生物学科技论文在原创题命制中的应用

郑彬琼

（秀屿区教师进修学校，福建 莆田 351100）

探究性题型是考查学生生物学科关键能力的常用题型，因其难度较高，在中考生物学试卷中常作为“压轴题”。2017-2019 年福建省生物学中考试卷第34题皆为探究题，主要以科技论文为素材进行命制的，重点考查学生制定计划、实施计划与得出结论等探究环节。难度值分别是0.49、0.4 及0.46，由此可见，学生对于运用科学思维和科学探究解决新情境中实际问题的能力有待提高。研究如何命制原创探究性试题，有助于提高教师命题能力，提升复习教学的精准度，让学生摆脱题海战术，发展科学思维能力和科学探究能力。本文以一道参加2020 年市级中考原创试题评选活动的参赛试题为例，探讨命制原创探究性试题的方法。

一、试题内容概述

人类战胜大灾大疫离不开科学发展和技术创新，经过科研人员的努力成功地通过酵母菌大量生产人的乙型肝炎病毒（HBV）疫苗，目前我国乙肝全程接种率已达98%以上，自1992 我国15 岁以下的青少年乙肝表面抗原阳性率下降70%以上。［1］为了提高疫苗产量，某科研小组将酵母菌作为实验对象，探究温度对酵母菌种群数量、呼吸作用强度的影响。实验过程如下：

①将质量分数为5%的葡萄糖溶液分别等量加入4 组锥形瓶中，各组锥形瓶中再加入0.1g 活性干酵母菌，放置于有氧条件下、温度分别为10℃、20℃、30℃、40℃的环境中培养，每组实验重复三次，每隔24h 观察计数取平均值（表1）。［2］

表1 不同温度条件下酵母菌的数量变化

②将质量分数为10%的葡萄糖溶液分别等量加入6 组锥形瓶中，各组锥形瓶中再加入0.1g 活性干酵母菌，用排水法检测10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃培养温度下各组酵母菌无氧呼吸产生气体的体积，计时5min，每组实验重复三次，取平均值依次得出各组数（图1）。［3］

图1 不同温度下酵母菌无氧呼吸产生气体速率

（1）酵母菌是单细胞生物，在环境适宜时，它的生殖方式是_________。

（2）分析表1 中的数据，是否能说明酵母菌在40℃培养条件下数量最少？____

（是/否），判断依据是_________________________

（3）分析图1 曲线，随着培养温度的增加，酵母菌无氧呼吸产生气体的速率变化趋势表现为________，当在温度为____达到最大值。

（4）据某医院统计不同年龄段的儿童接种乙肝疫苗免疫率，小于2 岁95.35%,2 岁到4 岁之间93.02%，大于4 岁64.29%，［4］分析这个数据对于乙肝疫苗的接种提出意见及理由______________________________。

二、试题命制及其意图

（一）命题素材来源及其加工

1.命题素材来源

本题的实验及数据来源于两篇生物科技论文。其中一篇发表于《生物学教学》2019 年第10 期。这篇文章的实验研究变量是NaCl 浓度、温度及pH 值，实验观测指标是运用排水集气法检测酵母菌无氧呼吸产生气体的速率，实验结果以不同温度下酵母菌无氧呼吸产生气体速率等三个曲线图的形式呈现。［3］本试题仅选择其中温度这一变量的实验过程及数据。另一篇发表于《生物学通报》2008 年第12 期。该论文探究酵母菌在8 个不同温度条件下的增殖速度，分别在7个不同时段计数8 组酵母菌的个数，共记录64 个数据。［2］对于初中学生来说，该数据大且无价值的信息太多，笔者简化该实验数据，仅选择其中培养温度为10℃、20℃、30℃及40℃，培养时间分别为24h、48h 等4组酵母菌种群数量的数据，并以表格的形式呈现。

2.素材加工

两篇科技论文篇幅长、专业性强及实验数据多。在保障试题科学性及必要信息充足的基础上，在试题文字表述部分只选取论文中第二个探究实验的实验目的“探究温度对酵母菌种群数量及呼吸作用强度的影响”，实验内容选择变量为温度的实验组，一是因为初二学生未系统学习化学，大部分学生对NaCl 浓度、pH 值等概念不了解，选择温度作为实验变量可以体现试题的公平性。二是因为我省使用的北师大版义务教育教科书《生物学》七年级下册中有“探究唾液对淀粉的消化作用”实验，人教版义务教育教科书《生物学》七年级上册中有“探究种子萌发的环境条件”，冀少版义务教育教科书《生物学》七年级下册中有“探究唾液淀粉酶的作用”，这些探究实验皆涉及温度这一实验自变量，使得本道试题的探究情境立足于教科书，但又有利于考查学生运用所学知识解决新情境中问题的能力。

通过实验数据处理和文字信息简化，该探究性实验题的题干信息已加工成型。接着将实验中研究对象酵母菌与其在重组乙肝疫苗中的作用相结合，创设乙肝疫苗的研发、生产及应用等试题情境，体现科技创新对控制乙肝传染病的价值，让学生领会研究酵母菌生长条件的价值，体验科研创新精神和科学技术的魅力，帮助学生树立投身国家建设的社会责任感，在一定程度上提升了试题的素养立意。

