科主要包含学习理解能力、应用实践能力和迁移创新能力这三个能力维度。生物学学科关键能力作为核心素养的重要组成部分,是生命观念、科学思维、科学探究和社会责任的集中体现。因此,命题工作的主要考量点应该聚焦在测评学生关键能力上。建立关键能力的测评框架和测评路径,发挥评价对教学的导向作用,可指导生物学学科核心素养的教学和评价,有利于核心素养的厚植。

一、基于学习理解能力的命题

学习理解能力一般包括识记、摘录、辨识、印证、说明、归纳、概括、推理、论证、联系、融会贯通等。在试题命制时,重点应放在理解生物学概念和规律。一般试题设置从生物学事实或概念出发,要求学生判断概念的性质或事物与事物之间的关系,鉴别概念(规律)的区别和联系。

例1.植物生长状况受光照、氮肥等竞争影响。某研究小组用白三叶(豆科固氮植物)和黑麦草(禾本科植物)进行4组实验,结果如下表。下列相关叙述错误的是

( )

组别种植比例生物量/g根茎干重比株高/cm白三叶黑麦草白三叶黑麦草白三叶黑麦草①白三叶∶黑麦草=1∶00.3—1.5—8—②白三叶∶黑麦草=1∶30.051.41.50.6738③白三叶∶黑麦草=3∶10.30.61.20.6636④白三叶∶黑麦草=0∶1—1.1—0.6—34

A.该实验目的是研究种植比例对白三叶与黑麦草生长的影响

B.在对氮的利用上,两种植物的竞争没有对其产生显著影响

C.在混种时,白三叶侧重地上竞争,黑麦草利用光照更具优势

D.为提高黑麦草产量,适合的种植比例比单种黑麦草效果更好

答案：C

例2.近交系数是指形成合子的两个配子来自同一共同亲本的概率。如图是动物育种中一个家系图,P1和P2是两个无血缘关系的亲本,基因型分别是a1a2和a3a4,那么B1和B2杂交的近交系数是________。

答案：1/4

例1和例2主要考查了考生的记忆和关联整合等学习理解能力。例1提供豆科固氮植物、禾本科植物进行的4组实验及数据,要求考生从4个方面做出相应判断。自变量为种植比例,因此实验目的为研究白三叶与黑麦草的种植比例对植物生长的影响,A正确;白三叶是豆科植物,能与固氮菌共生,其生长不受氮的影响,而黑麦草不能固氮,其生长受氮的影响,因而在对氮的利用上,竞争并未对两者产生显著影响,B正确;从根茎干重比可以看出,白三叶侧重地下竞争。从株高可以看出,黑麦草利用光照更具优势,C错误;从第②④组可以看出,白三叶∶黑麦草=1∶3组比白三叶∶黑麦草=0∶1组的黑麦草生物量更大。因此,为提高黑麦草产量,适合的种植比例比单种黑麦草效果更好,D正确。

例2以“近交系数”为概念情境,要求考生理解近交系数后,运用遗传基本规律来进行运算推理。可先计算B1和B2所生子代S是a1a1的概率:P1把 a1基因传给B1的概率是1/2,B1把a1基因传给S的概率也是1/2,同理P1把a1基因传给B2的概率是1/2,B2把a1基因传给S的概率也是1/2,子代S基因型为a1a1的概率为1/2×1/2×1/2×1/2=1/16。同理S基因型为a2a2、a3a3、a4a4的概率均为1/16。即B1和B2杂交的近交系数是1/4。

基于学习理解能力的命题,主要是考查学生依据已有客观事实或证据,指明事物是否具有某种属性或对不同事物之间是否具有某种关系的思维形态。这种命题既能够考查学生的素养水平,还能够引导学生从生物学视角观察和认识世界、开展生物学探究活动。基于学习理解能力的命题不能盲目引导学生对概念理论的死记硬背,而应重视对概念和相关生物学理论形成过程及其意义的理解。

二、基于应用实践能力的命题

生物原本就是一个复杂的、相互联系和相互依赖的统一整体。任何一个生物学现象的背后,都会有一个复杂的原因;任何一个生物学现象也都会引起另一些现象的产生。正因如此,生物学命题中应该重视依托解决实际问题来考查学生的实践能力。应用实践能力一般包括分析解释、推论预测和综合应用,试题要求学生在多步推理与论证中尝试解决现实中的复杂生物学问题。

例3.水稻是我国重要粮食作物,是一种短日照植物,在白天短于一定的时长才开花。2022年中国空间站实验舱“问天”成功进入太空,一个月后,水稻幼苗在空间站生长状态良好。这是国际上首次对水稻在空间站“从种子到种子”全生命周期的培养研究。下列叙述错误的是

( )

