創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境命制指向核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)的生物學(xué)原創(chuàng)題

摘要：依托實(shí)驗(yàn)情境命制指向核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)的生物學(xué)原創(chuàng)題，一般需經(jīng)過確定試題主題與情境、基于學(xué)科核心素養(yǎng)構(gòu)思設(shè)問兩大步驟。確定試題情境時(shí)要通過研讀教材挖掘情境線索，結(jié)合最新科研成果、生活熱點(diǎn)等確定情境素材，根據(jù)學(xué)情改編素材內(nèi)容；設(shè)問時(shí)要圍繞必備知識(shí)、關(guān)鍵能力及發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)，設(shè)置層層遞進(jìn)、有易有難、有區(qū)分度的問題。關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)情境；核心素養(yǎng)；原創(chuàng)題；高中生物學(xué)《中國高考評(píng)價(jià)體系》明確指出試題情境是考查學(xué)生能力和素養(yǎng)的載體，通過選取適宜的素材，再現(xiàn)生物學(xué)理論產(chǎn)生的場(chǎng)景或呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的問題情境，讓考生在真實(shí)的背景下發(fā)揮核心價(jià)值的引領(lǐng)作用，運(yùn)用必備知識(shí)和關(guān)鍵能力去解決與生物學(xué)有關(guān)的實(shí)際問題［1］。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。生物學(xué)課程以發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)為主要目標(biāo)，那么，生物學(xué)試題則應(yīng)以評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)水平為目標(biāo)。如何選取適合的情境？如何在創(chuàng)設(shè)的情境中挖掘考點(diǎn)有效地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)？這是筆者在命制原創(chuàng)題的過程中不斷思考的問題?，F(xiàn)以命制一道光合作用原創(chuàng)題為例，論述試題命制思路和流程。一、層層遞進(jìn)確定命題主題與情境（一）從教材中找尋命題主題人教版高中生物學(xué)教材必修1第5章第4節(jié)“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”的“問題探討”提到了植物工廠。植物工廠在人工精密控制條件下生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色和白色光源。其中的討論題第1小題提問：靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？而在教材第101頁“練習(xí)與應(yīng)用”拓展應(yīng)用的第2小題又提問：與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比，植物工廠生產(chǎn)蔬菜等食物有哪些優(yōu)勢(shì)？又面臨哪些困難？你對(duì)植物工廠的發(fā)展前景持什么觀點(diǎn)？教材這兩處內(nèi)容均涉及植物工廠生產(chǎn)蔬菜。光合作用是生物圈得以維持運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，而厘清光合作用的原理并加以運(yùn)用將為人類生活帶來福音，植物工廠就是一個(gè)合理運(yùn)用光合作用造福人類的生動(dòng)案例。教材第105頁的“探究·實(shí)踐”欄目要求學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)：探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。教材提供的參考案例是探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。筆者完成這部分內(nèi)容授課后，為激發(fā)學(xué)生的探究精神，進(jìn)一步提問學(xué)生：除了光照強(qiáng)度，你們還想到探究哪些其他的環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響？學(xué)生想到了ZwFOfWqOEVqNSy/K/cz65A==不同的CO2濃度、溫度、濕度等。其中有一名學(xué)生提到不同波長的光，比如紅光、藍(lán)光、白光對(duì)光合作用的影響。有學(xué)生進(jìn)一步補(bǔ)充：不同波光的光按不同比例進(jìn)行搭配后對(duì)光合作用強(qiáng)度有怎樣的影響？而這個(gè)問題也是教師和學(xué)生很少思考到的，在練習(xí)題中也較少出現(xiàn)。基于教材的這兩個(gè)素材及學(xué)生提出的問題，筆者決定以探究植物工廠中不同光質(zhì)配比對(duì)植物光合作用的影響命制一道原創(chuàng)題。（二）從科研文獻(xiàn)中找尋情境素材探究植物工廠中不同光質(zhì)配比對(duì)植物光合作用的影響的試題，應(yīng)以真實(shí)科研情境為背景。于是筆者在中國知網(wǎng)上進(jìn)行相關(guān)的搜索：在“主題”中輸入“植物工廠”“不同光質(zhì)配比”等關(guān)鍵詞后，搜索出34篇相關(guān)文獻(xiàn)，其中近5年的文獻(xiàn)有21篇，而10年前的文獻(xiàn)僅有3篇?？