基于四翼生物学原创试题的命制与分析

羊垂功

（广东省开平市开侨中学 广东江门 529300）

《中国高考评价体系》（以下简称《评价体系》）指出，高考生物学试题应突出学科特征，注重基础性、综合性、应用性和创新性（简称“四翼”）的综合考查。如何在“四翼”考查要求下进行试题命制，下文以一道生物技术实践原创试题为例进行探索分析。

1 原创试题

【试题】黄酒因具有低聚糖等功能性成分而口感醇厚、香气馥郁。为探明黄酒低聚糖对肠道内乳酸杆菌等益生菌增殖的影响，科研人员从小鼠粪便中筛选低聚糖分解菌，以葡萄糖组、低聚果糖组作为对照组，黄酒低聚糖组作为实验组，开展了相关研究，结果如图1所示。回答下列问题：

（1）为了筛选低聚糖分解菌—乳酸杆菌，将小鼠新鲜粪便样品稀释液接种至以__________为唯一碳源的固体培养基上培养，此外还需要提供________环境，该培养基从功能上分类属于__________培养基。

（2）在酿制黄酒时一般将温度控制在________，在酿制过程中，若发酵系统密封不严，温度升高，黄酒会变酸，原因是______________________________

（3）研究表明，低聚糖能促进肠道内乳酸杆菌等益生菌的增殖。图1中低聚果糖组和实验组的发酵液pH下降较快的原因可能是_____________________，研究证明，与低聚果糖相比，黄酒低聚糖对肠道菌群增殖可发挥类似的调节作用，这揭示____________可作为肠道内潜在的益生元（指一些不被宿主消化吸收却能够选择性地促进体内有益菌的代谢和增殖，从而改善宿主健康的有机物质）被肠道菌群利用。

图1 黄酒低聚糖对肠道内乳酸杆菌等益生菌增殖的影响实验结果

（4）同学甲认为有氧环境下乳酸杆菌在MRS培养基中增殖的速度会加快，乳酸杆菌能溶解MRS培养基中的碳酸钙而使菌落周围形成溶钙圈，您同意同学甲的观点吗？您的实验探究方案是___________________________________________________________。（要求写出实验设计思路并分析预期实验结果）

参考答案：

（1）葡萄糖、低聚糖 无氧 选择

（2）18～25℃ 在氧气充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸

（3）低聚糖促进了发酵液中乳酸杆菌等益生菌的大量增殖，进而使发酵液中乳酸含量剧增，pH快速降低 黄酒低聚糖

（4）将乳酸菌接种于MRS培养基A和MRS培养基B，将A组培养基置于有氧环境、B组培养基置于无氧环境，在其他因素相同且适宜的条件下培养一段时间，观察两组培养基溶钙圈的大小。乳酸菌属于厌氧细菌，在有氧条件下不能正常增殖，进而导致B组培养基的溶钙圈大于A组培养基的溶钙圈。

2 基于“四翼”的试题分析

2.1 基础性

《评价体系》指出，在命制试题时，要以问题情境为载体，加强对基本概念、原理、思想方法的考查，体现高考试题的基础性。第（1）小题结合《选修1·生物技术实践》中微生物培养技术及应用的必备知识，呈现简单的生物学情境，要求学生理解选择培养的原理、微生物的特殊需求、培养基的类型，考查学生的理解能力和情境分析能力。试题的情境基础简单，立意清晰明确，体现了试题的基础性。

