基于高考评价体系的原创题命制——以2023年广东省大湾区二模第19题为例

羊垂功 叶凯欣 余景耀

(1.广东省开平市开侨中学 2.广东省江门市棠下中学 3.广东省江门市教育研究院)

高考评价体系在评价模式上,实现了基于“考查内容”的一维评价模式向“考查内容、考查要求、考查载体”三位一体评价模式的转变。如何创设反映考生素质的问题情境,从而形成三位一体命题模式是广大教师需研究的课题。本文以2023年广东省大湾区二模第19题为例,从考查载体、考查内容和考查要求三方面分析生物学原创试题的命制。

1.试题呈现

(12分)绝大多数哺乳动物的离子通道蛋白TRPV1能被高温(≥40℃)激活,然后迅速发生热失活。图1 a为小鼠TRPV1(mV1)在热激活和热失活时的结构变化示意图。

(1)当感受器的TRPV1被热激活后,离子通道打开,阳离子内流从而产生__________信号。该类信号(由TRPV1等多种热传感器产生)传递至__________,使生物体产生热痛的感觉,并通过一系列的调节过程来适应环境温度的变化。持续高温条件下,mV1发生热失活,据图分析热失活的实质是_______________。

图1

(2)我国科研团队发现,原始哺乳动物鸭嘴兽的TRPV1(pV1)能被热激活,但不会发生热失活(图1 b)。研究人员利用最新技术将mV1的N端或C端嫁接给pV1,并检测不同TRPV1结构的功能,实验方案及结果见表1。据表推测,很可能在进化过程中小鼠TRPV1的________端发生结构变化导致热失活。热失活机制最终保留下来,并存在于大多数哺乳动物中,这是________作用的结果。

表1

(3)为探究TRPV1热失活的生物学意义,科研人员以pV1替代了mV1得到转基因小鼠(pV1小鼠),以mV1小鼠作对照,加热地面金属板(≥40℃)刺激鼠爪,实验结果如下:①长时间热板刺激在pV1鼠爪引起明显的烫伤,经检测发现,鼠爪组织中炎症因子增加。但长时间热板刺激对mV1小鼠无显著影响。②敲除pV1小鼠中的pV1基因并重复实验,鼠爪烫伤的症状得到缓解,炎症因子无显著增加。根据实验结果分析,热失活可能通过__________来减少高温刺激造成的伤害,____________________的哺乳动物更能适应炎热环境。随着温室效应加剧,全球变暖,鸭嘴兽的环境容纳量最有可能会________。

参考答案：(12分,除特殊说明外,每空1分)(1)电 大脑皮层(写“大脑”不给分) TRPV1 N端和C端关闭使TRPV1构象改变,进而使阳离子不能内流(2分) (2)N端和C(2分,必须答全才得分,只答其中一点0分) 自然选择 (3)减少炎症因子数量而避免组织烫伤(2分,只要答到“减少炎症因子”即可得2分) 存在热失活机制(2分,TRPV1能发生热失活亦可,只要答到“热失活”即可得2分) 下降(或减少)

2.试题考查载体和内容分析

试题考查载体以专业科技论文为背景创设学习探索情境,保证了情境的科学性和真实性。其中试题(1)前两空要求学生基于情境调动单一知识点(电信号的产生与阳离子内流相关、大脑皮层是人或高等动物产生感觉的高级神经中枢),揭示小鼠产生热激活的机制及产生热痛感觉的结构基础。这两空考查学生运用必备知识解决实际问题的能力,展现学生物质观、结构与功能观的水平(阳离子内流是TRPV1热激活的物质基础、TRPV1的 N端和C端开启是TRPV1热激活的结构基础、大脑皮层是TRPV1热激活后小鼠产生热痛感觉的结构基础)。试题(1)第3空则要求学生在理解兴奋传导机制的基础上进行知识迁移(由“静息电位→动作电位→静息电位”迁移至”热激活→热失活”),并通过图1 b中相关信息分析TRPV1热失活的实质(TRPV1的N端和C端关闭→TRPV1构象改变→TRPV1关闭→阳离不能内流→TRPV1热失活)。这一题空的设置体现的是学生运用“知识获取能力群” “实践操作能力群”解决实际问题的能力,并展现学生适应观、科学思维的水平,即高温环境→TRPV1的N端和C端关闭→TRPV1构象改变→TRPV1关闭→阳离不能内流→TRPV1热失活→小鼠适应高温环境。