梢?，針對(duì)不同光質(zhì)配比對(duì)植物生長的影響的研究近幾年研究頻率有所提高，而近5年的文獻(xiàn)中，有7篇是期刊刊載的文章，其余14篇為碩士和博士論文。碩士和博士論文中的理論較為復(fù)雜，要簡化、改編成高中生能夠理解的一道題目工作量較大，所以筆者優(yōu)先選擇期刊刊載的文章。期刊刊載的文章中研究用到的植物種類有生菜、水芹、櫻桃蘿卜等，其中以生菜為研究對(duì)象的較多，且考慮到學(xué)生可能對(duì)生菜更為熟悉，所以筆者決定針對(duì)研究生菜的文章做進(jìn)一步篩選。最后，筆者選擇了發(fā)表時(shí)間最近的、符合命題主題的一篇論文——《植物工廠LED光質(zhì)調(diào)控對(duì)生菜幼苗生長的影響》作為原創(chuàng)題的素材。文章主要研究不同紅藍(lán)光配比的LED光質(zhì)對(duì)生菜幼苗生長的影響，以生菜的葉片數(shù)、株高、植株干重、地上部分干重和地下部分干重、壯苗指數(shù)、葉片葉綠素含量和氮含量等作為檢測(cè)指標(biāo)，結(jié)論是紅光與藍(lán)光之比為3∶2是適合植物工廠生菜育苗的光質(zhì)配比［2］。檢測(cè)的指標(biāo)中，植株的干重、葉綠素含量以及氮含量與高中生物學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容密切相關(guān)，與之相關(guān)的理論在高中教材中也能找到相匹配的知識(shí)點(diǎn)，而其他檢測(cè)指標(biāo)對(duì)生菜的生長固然重要，但是不容易挖掘與高中生物學(xué)相關(guān)的考點(diǎn)，所以可以進(jìn)行適當(dāng)刪減。研究結(jié)果以柱形圖的形式展示出來，讓讀者一目了然，圖片可以直接引用到題目中，不需要太多改動(dòng)?？梢姡@篇論文是一份優(yōu)質(zhì)的可用于改編成原創(chuàng)題的素材。二、基于學(xué)科核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)構(gòu)思設(shè)問生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等四個(gè)方面，基于學(xué)科核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)構(gòu)思設(shè)問時(shí)應(yīng)緊緊圍繞這四個(gè)方面進(jìn)行?！肮夂献饔门c能量轉(zhuǎn)化”這一課是發(fā)展學(xué)生結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)和能量觀的優(yōu)質(zhì)載體，例如，由于類囊體薄膜中有光反應(yīng)有關(guān)的色素和酶，葉綠體的光反應(yīng)可以在葉綠體的類囊體薄膜中進(jìn)行；葉綠體基質(zhì)中有暗反應(yīng)有關(guān)的酶及其他相關(guān)物質(zhì)，因而暗反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行。這些都體現(xiàn)了葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)。此外，光合作用光反應(yīng)中的光能被光合色素吸收后，可以用于水的光解產(chǎn)生氧和NADPH（還原型輔酶Ⅱ），以及在酶的作用下轉(zhuǎn)化成ATP中的化學(xué)能，因此光合作用的光反應(yīng)需要光，這些知識(shí)體現(xiàn)了能力代謝維持生命活動(dòng)的原理。試題情境是研究LED光質(zhì)對(duì)植物生長的影響，因此，第1問可結(jié)合光合作用必備知識(shí)設(shè)問，主要測(cè)評(píng)生命觀念方面的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）指出，學(xué)生應(yīng)能夠在給出的多個(gè)方案中選取恰當(dāng)?shù)姆桨覆?shí)施；選用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄈ鐚?shí)記錄和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；基于給定的條件，設(shè)計(jì)并實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)方案或工程學(xué)實(shí)踐方案。在《課程標(biāo)準(zhǔn)》的指導(dǎo)下，結(jié)合情境素材中探究LED光質(zhì)對(duì)生菜幼苗生長影響的實(shí)驗(yàn)，第2問與第3問可以著重測(cè)評(píng)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)探究兩個(gè)方面的素養(yǎng)，如考查實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的設(shè)計(jì)、減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析等。社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)是指基于生物學(xué)認(rèn)識(shí)，參與個(gè)人與社會(huì)事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔(dān)當(dāng)和能力。通過生物學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能關(guān)注生物學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用；能通過科學(xué)實(shí)踐，嘗試解決現(xiàn)實(shí)生活中的生物學(xué)問題。