创设问题情境 落实核心素养

杨豪

一、试题呈现

（2023年广东省高考生物学第18题）光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型（WT）的产量和黄绿叶突变体（ygl）的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和图（略）。（光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度;光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。）（题干略）

二、试题分析

本题依托研究过程中具体的数据创设实验情境，内容主要围绕光合作用、呼吸作用以及二者之间的关系展开。试题难度总体偏大，区分度高，设问有层级性，对学生的综合能力要求比较高，主要涉及信息提取能力、图文转换能力、提出科学问题的能力以及逻辑推理能力等。

1.立足简单问题情境，考查学生生物学必备知识。本题第一小问，是基于表格数据呈现水稻野生型（WT）和黄绿叶突变体（ygl）的基本特征，包括叶绿素含量、类胡萝卜素含量以及类胡萝卜素与叶绿素的比值等信息。考查学生掌握光合作用必备知识的情况，叶片中的色素种类以及色素主要吸收的可见光种类。

2.提供多类数据信息，考查学生科学思维素养。本题数据信息非常丰富，数据信息载体具有多样性，呈现数据信息的载体有表格、曲线图、柱形图以及文字叙述。其中，第一问ygl叶色黄绿的原因除了叶绿素含量较低，还有什么原因？原因可以从表格中找到相关数据信息：ygl中类胡萝卜素与叶绿素的比值为0.27，WT中类胡萝卜素与叶绿素的比值为0.15，ygl中该比值比WT中高，问题就迎刃而解了。第二问第一空是比较WT与ygl的光饱和点，从a图曲线可以看出500μmolm-2s-1到2000μmolm-2s-1的光照强度范围内，ygl的净光合速率较WT更高，与第二问题干相符，但是，这是一个干扰信息。光饱和点指光合速率不再随光照强度增加时的光照强度，题干中有明确信息，光照强度逐渐增加达到2000μmolm-2s-1时，两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，所以两者的光饱和点相等，均为2000μmolm-2s-1。第二问第二空是问ygl有较高的光补偿点，可能的原因除了叶绿素含量较低，还有什么原因？要解决这个问题，要利用好题干中有用的信息，光补偿点指光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。还要利用b图和c图中的柱形图，获取有效的数据信息，综合上述信息，会发现ygl叶绿素含量，在低光照强度下光合作用比较弱，呼吸作用又比较强，所以相对WT来说ygl需要更高的光照强度才能使光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量。

3.呈现科学实验情境，考查学生科学探究素养。本题先创设了一个农业生产情境：大田常规栽培时，水稻野生型（WT）的产量和黄绿叶突变体（ygl）的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高。但又巧妙地说明光合作用机理是作物高产的重要理论基础，顺利过渡到科学实验情境。整个题目均按照科学家在实验室做探究实验的流程进行呈现，有实验现象、实验数据、数据分析以及实验结论等。在第三问中让学生通过科学探究发现实验现象背后的机理。与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体对光能吸收、利用、转化的能力更强，是其高产的原因之一。第四问第一空考查学生对实验数据处理的能力以及用曲线呈现实验结果的能力。可以利用已有的数据信息：WT和ygl的光补偿点，WT和ygl的呼吸速率，可以绘制出0～50μmol m-2s-1范围的低光照强度下两者的净光合速率趋势曲线。第四问第二空考查学生在实验探究中提出科学问题的能力，对学生严谨的科学思维也有考查。分析图a和学生自己绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率，可以提出一个科学问题，如为什么高光照强度下WT的净光合速率小于ygl的净光合速率，而低光照强度条件下WT的净光合速率大于于ygl的净光合速率？

三、教学启示

1.倡导问题驱动式教学，厘清生物学核心概念。比如，人教版新教材高一生物学第五章第一节《降低化学反应活化能的酶》，教师可以设置问题串：（1）酶的作用机理是什么？（2）酶在哪里产生的？（3）酶的化学本质是什么？引导学生通过观察过氧化氢分解的实验得出酶可以降低反应所需的活化能。然后，引导学生阅读发现酶的科学史，综合巴斯德、毕希纳以及萨姆纳等科学家的研究结论，得出酶的化学本质是蛋白质。再结合科学家切赫和奥特曼的发现，补充酶的化学本质还可以是RNA。通过以上问题串的解决，学生可以很容易建构出酶的概念模型。在概念教学的过程中实现知识的持续建构和关键能力的不断发展，帮助学生掌握好生物学核心概念和必备知识，打好学科基础。

2.创设复杂问题情境，培养信息提取能力。教师应关注生物学研究前沿和社会热点，将这些实例作为材料引入生物学教学中，无论生活实践类情境还是学习探索类情境，都应该隐含复杂的生物学知识或者方法，推动相应情境活动进行时，需要学生阅读材料、独立思考和有效解读生物学信息。比如，在光合作用一节内容的讲授时可以引入以下材料：（1）海南大学教授万迎朗及其团队在海南东寨港国家级自然保护区红树林和文昌市云龙湾珊瑚礁中，发现白边侧足海天牛和绒毛海天牛2个新记录物种。海天牛通过取食藻类，将藻类叶绿体存放在自身的细胞中继续进行光合作用。（2）科学家用提取菠菜类囊体制成纳米级类囊体单元，用小鼠软骨细胞膜进行封装，注射到患有关节炎的小鼠膝关节，用来治疗小鼠关节炎疾病，发现经过光照后，细胞内代谢得到了改善，软骨退化减缓。

3.创新实验教学形式，注重科学探究过程。高中生物学重视实验教学，实验类型有验证性实验和探究性实验，以探究性实验为主。教师进行实验教学时可以拓展实验材料和试剂，如质壁分离与复原的实验可以提供洋葱鳞片叶外表皮、洋葱鳞片叶内表皮以及黑藻叶片等材料，实验试剂可以提供0.3g/mL蔗糖溶液、清水、甘油、1mol/L硝酸钾溶液等。实验教学情境的创设应具有真实性，让学生亲历观察现象、提出问题、作出假设、实验操作、数据收集和结论分析等过程，帮助学生对生物学知识进行深入理解，加强体验感并调动积极性，提高动手能力，培养学生的科学探究素养。同时，实验情境中任务要具有层级性，要求学生关联相应的生物学知识，综合各方面的关键能力，注重科学思维方法的培养，凸显生物学学科素养的融合，从而，实现对学生生物学核心素养综合、全面的提升。

责任编辑 徐国坚