卢镇岳
普通高中课程方案(2017年版)中明确,中国学生发展核心素养是党的教育方针的具体化、细化。而各学科的学科核心素养是为建立核心素养与课程教学的内在联系,基于学科本质凝练而成。通过学科核心素养的达成本质上能促进学生发展核心素养的达成。
在《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称“新课标”)中提出了以下的命题原则,命题应以课程标准中的内容要求、学业质量标准为依据,指向生物学学科核心素养的发展水平。试题素材应贴近学生生活实际,以真实问题情境组织命题,应注重考查学生综合运用所学的知识和技能解决问题的能力。试题的表述和指向要明确、清晰、直接,确保题目的公平性、科学性和规范性,要能够区分出不同素养水平的学生。
高考既要考查四个素养的不同层次,又要着重考查理性思维和科学探究,以充分利用好高考引导教学的功能,为发展学生的生物学学科核心素养这一生物学课程的根本目的服务。优秀的理综生物高考题应该能有效衡量生物学学科核心素养的发展水平。体现其服务选材功能,并能通过引导后续的教学活动促进学生生物学学科核心素养的达成及学生发展核心素养的达成,从而最终体现出其立德树人的本质要求。
下面将从巧编试题提升学生核心素养、创设情景引导学生自主发展、精心设问促进学生社会参与3个方面进行分析,从2018年各地理综生物高考试题中选出典型试题探讨题目是如何部分或整体地达成上述目标,并由此实现其独有的育人价值。
1巧编试题提升学生核心素养
1.1有序呈现信息提升学生科学思维
科学思维素养需要学生能尊重事实和证据,要能运用科学的思维方法解决实际问题。以2018年全国统一考试生物Ⅰ卷(乙)(后文简称Ⅰ卷,另两套全国卷简称Ⅱ卷、Ⅲ卷)第6题为例分析,高考题如何通过对题目信息的有序呈现,并作为事实和证据,让学生据此进行分析推理,由此达到考查学生科学思维的目的。题目如下:
某大肠杆菌能在基本培养基上生长,其突变体M和N均不能在基本培养基上生长,但M可在添加了氨基酸甲的基本培养基上生长,N可在添加了氨基酸乙的基本培养基上生长,将M和N在同时添加氨基酸甲和乙的基本培养基中混合培养一段时间后,再将菌体接种在基本培养基平板上,发现长出了大肠杆菌(X)的菌落。据此判断,下列说法不合理的是 ( )
A.突变体M催化合成氨基酸甲所需酶的活性丧失
B.突变体M和N都是由于基因发生突变而得来的
C.突变体M的RNA与突变体N混合培养能得到X
D.突变体M和N在混合培养期间发生了DNA转移
参考答案:C。
题目主要考查学生基于事实的逻辑推理。对合理性的判断不同于对确定知识的记忆,学生需要根据题干给出的信息,结合自己的生物学知识,利用现象分析能力和正确推理的能力,选出从已有知识及题干信息中无法合理推断出的选项C。这里还要求学生能区分“合理”与“符合客观事实”之间的差异,因为人类对自然界的了解有一个不断发展的过程,科学方法的本质特征之一是随时接受新发现的挑战并能作出相应的修正,所以其他选项是在本题情景和已有知识的基础上的“合理”,但不排除有其他新的证据出现从而证明这些陈述有可能是错的。学生正确解答此題需要达到“在某一给定情境中,运用生物学规律和原理,对可能的结果或发展趋势作出预测或解释”这一水平。
1.2通过有梯度的难度设置,考查学生科学探究所处不同水平
生物学学科核心素养每一个都有4个素养水平,相互之间有着明显的区别。如何在题目中考查到学生所处的具体水平是对命题者的一大挑战。下面以2018北京卷理综29题为例,分析如何通过设置合理的题目难度梯度,从而达到对到达不同科学探究素养水平的学生的考查。题目及答案如下:
癌症是当前严重危害人类健康的重大疾病。研究人员利用与癌细胞在某些方面具有相似性的诱导多能干细胞(iPSC)进行了抗肿瘤的免疫学研究。
(1)癌细胞具有无限______的特点。当体内出现癌细胞时,可激发机体的__系统发挥清除作用。
(2)研究人员进行的系列实验如下:
免疫组小鼠:每周注射1次含失去增殖活性的iPSC悬液,连续4周:
空白组小鼠:每周注射1次不含失去增殖活性的iPSC的缓冲液,连续4周。
实验一:取免疫组和空白组小鼠的血清分别与iP-SC、DB7(一种癌细胞)和MEF(一种正常体细胞)混合,检测三种细胞与血清中抗体的结合率,结果见下表。
①比较表中iPSC与两组小鼠血清作用的结果可知,免疫组的数值明显____空白组的数值,说明iPSC刺激小鼠产生了特异性抗体。
②表中DB7和iPSC与免疫组小鼠血清作用后的检测数据无明显差异,说明DB7有________。
③综合表中全部数据,实验结果表明______________________。
实验二:给免疫组和空白组小鼠皮下注射DB7,一周后皮下形成肿瘤。随后空白组小鼠肿瘤体积逐渐增大,免疫组小鼠肿瘤体积逐渐缩小。由此推测:iPSC还能刺激机体产生特异性抗肿瘤的细胞免疫。
(3)研究人员另取小鼠进行实验,验证了上述推测。下图为实验组的实验过程及结果示意图。请在下图中选择A或B填入④处,从C~F中选择字母填入①~③处。
(4)该系列研究潜在的应用前景是iPSC可以用于______。
参考答案:
(1)分裂/增殖免疫
(2)高于可以与抗iPSC的抗体结合的抗原抗iPSC的抗体可以与DB7上的抗原特异性结合,而不能与MEF上的抗原结合(iPSC与DB7有共同的抗原,与MEF无共同的抗原)
(3)①F ②D③C④B
(4)预防和治疗癌症
此题在一个完整的实验情境中综合考查了细胞分化、癌变以及免疫调整的内容。题目第1小题的内容对学生的要求不高,学生只需要识记相应内容即能正确作答。第2小题中的前三问围绕实验结果的分析层层递进,需要学生“能够在新的问题情境中,基于事实和证据,采用适当的科学思维方法揭示生物学规律或机制,并选用恰当的方式表达、阐明其内涵”。第4小题还需要学生“在面对生活中与生物学相关的问题并作出决策时,利用多个相关的生物学大概念或原理,通过逻辑推理阐明个人立场”。这一题对学生的要求是比较高的,要比较熟练运用科学思维的学生才能在有限时间内对全题进行准确作答。学生无论是在新情境中对事实和证据的判断不准确,或者不能揭示出实验结果中的生物学规律,或者是表达方式不恰当都会导致不同程度的失分,而如果不能做到同时利用多个相关的生物学大概念进行清晰地逻辑推理也会出现相应的失分。此题不但能将不同水平的学生清晰区分开来,还能考查科学探究中“设计并实验恰当的方案;运用多种方法如实记录,并创造性地运用数学方法分析实验结果;运用科学术语精确阐明实验结果,并展开交流”以及“基于给定的条件,设计并实施探究实验方案;运用多种方法如实记录和分析实验结果;运用科学术语报告实验结果”。天津卷理科综合生物部分第9题也有类似效果。
此种题目通过对生物学学科核心素养中科学探究的考查,不但同时考查到科学思维,更能通过培养学生理性思维、批判质疑和用于探究培养学生的科学精神。这是奠定学生文化基础的重要方面。
2创设情景引导学生自主发展
2.1编排课外信息,提升学生核心素养
再以Ⅰ卷中选择题第2题为例,分析学生正确作答此题所体现出来的科学思维水平。题目如下:
生物体内的DNA常与蛋白质结合,以DNA—蛋白质复合物的形式存在。下列相关叙述错误的是 ( )
A.真核细胞染色体和染色质中都存在DNA—蛋白质复合物
B.真核细胞的核中有DNA—蛋白质复合物,而原核细胞的拟核中没有
C.若复合物中的某蛋白参与DNA复制,则该蛋白可能是DNA聚合酶
D.若复合物中正在进行RNA的合成,则该复合物中含有RNA聚合酶
参考答案:B。
