科學(xué)實(shí)踐情境測評視域下2021年生物學(xué)高考試題分析

隋暢 李秋石

摘要以2021年生物學(xué)高考試題為例，分析歸納試題中科學(xué)實(shí)踐情境的呈現(xiàn)方式與測評維度?？茖W(xué)實(shí)踐情境主要圍繞三方面展開，真實(shí)科研探索過程、生活生產(chǎn)需求以及社會(huì)性科學(xué)議題，以此考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)、工程技術(shù)素養(yǎng)以及社會(huì)責(zé)任轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)高考試題 科學(xué)實(shí)踐情境 測評分析

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

高中生物學(xué)課程是科學(xué)領(lǐng)域的重要課程之一，而科學(xué)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，“作為實(shí)踐的科學(xué)”促使科學(xué)教學(xué)要關(guān)注科學(xué)實(shí)踐情境的創(chuàng)設(shè)和運(yùn)用，促進(jìn)科學(xué)探究與科學(xué)實(shí)踐的轉(zhuǎn)化?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在課程目標(biāo)中明確提出，學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)能夠掌握科學(xué)探究的思路和方法，形成合作精神，善于從實(shí)踐的層面探討或嘗試解決現(xiàn)實(shí)生活問題，具有開展生物學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的意愿和社會(huì)責(zé)任感。教育部考試中心于2019年11月出臺(tái)了《中國高考評價(jià)體系》，提出以“生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索問題情境為載體”承載考查內(nèi)容。由此可以看出，科學(xué)實(shí)踐測評的重要性。高考作為全國選拔人才的重要形式，其試題對于教育研究者們有很強(qiáng)的參考與借鑒意義，通過對2021年科學(xué)實(shí)踐情境化高考試題分析，發(fā)現(xiàn)試題中科學(xué)實(shí)踐情境主要圍繞三方面展開，真實(shí)科研探索過程、生活生產(chǎn)需求以及社會(huì)性科學(xué)議題，以此考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)、工程技術(shù)素養(yǎng)以及社會(huì)責(zé)任轉(zhuǎn)化。

1結(jié)合真實(shí)科研探究過程，發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)

試題結(jié)合真實(shí)科研探索過程，能夠加深學(xué)生科學(xué)知識(shí)的掌握，激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維與科學(xué)探究能力，從而促進(jìn)學(xué)生提升實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)。通過對高考題進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)考查要點(diǎn)主要分為以下三類。

1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類，如2021年高考全國乙卷理綜生物第32題第1問，題中創(chuàng)設(shè)真實(shí)雜交實(shí)驗(yàn)情境，呈現(xiàn)以灰體純合子雌果蠅和黃體雄果蠅為實(shí)驗(yàn)材料，要求學(xué)生設(shè)計(jì)雜交實(shí)驗(yàn)以獲得黃體雌果蠅。這部分主要涉及基因自由組合定律以及伴性遺傳規(guī)律應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)。答題關(guān)鍵在于利用分離定律思維解決自由組合定律概率計(jì)算問題，意在考查考生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問題的能力，有助于學(xué)生形成良好的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)。2信息處理類，如2021年廣東省生物學(xué)高考試題第14題，創(chuàng)設(shè)了學(xué)生去香蕉種植合作社開展研學(xué)活動(dòng)的真實(shí)情境，以乙烯利溶液為處理劑，研究乙烯對香蕉的催熟過程，并呈現(xiàn)設(shè)計(jì)的技術(shù)路線圖，培養(yǎng)了學(xué)生根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)過程，進(jìn)行信息處理與實(shí)驗(yàn)分析的能力，從而指向?qū)嶒?yàn)探究素養(yǎng)的落實(shí)。3綜合運(yùn)用類，如全國甲卷生物試題第30題、河北省高考生物試題第19題、廣東省生物學(xué)高考試題第14題，題中皆創(chuàng)設(shè)某研究人員的真實(shí)實(shí)驗(yàn)探究過程，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與問題環(huán)環(huán)相扣，從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)選材4個(gè)維度對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力進(jìn)行考查，增強(qiáng)學(xué)生的科研代入感，培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境下進(jìn)行科研探索的能力，進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)。

【例1】（2021·全國甲卷·30題）用一段由放射性同位素標(biāo)記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標(biāo)記的脫氧腺苷三磷酸（dATP，dA-Pα～Pβ～Pγ，）等材料制備了DNA片段甲（單鏈），對W基因在染色體上的位置進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)流程的示意圖如圖1所示。

