根据科技文献命制的原创高中生物试题实例解析

李颖

摘 要：科技文献是发展学生学科核心素养的优质资源，高质量的生物试题命制可以充分发掘教材与科技文献潜在相互关系，做到试题能够及时合理地更新迭代。文章通过两则实例介绍利用光合作用研究热点的科技文献编制，符合课程标准和STSE要求的高中生物原创试题，简要分析评价，旨在提高高中生物课堂教学的有效性。

关键词：高中生物；课程标准；STSE；科技文献

一、研究背景

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课程标准”）凝练了高中生物学学科核心素养，分别为：生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度。课程标准的“教学建议”提出“高度关注生物学学科核心素养的达成”[1]。在此过程中需要重视科学、技术、社会及环境之间的关系，重视科学技术在社会生产中的应用以及对自然环境的影响，遵循客观性综合性、实践性、发展性原则，指导和实施学科教育（STSE教育）。

因此在高中生物学教学中要充分重视真实情境在学科核心素养培养中的作用。真实情境可来源于现实生活、学习过程和社会实践等与学生密切联系的场景，也可来源于生命科学发展史，还可来源于科学实验和研究过程。其中科学实验和研究过程的获取更多来源于科技文献，原始科技文献是科研工作者对科学研究过程的真实记录及分析评价，是最可靠和准确的资料，具有真实性、创新性和时效性。当前由于高中生物教师既要熟悉新教材，又要适应新课程理念，少有精力注意对科技文献的使用，导致很多教师对真实的数据、表格、实验结论等情境的利用率很低，对科技文献资料的搜集与分析等内容的实施不完全顺利，因此如何将科技文献用于教学实践是一个值得关注的问题[2]。

利用科技文献的真实情境为教学提供丰富的素材，其意义主要体现在：

（一）有利于培养学生的核心素养。根据科技文献提出问题进一步查阅文献解决来问题，能拓宽学生的视野，训练学生的科学思维和科学探究能力；科技文献研究结论的形成过程加深了学生对教材中重要概念的理解，促进生命观念的形成；科技文献的研究意义帮助学生了解科学、技术与社会之间的关系，理解生命的本质，培养学生的社会责

任[3]。（二）有利于教师研究教材。新教材在内容的选择、组织和呈现方式上充分重视教学情境的创设，很多真实情境就取材于科技期刊文献[4]。将科技文獻应用于高中生物教学，这就要求教师熟练掌握教材中与科技研究相关的内容，充分发掘教材与科技文献的相互关系，需要教师认真阅读和研究教材。（三）有利于提高教师的教学能力。本研究需要教师自主地从科技文献中提炼真实的教学情境，将之设计成适合高中学生的阅读资料、课堂情境和习题等，对教师的文献筛选能力、分析整理能力、归纳概括能力等专业素质能力都有一定的要求。本研究对教师提升教学实践能力、实施课程育人、促进专业发展存在积极作用。（四）为一线教师利用科技文献进行教学提供借鉴。本研究探索科技文献中的真实情境在高中生物教学中，在课堂情境创设、习题、阅读资料等方面加工方法，形成高中生能理解和接受的文本、图表或其他形式等资料，对一线教师利用科技文献进行教学具有一定的助力作用。

二、科技文献应用于高中教学的现状

经过统计，当今有一些学者和教师对情境教学做过理论探索和教学实践，利用科技文献中的真实情境进行高中生物教学的文章仅有5篇，全部为应用研究。刘越（就职于广东省深圳市深圳中学）等学者探讨了将科技期刊文献转化为用于教学情境的路径与各个环节的实施要点，实现资源的提炼、情境的创设与修订。学者戴亚（就职于中国人民大学附属中学）从多个角度论述如何通过科技文献的批判性阅读训练，促使学生形成思辨习惯，提高思辨能力[5]。上述两篇文献都是由教师处理科技文献，创设教学情境，进而引导学生提高文献阅读和思辨能力。

科技文献的应用还需要教师提出主题，提炼素材，将学生带入真实情境。如许轲（就职于广东省深圳市深圳中学）等学者通过对体细胞克隆猴的科技文献的研读，形成深入且立体化、指向性学科核心素养的素材，将学生引入真实的研究场景[6]；赵清杰（就职于北京理工大学附属中学）、张红艳（就职于北京理工大学附属中学）等学者尝试将PD-L1分子抑制T细胞增殖等科学研究资料引入免疫专题复习，建立“T细胞免疫平衡”的观念，推测检验肿瘤免疫逃逸的原因，提出肿瘤免疫治疗的基本思路和具体措施，以培育学生的学科素养，训练学生学科关键能力[7]；李杰（就职于广东省佛山市南海中学）等学者利用科技论文编制与科学、技术、社会和环境紧密联系的生物学原创试题，对试题进行简明扼要的评析[8]。“授人以鱼不如授人以渔”，以上这些文献都是从教学的设计角度出发，去探索对科技文献真实情境的利用，学生在教师的引导下参与对文献的检索、阅读、分析和处理的方法与实践，有利于提高学生的科学阅读能力、逻辑推理能力和科学表述能力。