此题中“DNA-蛋白质复合物”对于多数学生而言是一个相对陌生的概念,然而这却是科研工作者所面对的真实情景。为了研究与DNA相关的蛋白质的功能,首先要提取出相应复合物并进行分离纯化,才能进一步研究。题目情景看似简单,其实却巧妙地把更复杂的信息通过选项呈现,要求学生能从题目和选项信息中获得对此概念的准确界定,从而做出正确选择。由于此题为单项选择题,因此C、D选项不可能都是错误的,则就算C、D中有一个错,也有另一个肯定对,由此学生根据C、D选项中对“复合物”的描述可推测出题目中对“复合物”的界定包含工作中的酶及其结合的DNA。在此判定的基础上,可推测出B的叙述肯定是错的,因为C、D选项中描述的两种现象在原核细胞中都会存在。这里的思维就和“能够在新的问题情境中,基于事实和证据,采用适当的科学思维方法揭示生物学规律或机制”这个描述比较一致了。
此题除对科学思维的考查外,更凸显对学生信息意识的考查。若学生只是死记硬背现有知识,不能灵活地从题目情境中提取有价值的信息,将对正确作答造成较大影响。因此,当教师在教学中选用该题时,更应该从题目情境及信息意识切入,由此促进学生学会学习,能适应新时代的要求获得良好的自主发展能力。
正确作答此题还需要学生具有结构与功能观,如和DNA结合的蛋白质到底实现那些功能,需要进化与适应观,如原核生物和真核生物的异同。学生如能用生命观念认识生物的多样性、统一性、独特性与复杂性则解答此题也应该得心应手。
2.2编入生活案例配引导学生健康生活
健康中國是当前被倡导的一个重要理念,Ⅱ卷选择题第3题则不但考查了科学思维,还编选了源于学生生活的案例,引导学生健康生活。题目如下:
下列有关人体内激素的叙述,正确的是 ( )
A.运动时,肾上腺素水平升高,可使心率加快。说明激素是高能化合物
B.饥饿时,胰高血糖素水平升高,促进糖原分解,说明激素具有酶的催化活性
C.进食后,胰岛素水平升高,其既可加速糖原合成,也可作为细胞的结构组分
D.青春期,性激素水平升高,随体液到达靶细胞,与受体结合可促进机体发育
参考答案:D。
此题中题干限定了题目主题为“人体内激素”,主要的信息则集中在各个选项,选项中的叙述均以人体的某具体生理过程开始,并以该生理现象为依据作出一个推论。A、B、C选项中,生理现象的情景主要是作为干扰信息出现,学生若对激素概念有较准确的把握,并对激素作用的特点有较清晰的认识,就能排除这三个选项,而D选项的情景本身是贴合多数高考考生的年龄特征的,都有最真切的体会。因此,学生只要“能够以特定的生物学事实为基础形成简单的生物学概念,进而用其解释相应的生命现象”,就能选出正确答案。
生物学本身就主要承担了引导学生健康生活的职责,因此选用源于学生生活经验如运动、饥饿、进食,以及所处发育阶段如青春期等,对于引导学生珍爱生命健康生活起着重要作用。
3精心设问促进学生社会参与
3.1选用我国成果达成学生社会责任
Ⅲ卷38题题干提到2018年《细胞》期刊报道,中国科学家率先成功地应用体细胞对非人灵长类动物进行克隆,获得两只克隆猴——“中中”和“华华”。此为中国科学家做出的重要科研成果,具有国际一定影响力,被评论中国科学家在该项技术上实现了“弯道超车”。
在高考题中选用此类素材并将极大地提高学生的国家认同感,提升了学生责任担当的使命感,帮助学生更为积极主动地进行社会参与,包括更认真刻苦学习,立志为祖国科技发展做出自己的贡献。而这也与生物学学科核心素养中的社会责任有着密切联系。
3.2设定探究问题鼓励学生实践创新
天津卷生物部分第7题由具体真实的情景“血管平滑肌细胞(VSMC)的功能受多种物质影响,与血管健康密切相关”切入,既考查了学生的必备知识,如“体液调节”;也考查了学生的关键能力,如通过给定实验结果让学生判定特定化合物同型半胱氨酸对VSMC分化程度的影响;考查了学生信息提取与分析的能力,也体现了对学生树立信息意识的意图。更为重要的是通过对血管保护药物R的功能的进一步考查,这类有一定情景的问题探究将对鼓励学生进行实践创新有着重要帮助。创新一般有添加式创新、组合式创新与颠覆性创新三大类,此题对于训练学生进行组合式创新有着特别贡献。如果学生以后投身生物制药行业,要找到直接影响细胞功能的新因素可能不容易,但要找到对直接因素有影响的间接因素,以及找到这些因素的最优组合设计复合药物或帮助医生能得到更好的组合用药策略,这将是对国家做出突出贡献的重要方式。