A.实验舱中种子的萌发阶段不需要补充二氧化碳,但需要补充水分

B.实验舱水稻幼苗长出后可连续光照,促进其生长发育和开花结实

C.微重力条件可能导致植物激素分布改变,影响植物生长发育进程

D.该实验可为改进空间植物培养技术要求的粮食作物生产提供指导

答案：B

例4.塞罕坝意为“美丽的高岭”,曾经草木丰美、禽兽繁集,后因开围放垦等人类活动影响而发生严重退化。几代塞罕坝人不懈奋斗,创造了从荒原到林海的绿色奇迹,用实际行动践行“绿水青山就是金山银山”的理念。以下相关问题,请予解答。

(1)塞罕坝人使群落演替按照不同于自然演替的________________进行,逐渐使这一区域生态系统的结构和功能恢复到受干扰前的状态。在荒原变林海的绿色奇迹过程中,输入塞罕坝生态系统的总能量的变化趋势为_______________。

(2)对塞罕坝地区某群落的生态位宽度和生态位重叠的研究,可揭示该群落种内或种间竞争。生态位是指__________________。

(3)塞罕坝处于纬度高、气温低、降水少的高原环境,为了提高人造林的成活率及稳定性,选人工林树种时需要考虑的因素有_________(答两点)。

答案：(1)速度和方向 先逐渐增加后稳定 (2)一个物种在群落中的地位或作用,包括所处的空间位置,占用资源的情况,以及与其他物种的关系等 (3)选择耐寒的树种、耐旱的树种、选择多种树种等

例3和例4都是在具体的真实情境中考查应用实践能力。例3以空间站从种子到种子全生命周期培养研究为情境,考查了科研实践中包含的基础生物学原理。种子开始萌发需要大量吸收水分,故需要补充水分,种子萌发过程中一直进行呼吸作用产生二氧化碳,不需要补充,A正确;水稻属于短日照植物,连续光照不利于其开花,B错误;空间站是微重力环境,植物激素的分布与地球不同,可能会影响植物的生长发育进程,如在空间条件下,植物有可能会有开花时间延迟、开花数目少、种子结实率低和种子质量下降等表现,C正确;该实验可为探索更多适应空间生命保障要求的粮食作物生产提供指导,D正确。

例4以“塞罕坝”真实情境为素材,考查演替、生态位和群落等概念,考查考生在真实生物学现象中,找寻科学的解决问题方法和解释问题的能力。在生产实践和生活活动中,认识生物学活动对应的是“知识和经验的输入”,如本题中塞罕坝生态系统的结构和功能恢复到受干扰前的状态就是“人类按照不同于自然演替的速度和方向进行”这一知识和经验的输入。生物学问题解决对应的是“知识和经验的输出”,如本题中人工林树种选择时需要考虑的因素。

为考查学生说明事物的含义、原因或理由的能力,在测评试题命制时,首先应寻找合适的素材,以保证情境符合学生的生活经验和认知水平;其次在题干设置中注意技巧,一般呈现出生物学实验、生命活动等现象或结果;最后设问要求考生从推理的角度分析、推理产生这种现象或结果的原因或某一问题的具体办法。对出现的问题能否进行正确回答体现了考生是否具备关键能力。

生物学的教学应重视探索规律、拓宽视野、实践应用等,学生在实践性学习过程中,通过熟练进行资料的收集与筛选、动手操作、交流与评价等途径,提升表达交流能力,树立团队协作观念,激发潜能,培养问题解决能力、创新精神与实践能力等,最终提高学科的综合素养。基于应用实践能力的命题与生物学教学的导向一致。

三、基于迁移创新能力的命题

生物学的学习中需要重视对迁移创新能力的培养,在试题命制中应该对这一能力有适度的呈现,以更好行使试题选拔人才的功能。迁移创新能力包括直觉联想、迁移与质疑和构建新模型。对迁移创新能力考查的试题一般分为单点知识结构、多点关联结构和抽象拓展结构等。

例5.某雌雄同株异花植物种群中偶然发现一株雌株突变品系。研究发现该突变品系是第5号染色体上的基因A突变为a所致,A对a为完全显性。将抗病基因B转入该雌株品系中,获得基因型均为aaB的甲、乙转基因抗病植株。但是甲、乙植株的株高分别表现正常和矮小。有研究人员猜测B基因插入的位置不同,影响了植株的株高表现。据此请回答:

(1)利用该种植物的野生型(AA)与正常株高的甲植株杂交,作为母本的是________。F1中抗病植株∶不抗病植株的数量比约为1∶1,F1中不抗病植株的性别表现为________。F1抗病植株自交,若甲植物中的B基因转入的位置在第5号染色体上,则F2中抗病性和性别的表型及比例是________;若甲植物中的B基因转入的位置不在第5号染色体上,则F2中抗病性和性别的表型及比例是________。

(2)研究发现,B基因如果插入到第3号染色体上,会抑制植株的生长,从而形成矮小植株。利用该种植物的野生型(AA)与矮小株高的乙植株杂交,F1中抗病矮株∶不抗病正常株高的数量比约为1∶1。F1抗病矮株自交,F2出现的性状及比例是抗病雌雄同株∶抗病雌株∶不抗病雌雄同株∶不抗病雌株=3∶1∶3∶1。抗病矮株所占比例低于预期值,说明A基因除导致植株矮小外,还对F1的繁殖造成的影响可能是含B基因的________(填“雄” “雌”或“雌或雄”)配子不育。