三、科技文献资料的加工和处理难点和创

新点

（一）难点

原始科技文献中的专业术语以及复杂的技术手段，需要依据高中生的生物学水平进行合理的加工和解释，才能形成符合学生认知水平的文本。另外，原始文献中一些复杂的数据图表、图像等的加工，需要一定的美术功底或精通图片处理相关软件的能力，才能进行简化。

如何挖掘资料与高中生物重要概念的联系，在课堂恰当的位置以合理的方式呈现，需要教师不断探索。编写习题时，问题设置的科学性，能力考察的有效性，都需要进行多次检验、修正与完善[9]。

（二）创新点

在科技文献的筛选与加工阶段，文献素材既与高中生物学教材相联系，也能够反映出学生的兴趣点，在课堂应用时，既有效又有趣。学生个人的思辨能力、阅读分析能力等都可以得到很大程度的提高。

高中生物学新课改的理念之一就是“注重学科渗透，关注科技发展”，新一轮课改也加大了生物学知识应用和生物科技模块的比重。将生物科技文献用于高中生物学教学，积极开发与生物学前沿知识相关的课程和教学资源，学生参与知识的动态生成，扩大应用性知识在教学中的实际运用，使教学内容更具时代性，可进一步促进学生对科学本质的理解，实现学生生物学学科核心素养的提升。

四、原创试题案例及命题思路

高中生物试题是常规教学中进行教学评价的重要环节。高质量的生物试题命制需要在紧抓基础知识的同时，体现出与科学、技术、社会、环境（STSE）等方面结合的特点，做到及时、合理的更新迭代。

光合作用机理既是生命科学的重大基础前沿问题，其应用又与农业、能源和环境的可持续发展密切相关。近十年来，国内外光合作用研究取得了一系列突破和重要进展，主要集中在光合蛋白质机器的结构解析与调控、光合水裂解放氧及人工模拟、作物光能利用、二氧化碳同化以及合成生物学与光合作用等方向。其中通过提高作物的光保护能力以及变光条件下光反应的快速响应能力是提高光合效率和作物产量的有效途径。笔者尝试从这些最新科技文献中寻找新的情境、角度，希望命制出既紧扣考点，又题材新颖、设问巧妙的原创试题。

例1：植物需要光能维持生命，但过多的光会诱导活性氧的产生，对植物造成伤害，形成光合作用强度下降的光抑制现象。针对光抑制，植物进化出了诸多光保护机制。如叶黄素循环热耗散机制能在较高光强下，以热能形式耗散过剩光能。D1蛋白周转保护机制是通过D1蛋白的合成和降解的动态平衡，耗散过剩光能保护光合机构免受光抑制伤害。结合所学知识，判断以下选项错误的是：（  ）

A.光合作用在光反應固定的太阳能会用于暗反应中C3的还原

B.保护植物免受光抑制伤害过程中，耗散过多光能可能伤害光合机构

C.类囊体薄膜上的光合色素可以将光能转化为ATP中的化学能或转化为热能

D.农业生产中，提供适宜的光照强度可以帮助植物耗散过剩的光能

答案：D

答案解析：A.光反应将太阳能固定为ATP中活跃化学能，再用于C3还原。B.过剩的光能会以热能形式散失，热能过多可能造成温度较高，破坏蛋白质的结构。C.光合色素的作用主要是转化太阳能为ATP化学能，叶黄素可以将过剩光能转化为热能。D.过低或过高的光照强度都会造成光合作用强度降低，所以需要提供适宜的光照强度，但是通过叶黄素循环热耗散机制D1蛋白周转保护机制耗散过剩的光能。

命题思路：光合作用中物质和能量的变化及相互关系、影响光合作用强度的环境因素，是光合作用的教学重难点。细胞能量提供和利用的最终源头是阳光，通过光合作用，将光能主要转换为ATP中的化学能，用于暗反应中C3的还原。A、C选项考察了这一基础知识。

题目素材取材于【娄永峰、高志民.叶黄素循环和D1蛋白周转在毛竹叶片光保护中的作用.植物科学学报.2020，38（01）：134-142】，研究了光合作用中能量转化的热能途径和植物应对的自我保护机制。希望学生对照素材能提取到这些关键信息，整合到自身已有的知识体系中。C选项的目的就是考查学生信息提取、将提取信息整合的能力，需要考生从耗散热能联想到高温，再联想到高温破坏蛋白质结构，思维转化的过程相对较长。在C选项的基础上，考生能推理出B选项热能的后续效应是和蛋白质变性相关联。考生对D选项光照强度影响光合作用的理解中可能存在偏差，部分考生将适宜的光照强度当成耗散过剩的光能后植物的相对稳定状态（结果）的原因，实际上适宜的光照强度不会产生过剩光能，产生耗散过剩的光能后植物的相对稳定状态（结果）的原因是叶黄素循环热耗散机制D1蛋白周转保护机制的存在。