现已明确小鼠TRPV1热失活由TRPV1的N端和C端关闭决定,那么小鼠等哺乳动物能保留热失活的外因是什么;同为哺乳动物,为什么高温环境小鼠TRPV1的N端和C端能关闭,鸭嘴兽TRPV1的N端和C端不能关闭,是不是两者TRPV1 的N端和C端结构存在差异。为耦合情境之间内隐的逻辑关系,试题(2)第1空要求学生根据实验结果,由果溯因做出正确分析和推理。体现的是学生运用“知识获取能力群” “实践操作能力群”解决实际问题的能力,展现学生结构与功能观、进化与适应观、科学思维、科学探究的水平。mV1的N端或C端单独嫁接给pV1时,pV1不能发生热失活;mV1的N端和C端同时嫁接给pV1时pV1能发生热失活(果)→推测进化过程中小鼠等哺乳动物TRPV1的N端和C端在鸭嘴兽TRPV1的N端和C端结构的基础上发生变化使热激活变成热失活(因)→进而使小鼠等哺乳动物适应高温环境。小鼠等哺乳动物TRPV1的N端和C端结构发生变化而关闭是TRPV1能发生热失活的结构基础。

试题(2)第2空则要求根据mV1热失活的结构基础及题干信息(大多数哺乳动物能保留热失活机制)运用进化与适应观推导小鼠等哺乳动物能保留热失活的外因,即小鼠等哺乳动物能保留热失活机制的原因。这一题空的设置体现的是学生运用必备知识、思维认知能力群解决实际问题的能力、展现的是进化与适应观的水平。试题(2)两题空之间内隐的逻辑序:TRPV1的N端和C端开启→热激活→基因突变→TRPV1的N端和C端结构发生变化→TRPV1的N端和C端关闭→热失活→适应高温环境→自然选择→小鼠等哺乳动物保留热失活→适应高温环境。

为适应高温环境,除了TRPV1的N端和C端发生结构变化以外,小鼠组织还发生什么变化,它们之间有什么关系。为深化情境之间内隐的逻辑关系,试题(3)前两空要求学生根据实验结果,运用适应观做出正确分析和推理。实验结果①说明热板刺激会使pV1小鼠鼠爪组织炎症因子增加而使鼠爪烫伤;实验结果②显性说明pV1基因与炎症因子增加、组织烫伤有关,隐性说明mV1小鼠不存在pV1基因。存在pV1基因则TRPV1的N端和C端不能关闭、不能发生热失活;不存在pV1基因则TRPV1的N端和C端能关闭、能发生热失活。进而说明mV1小鼠的热失活现象能通过减少炎症因子数量、避免组织烫伤,来减少高温刺激造成的伤害,从而适应炎热环境(因)、存在热失活机制的哺乳动物更适应高温环境(论)。同时也隐性说明小鼠在进化过程中发生基因突变致使pV1基因由有→无;TRPV1的N端和C端不能关闭→TRPV1的N端和C端能关闭;不存在热失活→存在热失活;不适应高温环境→适应高温环境。即试题(3)是对试题(2)第2空内隐逻辑的深化与升华。体现的是学生运用“知识获取能力群” “实践操作能力群” “思维认知能力群”解决实际问题的能力,展现学生物质观、结构与功能观、进化与适应观、科学思维、科学探究的水平(图2)。

图2 mV1小鼠适应高温环境的原因

既然存在热失活机制的哺乳动物能适应高温环境,那么不存在热失活机制的哺乳动物会不会因为温室效应加剧,全球气候变暖而减少种群数量呢?为升华情境之间内隐的逻辑关系,保证命题的完整性和整体性、引领学生关注全球气候变化对生物生存环境的影响。试题(3)最后一空要求学生理解试题(3)前两空的基础上,调动单一知识点(K值)进行逆向推导。体现的是学生运用必备知识、思维认知能力群解决实际问题的能力、展现的是学生责任与担当。其内隐的逆向逻辑序:鸭嘴兽存在pV1基因→TRPV1的N端和C端不能关闭→不存在热失活机制→不能通过减少炎症因子数量、避免组织烫伤,来减少高温刺激造成的伤害→不适应高温环境→温室效应加剧,全球气候变暖→环境容纳量降低→种群数量减少。