為測(cè)評(píng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)的發(fā)展水平，第4問可設(shè)計(jì)為探討如何用實(shí)驗(yàn)結(jié)論優(yōu)化生產(chǎn)。三、試題呈現(xiàn)與分析（一）試題呈現(xiàn)為探究植物工廠中不同紅藍(lán)光配比的光質(zhì)對(duì)生菜育苗的影響，研究人員將一批同種、活性相同的若干生菜種子平均分為6組，其中1組為對(duì)照組（CK組），另外5組為實(shí)驗(yàn)組，實(shí)驗(yàn)組的處理如表1所示，實(shí)驗(yàn)過程其他條件相同且適宜。一段時(shí)間后，研究人員對(duì)生菜的生長結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下頁圖1、圖2所示?；卮鹣铝邢嚓P(guān)問題。1.生菜的葉肉細(xì)胞吸收光能可用于進(jìn)行光反應(yīng)，光反應(yīng)的場(chǎng)所位于葉綠體的，光合色素吸收的光能主要有兩方面的用途，一是將水分解成氧和H+，H+與NADP+結(jié)合形成NADPH；二是________________________。2.本實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照組應(yīng)選用___________光（填“藍(lán)”“紅”或“白”）。實(shí)驗(yàn)過程中研究人員進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并且每次實(shí)驗(yàn)中每個(gè)組均重復(fù)播種3盤種子的原因是________________________。3.圖1中，B、C兩組的干重均明顯高于其他組，意味著B組和C組處理下，生菜植株的光合速率較高（填“總”或“凈”）。圖1中的C組干重略高于B組，據(jù)圖2的兩個(gè)指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果，分析其原因可能是__________________________。4.基于本實(shí)驗(yàn)，植物工廠中生菜育苗的優(yōu)選光質(zhì)配比應(yīng)為_____________。（二）試題分析不同光質(zhì)配比與生菜光反應(yīng)直接相關(guān)，第1問既考查了學(xué)生的必備知識(shí)——光反應(yīng)的場(chǎng)所及色素吸收光能后的用途，又考查了學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀和物質(zhì)與能量觀，難度較小。生物學(xué)科學(xué)探究素養(yǎng)包括能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及結(jié)果的交流與討論［4］。試題第2問第1空就考查了實(shí)驗(yàn)中對(duì)照組的設(shè)計(jì)，學(xué)生要具備以下知識(shí)才能準(zhǔn)確作答：自然狀態(tài)下，白光是復(fù)合光，所以在本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)以白光作為對(duì)照。其次，第2題的第2空考查了實(shí)驗(yàn)探究要遵循平行重復(fù)的原則，這樣才能避免偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，減小實(shí)驗(yàn)誤差，提高實(shí)驗(yàn)的可信度。另外，第3問要求學(xué)生分析圖1和圖2中柱形圖呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考查了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力，并在第4問中設(shè)問應(yīng)選擇何種光質(zhì)配比進(jìn)行生菜育苗，考查了學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的能力。測(cè)評(píng)科學(xué)思維更多是針對(duì)因果關(guān)系進(jìn)行。按照測(cè)評(píng)因果關(guān)系的側(cè)重面和因果關(guān)系的邏輯深度，可將因果關(guān)系分為由因推果、由果溯因等方式，這些方式體現(xiàn)了邏輯思維的深度，從而可以將測(cè)評(píng)因果關(guān)系分為判斷、解釋、預(yù)測(cè)、評(píng)估、設(shè)計(jì)，共五個(gè)層次［3］。試題第3問的第1空要求學(xué)生根據(jù)B、C兩組干重較高的現(xiàn)象，判斷出B、C兩組的凈光合速率還是總光合速率高于其他組，測(cè)評(píng)了科學(xué)思維中的“判斷”層次，既涉及性質(zhì)的判斷，又涉及關(guān)系的判斷。學(xué)生必須通過干重較高體現(xiàn)了植物有機(jī)物質(zhì)的積累量較高，判斷出光合作用合成有機(jī)物的速率和呼吸作用消耗有機(jī)物的速率差值較大，進(jìn)而判斷出是凈光合速率較高。本空既考查了必備知識(shí)——干重與凈光合速率、總光合速率、呼吸速率三者之間的關(guān)系，又測(cè)評(píng)了學(xué)生的科學(xué)思維中“判斷”層次。試題第3問第2空要求學(xué)生據(jù)圖2分析出圖1中C組干重大于B組干重的原因。本空考查了學(xué)生是否掌握以下必備知識(shí)：葉綠素與光合速率及光合作用產(chǎn)物之間的關(guān)系，氮元素與蛋白質(zhì)、葉綠素等物質(zhì)的關(guān)系；考查了學(xué)生是否會(huì)依據(jù)概念和邏輯對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和說明，所以該空體現(xiàn)了更深層次的科學(xué)思維測(cè)評(píng)——“解釋”層次。