例2：植物需要光能维持生命，但过多的光会诱导活性氧的产生，对植物造成伤害，形成光合作用强度下降的光抑制现象。针对光抑制，植物进化出了诸多光保护机制。如D1蛋白周转保护机制是通过D1蛋白的合成和降解的动态平衡，耗散过剩光能，保护光合机构免受光抑制伤害，保证光系统Ⅱ光化学效率（即光合能力）的相对稳定。但有研究者发现，在正常晴天6点至18点，毛竹光系统Ⅱ光化学效率在11点到15点有显著下降。结合所学知识，判断以下选项错误的是：（  ）

A.过多光照使植物体内过氧化氢酶基因表达量相对较高

B.D1蛋白的合成和降解的动态平衡说明基因表达随时在根据环境变化进行调整

C.晴天中午的高温造成了光合作用相关蛋白质的永久性失活

D.说明毛竹的光防御系统未被破坏

答案：C

解析：A.题干“过多的光会诱导活性氧的产生，对植物产生伤害”说明H2O2产量较大，细胞清除H2O2的过氧化氢酶催化降解。A正确。B.同种蛋白质的合成降解说明在不同时空，相应基因有选择的表达。B正确。C.光系统Ⅱ光化学效率在晴天中午明显下降，原因可能是高温造成了光合作用相关蛋白质的活性下降，但后续曲线回升，说明蛋白质活性，没有永久性失活。C错误。D.光系统Ⅱ光化学效率在晴天中午明显下降，但后续曲线回升，说明光防御系统可恢复，未被破坏。D正确。

命题思路：题目素材取材于【娄永峰、高志民.叶黄素循环和D1蛋白周转在毛竹叶片光保护中的作用.植物科学学报.2020，38（01）：134-142】，该题研究了光合作用中产生的光抑制现象和植物应对的机制。

A选项，题干光抑制现象中活性氧的过量现象，考生可以联想到过氧化氢酶的催化降解；B选项，D1蛋白的合成和降解的动态平衡，考生可以联想到基因的选择性表达。

利用实验结果、图表、曲线等创设情境，考察光合作用的过程、影响因素及在农业生产上的应用，及信息提取处理的能力和综合运用的能力，是高考试题的常见类型。C、D两个选项基于上述目的，节选了素材中的实验结果，展示了光系统Ⅱ的最大光化学效率（即光合能力）和光强的关系。由题干分析可知，午间光强较大时光合能力有所下降；后续光强减弱，光合能力又恢复，考生可以推理出，D选项光防御系统未被破坏。联想到光强较大时有可能导致高温使蛋白质结构改变引发蛋白质永久性失活，考生可能会推理C选项正确。但结合D选项，会调整分析思路，蛋白质结构活性可能受到影响，只是没有到永久性失活的程度。从该题目中考查了材料间相互印证推理的能力。

结束语

生物试题作为测量工具，需要具有有效的测评性、诊断性。利用有价值的科技文献对试题进行情境化设计，既可以激发考生对学习研究的兴趣；又能以情境为载体，有效考查考生归纳概括、知识迁移、演绎推理等科学思维的能力；同时还有利于知识和最新科学研究实践之间的联系，引导学生建立正确的生命观和科学发展观。这两则案例，每例涉及4个知识点。其中部分选项属于理解记忆的水平，其他选项在理解记忆的基础上，强化了知识迁移、演绎推理的应用，在考查考生對基础知识的记忆和理解的同时，也考察了多角度分析推理的生物学素养能力。为了测出学生的真实水平，避免影响试题有效性，选项尽量做到有一定的迷惑性，将学习过程中跨度较大章节中的知识点联系起来，增强学生对知识点的灵活应用能力。

参考文献

[1]林荣呈，杨文强，王柏臣，等.光合作用研究若干前沿进展与展望[J].中国科学：生命科学，2021，51（10）：1376-1384.

[2]李杰，施茵茵.基于科技文献进行高三生物学原创试题的命制[J].生物学教学，2017，42（4）：57-59.

[3]唐波林.高中生物有效试题的设计与研究[D].桂林：广西师范大学，2013.

[4]刘越，许轲.试论科技期刊文献资源的教学情境转化[J].生物学教学，2021，46（12）：16-17.

[5]戴亚.在高中生物学教学中通过科技文献阅读培养思辨能力[J].生物学通报，2020，55（9）：42-44.

[6]许轲，刘越.从科技文献中提炼情境式核心素养素材[J].中学生物教学，2021（05）：30-34.

[7]赵清杰，张红艳.基于真实科研情境的“免疫调节”专题复习[J].生物学通报，2021，56（6）：16-20.

[8]李杰，施茵茵.基于科技文献进行高三生物学原创试题的命制[J].生物学教学，2017，42（4）：57-59.

[9]娄永峰，高志民.叶黄素循环和D1蛋白周转在毛竹叶片光保护中的作用[J].植物科学学报，2020，38（1）：134-142.

本文系珠海市教育科研规划课题：科技文献的真实情境在高中生物学教学中的应用与实践。课题编号：2023ZHGHKT109。