2.2 综合性

综合性既包括同一层面知识、能力和素养的交互融合，也包括不同层面之间纵向的融会贯通，要求以多项相互关联的活动组成的复杂情境作为载体，反映核心知识、关键能力与学科素养的整合及综合运用，从而实现对学生素质综合、全面的考查。试题以“黄酒低聚糖对肠道内乳酸杆菌等益生菌增殖的影响”为背景主线，融合微生物的筛选、培养基的类型、果酒果醋制备原理等必备知识，需要学生仔细阅读材料、审阅实验结果，并能将《选修1·生物技术实践》不同专题的知识进行整合，综合所学知识解释相关生物学现象并解决相应的问题。试题考查学生的信息获取能力、理解能力、问题解决能力、实验探究能力和创新能力等关键能力。其中，第（1）小题对照组中无论碳源是葡萄糖还是低聚果糖，乳酸杆菌都可以增殖、生长，而低聚果糖属于低聚糖中的一种且乳酸杆菌是厌氧细菌，故筛选低聚糖分解菌可以将小鼠新鲜粪便样品稀释液接种至以葡萄糖和低聚糖为唯一碳源的固体培养基上并提供无氧环境进行筛选。因为此培养基通过改变培养基的组成来筛选微生物，故从功能上分类属于选择培养基。该题考查的是学生的理解能力和分析能力等关键能力。第（2）小题以果酒果醋的制作为载体，需要学生明确果酒发酵温度是18～25℃，果醋的发酵温度是30～35℃，醋酸菌是好氧细菌，并在此基础上根据题干信息“发酵系统密封不严（有氧气存在），温度升高（利于醋酸菌增殖、生长）”进行推导，阐释果酒变酸（本质是果酒变成了果醋）的原因（本质是果醋制备的原理），即在氧气充足、缺少糖源时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸，进而使黄酒变酸。该题考查的是知识迁移等关键能力。第（3）小题属于由果溯因考查，耦合了试题探究主题“探明黄酒低聚糖对肠道内乳酸杆菌等益生菌增殖的影响”，属于实验探究主题的延伸与应用。试题要求学生根据实验结果，回溯出“低聚果糖组和实验组的发酵液pH下降较快”的原因。倘若该问没有溯因的前提，学生将无从下手，也不利于考查学生知识迁移、学以致用等关键能力。为了使学生快速找准试题切入点、充分引起其思维活动，提高试题测量效度，题干提供了推理的前提“低聚糖能促进肠道内乳酸杆菌等益生菌的增殖”，并要求学生根据此前提迁移应用、推导、释因。对于第二小问，实验探究的显性目的是“探明黄酒低聚糖对肠道内乳酸杆菌等益生菌增殖的影响”，但最终探究的隐性目的是“黄酒低聚糖能否和低聚果糖一样作为动物肠道内潜在的益生元”。因此在理解低聚果糖与低聚果糖一样能促进乳酸杆菌增殖的基础上，学生需要依据题干信息“与低聚果糖相比，黄酒低聚糖对肠道菌群增殖可发挥类似的调节作用”及“益生元的概念”，采用三段论进行类比推理，已知：①低聚果糖可作为肠道内潜在益生元；②黄酒低聚糖对肠道菌群增殖可发挥与低聚果糖类似的调节作用。根据①和②及益生元的概念，可以类比推理出黄酒低聚糖也可作为肠道内潜在的益生元。该小题考查了学生的理解能力、迁移应用能力、解决问题能力、综合分析能力等关键能力。第（4）小题本质是第（1）小题的迁移应用与延深，以同学甲的错误观点为载体，要求学生运用必备知识——乳酸杆菌属于厌氧细菌，设计实验并对预期结果进行分析，旨在强化、深化学生“在面对有争议的社会议题时，能利用生物学重要概念或原理，通过逻辑推理阐明个人立场，作出决策并解决问题”的能力。整道题的作答要求学生基于结果寻找生物学证据，采用逆向思维、演绎推理和归纳概括等思维方法，解释生物学现象并解决相应的问题，体现了对生命观念、科学思维、科学探究和社会责任素养的考查，体现了对复合能力、融合素养的全方位考查，体现了试题的综合性。

2.3 应用性

《评价体系》指出在命题时应坚持理论联系实际的原则，考查学生运用知识、能力和素养解决实际问题的能力，让学生充分感受到课堂所学内容中蕴含的应用价值，同时应增强试题的探究性，引导学生独立思考判断，提出解决问题的方案。黄酒源于中国，与啤酒、葡萄酒并称三大发酵酒，试题情境贴近社会生活，第（2）小题要求在新情境下阐释黄酒变酸的原因，考查了学生迁移课堂所学内容、理论联系实际的能力；第（3）小题以探究结果为情境，要求学生结合题干信息，基于新情境进行知识迁移应用，在第（2）小题的基础上进行了深化；第（4）小题则要求学生打破常规，进行独立思考和判断，提出解决问题的新方案，考查了学生学以致用的能力，体现了试题的应用性。

2.4 创新性

创新性要求设置开放性的试题呈现新颖的方式和设问方式，引领学生独立思考、主动探究，发现新方法、找到新规律、得出新结论，旨在考查学生对问题或观点提出不同看法并进行论证等能力。在有了第（1）小题的内容作为铺垫后，学生基本可以判定第（4）小题中甲的观点错误，关键是如何对观点进行论证。作答过程要求学生先懂得分组（分对照组和实验组），再通过改变自变量（有氧和无氧环境）排除无关变量（其他因素相同且条件适宜）影响，然后运用题干检测指标表述出实验设计思路，最后运用“乳酸杆菌时厌氧细菌”这一必备知识对实验结果进行分析论证。试题考查了学生的知识迁移应用能力、语言表达能力、解决问题能力、实验探究能力、创新能力等关键能力，体现了一定的创新性。

3 试题评价

为检测原创试题质量，对高三224名学生进行了测试，结果见表1。

表1 试题分析结果

学生作答存在的主要问题如下。①必备知识记忆、理解不清：第（1）小题第1小问作答“低聚果糖（低聚糖）”的学生不在少数，即漏写“葡萄糖”的现象较普遍；果醋制备的原理依然记忆混乱即氧气充足、糖原充足及氧气充足、糖原不足分辨不清而导致错答的学生占比较高。②获取信息、理解、分析推理等关键能力较欠缺：第（3）小题第1小问因未能理解、运用题干提供的推理前提而导致词不达意、逻辑紊乱的学生较多。③实验探究能力、语言组织能力较弱。第（4）小题要求对实验结果进行分析，该类试题在平时模拟训练中较少见，不少学生“留白”，这可能和作答时间搭配不合理、整卷试题难度较高有一定的关系。整道试题难度为0.51，与2021年广东省普通高中学业水平选择性考试生物学高考试题选修1中的难度0.47趋近，其难度适中，区分度较好。