安徽 孫影芝 禹 萍

關鍵能力是指即將進入高等學校的學習者在面對與學科相關的生活實踐情境或學習探索情境時，高質量地認識問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力。它是生物學學科核心素養(yǎng)的要求之一，又是《中國高考評價體系》(以下簡稱《評價體系》)“四層”的考查內容之一。全國卷高考試題看似簡單、平穩(wěn)、溫和，考查的內容多源于教材，但考查方式卻高于教材，處處滲透著對關鍵能力的考查。光合作用是地球上最重要的生命活動，是高中生物學學習的重點，也是難點，其內容多而復雜，各地高考題中都能看到它的身影?；诖?，筆者在原創(chuàng)命題研究中，采用真實新穎的情境作為載體，以培養(yǎng)學生歸納與概括、分析與綜合、演繹與推理等綜合應用能力，考查學生的知識獲取能力和思維認知能力等關鍵能力為落腳點，編制了一道關于光合作用的高三模考試題。

1.原創(chuàng)試題展示

1.1 原創(chuàng)試題

光合作用受多種因素影響，為探究高濃度CO2下氮素供應形式對植物光合作用的影響，研究人員以武運粳稻為實驗材料，在人工氣候室利用無土栽培技術進行了相關實驗，部分結果如表1所示。請回答有關問題。

表1

(1)無土栽培在配制培養(yǎng)液時，除了考慮各種礦質元素的種類和比例外，為保證植物正常生長，還需要考慮_______________等理化指標。(答出兩點即可)

(2)表中X處理措施應為___________。

據表分析，能夠顯著提高該水稻凈光合速率的氮素形態(tài)是________。據表中數據，從光合作用的角度分析，該種形式的氮素使凈光合速率提高的原因可能是____________。

(3)光合作用的產物有一部分可轉化成蔗糖，鉀離子能促進蔗糖從葉片運至果實。以灌漿期的水稻作為實驗材料，用同位素標記技術設計實驗驗證鉀離子上述作用。

請完善以下實驗思路并預期結果：

實驗思路：

①將生長狀況一致的水稻平均分成兩組，編號A、B；

②A組供應較低濃度的鉀離子，B組提供適宜濃度的鉀離子；

③將A、B兩組水稻置于同一人工氣候室中培養(yǎng)，通入________，一段時間后檢測________________。

預期結果：___________________________。

1.2 參考答案與評分細則

(1)pH、滲透壓、溫度、溶氧量等(2分，任答出兩點即可)

(2)大氣CO2濃度+氨態(tài)氮(1分) 氨態(tài)氮(1分) 有利于光合作用有關酶的合成(或者提高光合作用有關酶的活性或有利于光合產物的運輸)(2分)

(3)14CO2(1分) A、B兩組植株葉片和籽粒的放射性(2分)

若葉片放射性A大于B，籽粒放射性A小于B，則可驗證這一觀點(2分)

2.試題命制背景和意圖

2.1 素材來源

真實的情境能調動學生在解決問題中運用生物學必備知識和關鍵能力的能力。本題的素材主要來自學術期刊中的兩篇關于光合作用的科研論文。筆者在閱讀文獻時發(fā)現(xiàn)，這兩篇論文的內容、方法與學生的認知貼近，又高于學生的知識經驗，于是選取論文中學生可以理解的內容、數據等，按照《評價體系》中“四翼”的考查要求，將論文的內容進行刪改、拆分和重組。試題情境具有適度的復雜性，信息充分又相對簡明。在題目設問上，力求做到新穎、科學、規(guī)范，指向關鍵能力的不同方向和水平。

2.2 素材分析

兩篇科研論文中涉及很多與光合作用有關的生物學概念以及研究方法，筆者從中找出蘊含的科學知識和概念，進行分析和研究后繪制出如圖1所示的概念圖。

圖1

學生對植物生命的認識往往是碎片化的，在他們的認知結構中，光合作用、滲透作用、主動運輸往往是一個個孤立的生理過程，通過圖1，學生能清楚地了解綠色植物各器官之間的分工與聯(lián)系，直觀地了解綠色植物與外界環(huán)境之間的關系，深入理解生命系統(tǒng)是一個統(tǒng)一的整體，有利于建立生命的系統(tǒng)觀。