回答下列問題：

（1）該研究人員在制備32P標(biāo)記的DNA片段甲時(shí)，所用dATP的α位磷酸基團(tuán)中的磷必須是32P，原因是。

（2）該研究人員以細(xì)胞為材料制備了染色體樣品，在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是。

（3）為了使片段甲能夠通過堿基互補(bǔ)配對與染色體樣品中的W基因結(jié)合，需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA。

（4）該研究人員在完成上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又對動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)某基因的mRNA進(jìn)行了檢測，在實(shí)驗(yàn)過程中用某種酶去除了樣品中的DNA，這種酶是。

參考答案：

（1）dATP分別脫掉α、β位上的磷酸基團(tuán)后，成為構(gòu)成DNA分子的基本單位

（2）防止RNA與DNA片段甲堿基互補(bǔ)配對，影響基因在染色體上的定位

（3）解螺旋為單鏈

（4）DNA（水解）酶

分析：題干中給出某研究人員使用放射性同位素32P標(biāo)記的脫氧腺苷三磷酸（dATP，dA-Pα～Pβ～Pγ）等材料制備DNA片段甲，對W基因在染色體上的位置進(jìn)行研究的實(shí)驗(yàn)流程示意圖，實(shí)驗(yàn)流程為實(shí)驗(yàn)材料的制備、混合、漂洗和放射性檢測。試題通過呈現(xiàn)研究人員實(shí)驗(yàn)探索過程的真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境，從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)選材4個(gè)維度對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力進(jìn)行考查，發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)。

根據(jù)題意，通過將32P標(biāo)記的DNA分子與被測樣本中的W基因進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對，形成雜交帶，可以推測出W基因在染色體上的位置。本題共設(shè)置4個(gè)問題，首先是實(shí)驗(yàn)原理的考查：其中（1）和（4）分別考查學(xué)生對ATP、DNA的分子組成結(jié)構(gòu)以及堿基互補(bǔ)配對原則的掌握，dATP脫去Pβ和Pγ后，則為嘌呤脫氧核苷酸，是合成DNA的原料之一，并且只有DNA分子解旋后的單鏈片段才能與32P標(biāo)記的DNA片段甲進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對，所以需要對樣品中的DNA分子進(jìn)行解旋處理。其次，是對科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的考查：該研究人員以細(xì)胞為材料制備了染色體樣品，在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子，提問去除RNA分子的目的，考查了控制變量法，RNA分子也可以與染色體DNA進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對，因此去除RNA分子是防止RNA與DNA片段甲堿基互補(bǔ)配對，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，關(guān)于實(shí)驗(yàn)材料的選擇：該研究人員在完成上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又對動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)某基因的mRNA進(jìn)行了檢測，在實(shí)驗(yàn)過程中用某種酶去除了樣品中的DNA，這種酶是什么？本題需要學(xué)生依據(jù)酶的專一性原則選擇能夠水解DNA的酶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只有DNA酶可以水解DNA分子從而去除樣品中的DNA。

2結(jié)合生活生產(chǎn)需求，落實(shí)工程技術(shù)素養(yǎng)生物工程與技術(shù)是以生物學(xué)知識(shí)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，以人類生產(chǎn)生活需求為目標(biāo)進(jìn)行的開發(fā)創(chuàng)造，是推動(dòng)生物學(xué)不斷進(jìn)步，提高人類生活質(zhì)量的關(guān)鍵，因此提升學(xué)生工程技術(shù)素養(yǎng)成為科學(xué)教育領(lǐng)域的重點(diǎn)目標(biāo)。工程技術(shù)素養(yǎng)主要包括生物學(xué)工程技術(shù)的理解、掌握、應(yīng)用、創(chuàng)新改造和評價(jià)等，可分為技術(shù)知識(shí)與文化、技術(shù)能力、技術(shù)態(tài)度與責(zé)任3個(gè)維度。例如，廣東省生物學(xué)高考試題第21題創(chuàng)設(shè)了提高甘蔗整體利用價(jià)值的生產(chǎn)需求情境，以工程技術(shù)素養(yǎng)為載體考查微生物的分離和計(jì)數(shù)的相關(guān)知識(shí)。全國乙卷生物試題第37題創(chuàng)設(shè)了利用微生物發(fā)酵制作醬油的生產(chǎn)需求情境，以中華傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)—醬油的制作為情境載體，促進(jìn)工程技術(shù)素養(yǎng)的落實(shí)。全國甲卷生物試題第37題創(chuàng)設(shè)了有關(guān)加酶洗衣粉的生活情境，通過呈現(xiàn)某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較幾種洗衣粉的去漬效果，加強(qiáng)與實(shí)際生活的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決生活中具體問題的能力，從而促進(jìn)工程技術(shù)素養(yǎng)生成。

