基于科技论文的植物生理类原创试题命制

钟佩英

(广东省佛山市三水区实验中学)

以科技论文为素材进行试题命制不仅可以保证试题的科学性,还能体现试题的能力立意,且命题效率高、质量好、不容易撞题。本文以植物生理相关的科技论文为素材命制原创试题,对学生生物学核心素养水平进行考查。

1.试题呈现

花生是重要的油料作物,干旱和养分缺乏是限制其生长发育的2个主要因素。为探究施氮肥对花生抗旱性的影响及调控机制,科研工作者将长势一致的花生植株分别进行处理,培养一段时间后测定相关指标,处理方式及结果如表1。回答下列问题:

表1 不同处理条件下花生相关指标

(1)可以与丙组形成相互对照的组别有_____________________________________________________。

(2)结合表1分析,施氮肥处理和干旱处理对花生光合作用的影响存在________(填“协同”或“抗衡”)关系。请从光合作用的角度分析施氮肥可提高花生植株生物量的原因__________________________________________________________________________________________________________。

(3)对4种处理中的花生根系与酚类物质合成有关基因的表达差异进行分析,结果如图1所示(黑色代表基因表达量,白色代表基因未表达,其宽度代表基因的数量)。由图表可推测_____________________________________________________处理表现出与甲组相反的基因调控模式。研究表明,酚类物质可以通过提高过氧化物酶的活力来消除和减轻因干旱引发的活性氧伤害,增强作物的抗旱性。请结合本实验分析施用氮肥提高花生抗旱性的机制_____________________________________________________。

图1 不同处理下酚类物质合成有关基因的表达差异

(4)干旱胁迫下花生植株生长发育的调控是由基因表达调控、激素调节和环境因素调节共同完成的,请在图2中补充合适的箭头,表示三者的相互作用关系。

图2

【参考答案】(1)甲组、丁组(2分) (2)抗衡(1分) 氮元素参与叶绿素、与光合作用有关的酶、NADPH、ATP、磷脂等化合物的合成,从而提高光合速率,制造更多的有机物,提高花生植株生物量(2分) (3)正常供水+施用氮肥和干旱胁迫+施用氮肥(2分) 施用氮肥改变了干旱条件下花生根系酚类物质合成有关基因的表达,增加酚类物质含量,使植株抗氧化酶活性增强,从而消除和减轻因干旱引发的活性氧伤害,提高了干旱胁迫下花生的抗旱性(3分) (4)见图3(2分)

图3

2.试题命制素材及意图

2.1 命题素材来源及处理

素材源于丁红等2023年1月发表在《作物学报》上关于氮素缓解花生干旱胁迫的生理和转录调控机制的文章。本题以科学研究为背景,聚焦解决农业生产问题,综合考查相关概念,注重考查学生融会贯通、灵活运用所学知识的能力。

笔者选取了论文中对花生的处理方式、一年的生物量、根系总酚含量和对不同处理下花生根系差异表达基因的分析。素材加工中注意简化了实验数据,通过文字、表格和图示呈现研究结果,丰富题干的材料情景,考查学生获取信息,解决实际问题的能力。本试题注重对关键能力、学科素养和思维品质等方面的考查。具体考查的知识、能力及核心素养如表2所示。

表2 本题考查分析

2.2 问题设计

设问是命题的核心环节,要立足于教材知识、紧扣材料信息,关注对学生科学素养的考查。本题在问题的设计上形式多样,遵循学生的思维发展要求,且由易到难,具有一定的梯度,设问之间具有一定的思维延续性。

第(1)小题考查实验基础知识和信息整理能力。要求学生从表格中的处理方式分析自变量,甲组与丙组的自变量为是否干旱胁迫,丙组与丁组的自变量为是否施用氮肥。由此可推理出与丙组(干旱组)形成相互对照的有甲组和丁组。

第(2)小题第一空考查对实验结果的分析。分析表格数据,与甲组对比后可知,施氮肥处理花生生物量增多,干旱处理花生生物量减少,而花生植株可以通过光合作用制造有机物增加生物量,因此施氮肥处理和干旱处理对花生光合作用的影响存在抗衡关系。第二空考查学生运用所学知识解决问题的能力。同时设置长句表达也使作答难度加大。

第(3)小题第一空考查图文分析能力。据题意“黑色代表基因表达量,白色代表基因未表达,其宽度代表基因的数量”以及图中甲组与乙组、丁组的基因表达的差异可作答。第二空主要考查学生图表信息的获取能力以及语言表达能力。

第(4)小题考查学生整体性思维。整体分析题目干旱和氮素这些外界因素能影响基因的表达从而对植物生命活动进行调控,同时联系教材中脱落酸能促进气孔关闭等信息,构建模型。

3.命题反思

3.1 立足教材,聚焦学科素养

科技论文中涉及的实验技术、科学名词等对于高中生来说可能超纲,因此试题的命制要立足于教材,按照《课程标准》中的学科素养进行命制,适当对论文进行删减、修改或在题干给予足够的提示,利于学生作答。

3.2 选材关注社会热点,注重考查思维品质

高中阶段植物生理的内容主要涉及水、无机盐、植物的光合作用和植物生命活动的调节等。在选材时应关注最新的研究进展,聚焦解决农业生产中的实际问题,基于教材的知识考查学生的关键能力,设计开放性设问,考查学生的创新性。

3.3 确保试题的准确性和有效性

试题命制后需选择教师和有代表性的学生进行测试,根据测试结果不断打磨试题,确保试题科学严谨、简洁,并能较好地考查学生生物学学科核心素养发展水平。