試題以探究性實(shí)驗(yàn)為背景，最終的目的是將實(shí)驗(yàn)結(jié)果服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)踐，第4問就體現(xiàn)了知識(shí)用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的理念，體現(xiàn)了生物學(xué)科發(fā)展與勞動(dòng)實(shí)踐、生產(chǎn)實(shí)踐的密切關(guān)系，有利于學(xué)生樹立尊重勞動(dòng)、熱愛勞動(dòng)的意識(shí)，內(nèi)化勞動(dòng)觀念。試題改編于真實(shí)科研情境，具有真實(shí)性、科學(xué)性，將實(shí)驗(yàn)流程精簡地呈現(xiàn)出來創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，可以促使學(xué)生在沉浸式體驗(yàn)中思考，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。試題情境的信息量較大，對(duì)學(xué)生的必備知識(shí)、關(guān)鍵能力都有較高的要求。試題設(shè)問層層遞進(jìn)、由易到難，考點(diǎn)與教材聯(lián)系緊密，考查了學(xué)生思維的深度。而試題最終的落腳點(diǎn)是將實(shí)驗(yàn)結(jié)果用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，體現(xiàn)了運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的理念，符合生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)的命制要求。四、試題命制建議通過確定試題主題與情境、基于學(xué)科核心素養(yǎng)設(shè)問兩大步驟，筆者命制出了一道與教材聯(lián)系緊密、情境新穎、設(shè)問層層遞進(jìn)、全面考查學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的生物學(xué)試題。為提升運(yùn)用這樣的“兩步走”方式命制原創(chuàng)試題的效果，筆者提出如下建議。（一）根據(jù)學(xué)情確定試題主題教師在平時(shí)授課以及課后與學(xué)生交流的過程中，要密切關(guān)注學(xué)生的反饋，特別是留意學(xué)生有疑惑的知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生的疑問去挖掘命題的主題，有利于提升學(xué)生的知識(shí)水平。但是試題的內(nèi)容和主題不應(yīng)脫離教材，應(yīng)基于教材主體內(nèi)容，最好在試題的選擇和命制過程中明確考點(diǎn)內(nèi)容的雙向細(xì)目表，避免命題出現(xiàn)內(nèi)容重復(fù)或遺漏的現(xiàn)象。（二）重視情境的選擇無情境不成題，脫離情境的考查不足以全面考查學(xué)生的能力和素養(yǎng)，所以試題命制過程中情境的確定尤其重要，只有確定了情境之后，才能進(jìn)行之后的命題步驟。而情境素材的來源既可以是教材中的實(shí)驗(yàn)、科學(xué)史、問題改編及延伸拓展，還可以是科研論文、社會(huì)熱點(diǎn)、新聞等。教師在選擇的過程中需善于甄別，盡可能保證素材的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性。確定素材后，需要對(duì)素材進(jìn)行適當(dāng)刪減，尤其是對(duì)來自碩士、博士學(xué)位論文的素材，還需要將文中高中生難以理解的文字?jǐn)⑹鲛D(zhuǎn)化成他們?nèi)菀桌斫獾奈淖只蛄鞒虉D；對(duì)于較復(fù)雜的圖表，教師需要將其轉(zhuǎn)化成學(xué)生易懂的圖表，但值得注意的是，改編素材切不可改變?cè)牡挠^點(diǎn)。在試題命制過程中，教師選擇的情境不應(yīng)拘泥于一種，而應(yīng)盡可能讓學(xué)生在平時(shí)的測(cè)評(píng)中體驗(yàn)多種情境，讓學(xué)生在豐富的情境中進(jìn)行深度的思維訓(xùn)練，這更有利于學(xué)生迅速成長，使其在不同的情境中體驗(yàn)到生物學(xué)科的博大精深和生物學(xué)知識(shí)的魅力，從而提升學(xué)生的能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)樂趣。（三）精心構(gòu)思設(shè)問確定試題情境和考點(diǎn)后，要根據(jù)考查的意圖和學(xué)生的情況而設(shè)問。問題應(yīng)圍繞必備知識(shí)、關(guān)鍵能力及發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)設(shè)置。問題層層遞進(jìn)、有易有難、有區(qū)分度。設(shè)置的問題不應(yīng)以難倒學(xué)生為目的，而是讓學(xué)生在思考過程中提升能力、發(fā)展素養(yǎng)。在包含實(shí)驗(yàn)情境的試題中，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理、選材、過程、結(jié)果、實(shí)驗(yàn)遵循的原則進(jìn)行設(shè)問，還可以轉(zhuǎn)換思路，從評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、可行性等角度設(shè)問?？疾閷W(xué)生社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)的設(shè)問，不應(yīng)敷衍了事，如命制依托生產(chǎn)實(shí)踐情境的試題，可以針對(duì)實(shí)踐的方法、過程、步驟設(shè)問；命制依托社會(huì)熱點(diǎn)情境的