3.指向關鍵能力的命題目標分析

3.1 考查知識獲取能力的問題設置

經過素質教育的培養(yǎng)，知識獲取能力強的學習者應當能夠閱讀和理解學科的各種主要文本、基本符號，能夠客觀、全面地獲取相關信息，能夠從情境中提取有效信息；能夠準確概括和描述學科所涉及的基本現(xiàn)象特征及其相互關系，并從中發(fā)現(xiàn)問題；能夠透過現(xiàn)象看到本質，發(fā)現(xiàn)隱含的規(guī)律或原理；能夠對學科基本知識進行結構化理解，形成學科知識網絡。本題通過設置第(1)小題、第(2)小題①②問，考查學生知識獲取能力。

第(1)小題，考查學生對植物生存所需環(huán)境條件的認知。無土栽培過程中，水稻通過根系從培養(yǎng)液中吸收水分和無機鹽，細胞滲透吸水，那么培養(yǎng)液的滲透壓要小于細胞液；植物吸收無機鹽的方式主要是主動運輸，充足的O2供應有利于能量的供應。由此學生就能夠根據題目中的有效信息，提煉出隱含的概念和原理，歸納得出正確結論。

第(2)小題，設問①要求學生能夠根據表格中的信息對實驗自變量做出判斷，根據實驗設計的單一變量原則，得出X條件應為大氣CO2濃度和氨態(tài)氮。設問②要求學生能夠從復雜的實驗數據中找到關鍵因素，相同大氣CO2濃度下，氨態(tài)氮組比硝態(tài)氮組凈光合速率更高，從而做出正確判斷。

3.2 考查思維認知能力的問題設置

“思維認知能力”是指學習者在面對生活實踐或問題情境時，發(fā)現(xiàn)新問題、運用新方法、解決新問題、獲得新結論的過程中表現(xiàn)出來的思維能力，是激發(fā)個體好奇心、想象力、塑造創(chuàng)新人格所必須具備的能力基礎。

發(fā)散思維、逆向思維、批判思維是創(chuàng)新思維的重要特征。第(2)小題的第③問，把光合作用的重要概念融入到問題情境中，要求學生通過敏銳的洞察力，從圖表中獲取硝態(tài)氮條件下葉綠素含量高于氨態(tài)氮組，但凈光合速率卻低于氨態(tài)氮組這一關鍵信息，從而發(fā)現(xiàn)新問題，激發(fā)新的思考，擺脫葉綠素含量高，光合速率就高的思維定式的束縛，得出新結論。解題思路如圖2所示。

圖2

本題需要學生有較強的歸納概括能力、演繹推理能力、批判性思維能力、辯證思維能力，才能夠獨立思考，邏輯思辨，大膽地提出有創(chuàng)造性的看法，得出正確結論。

3.3 考查學生實踐操作能力的問題設置

“實踐操作能力”是指學習者在面對生活實踐情境或學習探索情境時，進行學以致用的學科認知操作和行動操作的過程中表現(xiàn)出的穩(wěn)定的個性心理特征，是理論聯(lián)系實際所必須具備的能力基礎。主要包括：實驗設計能力、數據處理能力、信息轉化能力、動手操作能力、應用寫作能力、語言表達能力，合作創(chuàng)新能力等。

實驗探究能力是生物學自然科學屬性的鮮明體現(xiàn)，近些年全國卷高考每年都有凸顯生物學的科學課程屬性的試題出現(xiàn)。第(3)小題的問題設置，正是基于此目的，讓學生在新情境中選擇實驗材料，設計并完善相關方案，考查學生實驗設計能力和語言表達能力。為降低難度，本題以填空題的形式呈現(xiàn)。