（二）问题设计及参考答案

1.问题设计

根据《义务教育生物课程标准（2011 年版）》课程理念及《福建省初中生物学科教学与考试指导意见》命题要求，本试题围绕着“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”这个生物学大概念以及科学探究的一般过程等创设问题情境，考查学生在真实的问题情境中应用实验对照原则、单一变量原则等科学方法的能力，以及实验数据的分析能力。并结合实验过程考查重复实验、多次测量求平均值的生物学意义，促进初高中生物学关键能力培养的衔接，体现以“核心素养立意”的命题原则及中考的选拔性功能。

第（1）小题考查的是生命观念，具体表现为在“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”这个大概念框架下，学生能够正确识记酵母菌的生殖方式，初步形成结构功能观。该小题的答题关键点是题干中的限定条件“在环境适宜时”，主要考查学生的识记能力和审题能力。

第（2）小题考查学生对探究实验设计中“控制变量”这一科学方法的运用能力，试题设问既重视学生对科学事实的判断，回答“是什么”的问题，也考查学生回答“为什么”问题的论证能力，要求学生在获取表1 实验数据的基础上判断题干给出的实验结论是否正确，考查的是单一变量原则在真实情境中的应用，D组的酵母菌数量虽然是4 个实验组中最少的，但是D组中酵母菌的培养时间和培养温度与其他3 个实验组皆不一致，因此，要求学生能够正确分析该实验有两个实验变量，即可得分。

第（3）小题考查图文转化能力和归纳概括能力，从图1 中的曲线图可以判断不同温度下酵母菌无氧呼吸产生气体速率变化趋势是“先上升后下降”。学生能否基于事实和证据运用生物学专业语言描述实验现象是本小题考查的重点。

第（4）小题考查社会责任和科学思维，该小题运用solo 分层赋分的方式区分不同科学思维水平，区分度为0.36。要求学生能够正确分析题干中不同年龄段的儿童接种乙肝疫苗免疫率的不同，得出接种疫苗年龄和接种免疫率是负相关的关系，以解释背景材料中“自1992 我国15 岁以下的青少年乙肝表面抗原阳性率下降了70%以上”的原因。通过归因分析与判断，让学生意识到研发、接种疫苗在预防公共传染病的意义，倡导学生将生物学知识、原理、方法应用于解决生产、生活中的实际问题，培养学生向他人宣传传染病的防控措施等社会责任意识与担当。

2.参考答案

第（1）小题：出芽生殖。第（2）小题：否。因为实验变量有温度和培养时间两个，没有遵循单一变量原则。（3）温度从10℃上升到40℃，呼吸速率随温度的上升而上升；温度从40℃上升到60℃，呼吸速率随着温度的上升而下降。40℃。（4）应该尽早进行疫苗接种，最好在2 岁以前接种。因为随着儿童年龄的增长，免疫应答率降低（2 分）。该试题共7 分，除第（4）小题2分外，每空1 分，错别字不得分。

（三）试题实测数据

该试题经过一稿、二稿的预测试和修改后，第三稿试题选择2019 年省中考成绩处于本市平均水平的4 所初中学校共364 名学生进行测试，测试结果如表2。

表2 试题实测数据

（四）学生答题分析

第（1）小题学生主要的错误答案是“出芽生殖或孢子生殖”“孢子生殖”等。出现这样的错误说明学生审题能力不足，没有注意题干的限定条件“在环境适宜时”。另外一种代表性错误答案是“分裂增殖”。可见学生混淆生殖和增殖两个概念。本题的区分度只有0.22，实测难度比预计的偏大。

第（2）小题学生主要的错误答案是“避免偶然性”“应该多重复几组实验”“应该设置一组对照实验”。说明学生平时“死记硬背”探究性实验的“考点”及答案，无法针对真实情境中的问题设计与实施合理的实验方案，科学探究能力有待提高。

第（3）小题学生主要的错误答案是“先增加后减少”“先变快后变慢”及“先逐渐递增后逐渐递减”。究其原因，虽然图1 中的曲线表示明确，但是学生无法运用生物学语言正确描述实验现象，识图、析图能力有待提高。

第（4）小题的典型错误是“小于2 岁接种疫苗最好”“提高大于4 岁儿童的乙肝疫苗免疫率，因为大于4 岁的儿童免疫率小于65%”。出现第一种错误说明：学生无法利用数据作为自身决策的证据。第二种错误是科学性错误，可见学生错误理解题意。

三、原创题命制的反思

本道原创探究题命制之初的思路是选择三个实验为背景材料，设计一个从定性实验到定量实验的梯度，让学生体验严谨的科学思维方法及科学探究方法。第一个实验选自人教版普通高中课程标准实验教科书《高中生物·必修1·分子与细胞》中的“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置图，试题考查目标是检测酵母菌呼吸作用的产物，问题设置为“橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇（俗称酒精）发生化学反应变成灰绿色，分别在锥形瓶A 和锥形瓶B 滴加橙色重铬酸钾溶液，瓶内的培养液变成灰绿色”。答题的关键点在于学生是否理解酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸等概念，通过观察两个实验装置判断哪一个是无氧呼吸的实验装置。但从试题的第一稿、第二稿实测情况问卷调查结果显示：学生完成试题需要15-20 分钟的时间，说明试题的阅读量过大，而且试题第三稿的实测数据显示本小题的区分度只有0.11，区分度太低不具备测试的实际意义，因此把本小题删除。

总之，探究性题型的命制要精准定位学情，聚焦生物学学科核心素养的培养，选择有代表性的教师和学生进行预测试。再根据预测试结果不断打磨试题，确保试题的科学严谨、设问简洁与公平，具备良好的难度值及区分度，更好地考查学生生物学学科核心素养发展水平。