答案：(1)甲植株 雌雄同株 抗病雌雄同株∶抗病雌株∶不抗病雌雄同株=2∶1∶1 抗病雌雄同株∶抗病雌株∶不抗病雌雄同株∶不抗病雌株=9∶3∶3∶1 (2)雄

例5通过遗传规律考查考生的迁移能力。(1)甲品系的基因型为aaB,为雌株,只能做母本;F1中不抗病植株基因型为Aa,为雌雄同株;F1抗病植株(AaB)自交,若甲植物中的B基因转入的位置在第5号染色体上,则F2中出现的基因型(表型)及比例为AaB(抗病雌雄同株)∶AA(不抗病雌雄同株)∶aaBB(抗病雌株)=2∶1∶1。若甲植物中的B基因转入的位置不在第5号染色体上,则F2中出现的基因型(表型)及比例为A_B_(抗病雌雄同株)∶aaB_(抗病雌株)∶A_(不抗病雌雄同株)∶aa(不抗病雌株)=9∶3∶3∶1。(2)利用该种植物的野生型(AA)与矮小株高的乙植株杂交,F1中抗病矮株∶不抗病正常株高的数量比约为1∶1,说明含B基因的卵细胞发育正常;而F2中抗病矮株所占比例小于理论值,故推测最可能是F1产生的含基因B的雄配子不育导致后代中雄配子只产生了A和a两种,才导致F2中抗病矮株所占比例小于理论值。

例6.茉莉酸甲酯(MeJA)是一种新型植物生长调节物质。为研究干旱胁迫下MeJA及其代谢抑制剂(SHAM)处理对水稻的叶绿素含量、光合作用特性的影响,设计实验如下:

将长势相同的同种水稻进行4种处理:(1)对照(CK),(2)干旱处理(D),(3)干旱+MeJA处理(D+MeJA),(4)干旱+MeJA+0.5 mM的SHAM处理(D+MeJA+SHAM),每种处理设5个重复。处理2 d后,选择充分展开的、生长一致的水稻叶片为实验材料,测定叶片水势、叶绿素含量、气孔导度,结果如图所示。回答以下问题:

图1

图2

图3

(1)该实验中的对照组(CK)的实验处理是__________________。

(2)叶片水势是反映作物体内水分亏缺最灵敏的生理指标,水势越低,叶片水分亏缺越严重。图1可以看出,干旱胁迫后水稻叶片水势显著降低,而进行MeJA处理________(填“抑制” “促进”或“不影响”)叶片水势降低,SHAM在一定程度上________(填“抑制” “促进”或“不影响”)MeJA的作用。从实验可以分析出,干旱胁迫下外源MeJA处理________(填“减弱” “增强”或“不影响”)水稻幼苗的抗旱性。

(3)从实验结果可以推测出干旱胁迫影响了水稻的光合作用,请分析原因:_________(答出2点)。

答案：(1)在正常水分条件下培养水稻 (2)抑制 抑制 增强 (3)干旱胁迫导致水稻叶绿素含量降低,光反应速率下降,光合作用减弱;干旱胁迫导致气孔导度降低,二氧化碳供应减少,暗反应速率下降,光合作用减弱

图1可以看出干旱胁迫后水稻叶片水势显著降低,而MeJA处理组抑制了叶片水势降低,SHAM处理组又在一定程度上抑制了MeJA的作用。从图2、图3可以推测干旱胁迫下外源MeJA处理,抑制了叶绿素含量和气孔导度降低从而提高了水稻幼苗的抗旱性。从图2、图3可以推测出,干旱胁迫一方面使得水稻叶片的叶绿素含量降低,导致光反应速率下降,光合作用减弱;另一方面导致气孔导度降低,二氧化碳供应减少,暗反应速率下降,导致光合作用减弱。

基于迁移创新能力的命题,一般是利用实验设计、制订实验方案或操作评价等形式,考查考生运用所学知识,通过情景、探究活动或科学实施方法解决问题的能力。论证分为推演论证和归纳论证两种形式,学生要将已有的知识迁移到陌生情景中。这种试题命制应反映生物学学科本质,试题情境是提供事实与证据的载体,命题者依据情境提出相应的问题,针对性地考查学科关键能力的不同层次。命题要设计能展示学生思维过程的问题,让学生运用所学的生物学知识,解决所遇到的科学问题,并体现积极向上的价值,追求健康的审美情趣,反映中华优秀传统文化、我国科技发展的新成果等。

本文为“厚植核心素养的初高中生物学教学一体化研究”(编号JK22138)项目研究成果。

打破学段壁垒,实现课程一体化教学一直是初高中教师的研究重点。为更好的展示区域教研成果,本刊将以专栏形式分期介绍芜湖市教科所吴志强老师领衔的安徽省教育科学研究项目“厚植核心素养的初高中生物学教学一体化研究”系列成果,敬请期待。