3.试题考查要求分析

试题(1)前两空以兴奋产生的机制和神经调节的结构基础创设问题情境,考查的是生物学基本原理、概念的掌握和应用;试题(2)第2空、试题(3)第3空则分别要求学生在理解热失活机制、意义和环境容纳量的基础上,推测小鼠等哺乳动物能保留热失活机制的外因、鸭嘴兽环境容纳量的变化,考查的是生物学基本技能、思想方法的掌握和应用,体现了试题的基础性。

试题以TRPV1热激活的过程→TRPV1热失活的实质→TRPV1热失活的结构基础→TRPV1热失活的生物学意义为载体创设问题情境,实现了选择性必修1、必修2、选择性必修2不同层面内容之间的融会贯通、凸显了“知识获取能力群” “实践操作能力群” “思维认知能力群”等复合能力群的考查;通过图文、图表等形式体现了对学生学科素养的综合考查,体现了试题的综合性。

试题(1)第3空、试题(2)第2空要求学生在新情境下分别分析TRPV1热失活的实质,揭示小鼠等哺乳动物能保留热失活机制的外因,考查了迁移课堂所学内容、理论联系实际的能力。试题(2)第1空、试题(3)第1空则以探究结果为情境,要求学生在揭示实验结果之间内隐逻辑关系的基础上进行知识、能力和素养的迁移、应用。其中试题(3)是试题(2)和试题(1)的深化与升华,要求学生打破常规进行独立思考、作出推理判断,考查了学以致用的能力,体现了试题的应用性。

试题以小鼠TRPV1热失活机制为载体创设新颖陌生的问题情境,要求基于TRPV1热激活的过程→TRPV1热失活的实质→TRPV1热失活的结构基础→TRPV1热失活的生物学意义,主动思考并完成相关探究性任务。从中发现新问题(都是哺乳动物为什么高温环境小鼠TRPV1的N端和C端能关闭,鸭嘴兽TRPV1的N端和C端不能关闭,是不是两者TRPV1的N端和C端结构存在差异等)找到新规律(小鼠在进化过程中发生基因突变致使pV1基因由有→无,TRPV1的N端和C端不能关闭→TRPV1的N端和C端能关闭,不存在热失活→存在热失活,不适应高温环境→适应高温环境),得出新结论(小鼠等哺乳动物存在热失活机制使其更适应高温环境),体现了试题的创新性。

4.试题评价分析

为检测原创试题质量,对广东省大湾区及广东省其他地级市高三约10万名学生进行了测试,结果见表2。

表2 试题分析结果

从反馈数据来看,试题难度适中,区分度较好,符合高考评价体系“考查内容、考查要求、考查载体”三位一体的评价要求,较好地指向关键能力、学科素养等考查的不同水平。学生作答存在的主要问题如下。

未注意空格前、后信息提示而导致错答:例如试题(1)未注意空格后“信号”信息提示而错答成“兴奋”等、未注意空格后“热痛感觉”信息提示而错答成“下丘脑”等;试题(2)未注意空格前“热失活机制最终保留下来,并存在于大多数哺乳动物中”信息提示而错答成“基因选择性表达”等。

由于必备知识记忆、理解不清而导致错答的现象也较普遍:例如试题(1)第2个空错答成“大脑”、试题(2)第2个空错答成“协同进化、环境选择”等。

获取信息、理解、分析推理等关键能力较欠缺,例如试题(1)第3个空因未能理解、运用题干提供的分析前提(TRPV1被热激活后,离子通道打开)而导致句不达意,错答成“持续高温使得TRPV1变性从而失活” “阳离子进入离子通道蛋白TRPV1过多”等。

由果溯因等关键能力较弱,例如试题(2)第1个空不能由“果”(mV1的N端或C端单独嫁接给pV1时pV1不能发生热失活、mV1的N端和C端同时嫁接给pV1时pV1能发生热失活)溯“因”(小鼠TRPV1的N端和C端发生结构变化)而错答成“N端或C端”;试题(3)前两空未能构建实验结果之间内隐的逻辑关系而导致第1个空错答成“减少阳离子内流阻止其传递至大脑皮层”;第2个空错答成“具有mV1基因、无pV1基因”等。