同位素標記法是生物科學研究中的重要方法，必修 1教材中有三個經典實驗。通過這些實驗的學習，學生已經知道這種方法可以追蹤物質的運行軌跡。

基本步驟及解題思路：

①選擇標記元素

追蹤光合產物糖類的運行軌跡，可選擇14C標記糖類，因此為水稻提供14CO2。

②檢測放射性物質出現(xiàn)的位置及放射性強度

若K+有利于光合作用產物從源器官運往庫器官，則與對照組相比，K+濃度增加組，庫器官的放射性應更強。

4.答題情況分析

4.1 試題得分情況

本題作為安徽省馬鞍山市理科綜合模擬考試第29題，10 378名學生參與測試，獲得數據如表2所示。

表2

4.2 答題情況分析及教學建議

從考試結果看，整題區(qū)分度為0.27，區(qū)分效果一般。第(3)小題均分較低，但區(qū)分效果較好，說明實驗設計確實能檢測學生的科學思維及實驗探究能力。第(2)小題難度系數在正常范圍內。本題問題指向明確，但是區(qū)分度不能達到要求，推測可能原因有兩個：一是理科綜合答題時間緊，學生未能細致準確地審題；二是為追求題目簡潔，試題中引導性的關鍵語句不夠。如果修改為“氮素可用于合成與光合作用有關的多種物質，實驗數據表明，高濃度CO2下氨態(tài)氮組比硝態(tài)氮組葉綠素含量低，但是凈光合速率卻比較高，從光合作用的角度分析，原因可能是____________?！?/p>

通過有效引導，激發(fā)學生思維，本題的難度系數會降低，區(qū)分度會更好。

高考需為高校選拔人才服務，因此高考試題必須保證具有一定的難度及區(qū)分度，強化能力立意。社會發(fā)展變化對人才提出了新要求，高考加大了對學生在信息時代應具有的閱讀能力、獲取信息的能力和思辨能力的考查?！皟r值引領，素養(yǎng)導向，能力為重，知識為基”，這是新時代高考命題的新理念?；诖?，今后在日常教學和復習備考時，筆者認為應做好以下幾點：第一，要以知識為基，重視生物學基本概念的學習，必備知識是提升關鍵能力的基礎。在基本概念、原理與方法的基礎上構建整體知識框架，從而深入理解知識之間的內在聯(lián)系，形成完整的知識結構。第二，要充分利用教材，適當拓展教材，特別是要用好教材中的經典實驗。例如分泌蛋白的合成和運輸實驗、光合作用發(fā)現(xiàn)歷程中的卡爾文實驗等，這些都是科學事實的最好材料，教學時應在對這些實驗再認識的基礎上，強化科學思維與方法的訓練。第三，要重視科學思維的培養(yǎng)，注意思維嚴謹性和表達準確性的訓練。例如原因闡釋類問題，一般是在題目中找到與問題有關的條件信息，然后建立問題與條件之間的聯(lián)系，一般要經歷具體(題目信息)—抽象(概念原理)—具體(問題結論)的過程，再用簡潔而準確的語言表達，這樣回答問題就不會犯下空說理論的錯誤。第四，要聚焦問題情境。教師要引領學生運用所學知識在情境中解決問題，實現(xiàn)知識的遷移應用。用聚焦社會問題的情境培養(yǎng)學生的科學探究能力和社會責任意識，用聚焦科技問題的情境提升學生的創(chuàng)新能力，用聚焦生活問題的情境培養(yǎng)學生將對生活世界的感知轉化為生物概念。

生物學課程，既以提高學生生物學學科核心素養(yǎng)為宗旨，也是樹立社會主義核心價值觀、落實立德樹人根本任務的重要載體。沒有知識和能力，就沒有學科核心素養(yǎng)的形成。評價作為教育的一個基本環(huán)節(jié)，具有重要的導向作用。在試題命制時，也應堅持以學生的發(fā)展為本，以學科課程內容為依據，聚焦學科核心素養(yǎng)，以提升學生關鍵能力，尤其應以培養(yǎng)學生的思辨、創(chuàng)新等高階思維能力為目標。