【例2】（2021·全國乙卷·37題）工業(yè)上所說的發(fā)酵是指微生物在有氧或無氧條件下通過分解與合成代謝將某些原料物質(zhì)轉(zhuǎn)化為特定產(chǎn)品的過程。利用微生物發(fā)酵制作醬油在我國具有悠久的歷史。某企業(yè)通過發(fā)酵制作醬油的流程示意圖如圖2所示。

回答下列問題：（1）米曲霉發(fā)酵過程中，加入大豆、小麥和麥麩可以為米曲霉的生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，大豆中的________可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中的淀粉可為米曲霉的生長提供_______。

（2）米曲霉發(fā)酵過程的主要目的是使米曲霉充分生長繁殖，大量分泌制作醬油過程所需的酶類，這些酶中的_____、________能分別將發(fā)酵池中的蛋白質(zhì)和脂肪分解成易于吸收、風(fēng)味獨(dú)特的成分，如將蛋白質(zhì)分解為小分子的肽和______。米曲霉發(fā)酵過程需要提供營養(yǎng)物質(zhì)、通入空氣并攪拌，由此可以判斷米曲霉屬于__________（填“自養(yǎng)厭氧”“異養(yǎng)厭氧”或“異養(yǎng)好氧”）微生物。

（3）在發(fā)酵池發(fā)酵階段添加的乳酸菌屬于_______（填“真核生物”或“原核生物”）：添加的酵母菌在無氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)物是________在該階段抑制雜菌污染和繁殖是保證醬油質(zhì)量的重要因素，據(jù)圖分析該階段中可以抑制雜菌生長的物質(zhì)是_________（答出1點(diǎn)即可）。

參考答案：

（1）蛋白質(zhì) 碳源

（2）蛋白酶 脂肪酶 氨基酸 異養(yǎng)好氧

（3）原核生物 二氧化碳、酒精 NaCl（或乳酸或 酒精）

分析：此題隸屬于生物技術(shù)實(shí)踐版塊，題目創(chuàng)設(shè)呈現(xiàn)某企業(yè)通過微生物發(fā)酵制作醬油的生產(chǎn)實(shí)踐情境，考查學(xué)生對微生物培養(yǎng)、傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的原理及應(yīng)用，以生產(chǎn)實(shí)踐情境為載體促進(jìn)技術(shù)知識(shí)與文化、技術(shù)能力、技術(shù)態(tài)度與責(zé)任3個(gè)維度的落實(shí)，從而提升學(xué)生的工程技術(shù)素養(yǎng)。

在技術(shù)知識(shí)與文化方面：題干中表明利用微生物發(fā)酵制作醬油在我國具有悠久的歷史，彰顯中華民族悠久的文化歷史，堅(jiān)定學(xué)生的文化自信，宣傳了技術(shù)文化.本題共設(shè)置3個(gè)問題，前兩個(gè)問題主要考查技術(shù)知識(shí)維度，微生物生長的環(huán)境與習(xí)性、酶的種類與功能，如微生物的生長需要碳源、氮源、水分和無機(jī)鹽，而大豆中富含蛋白質(zhì)，可為米曲霉的生長提供氮源，小麥中富含淀粉，可為米曲霉的生長提供碳源。在技術(shù)能力方面，本題第3問側(cè)重于學(xué)生應(yīng)用技術(shù)知識(shí)分析解決問題的能力，要求學(xué)生根據(jù)流程圖分析發(fā)酵階段中可以抑制雜菌生長的物質(zhì)。解決這個(gè)問題，學(xué)生要知道醬油制作過程中需防止雜菌污染，通過添加食鹽，利用其改變滲透壓的原理，可以抑制雜菌微生物的生長，除此以外，題目中所添加的酵母菌和乳酸菌，其發(fā)酵產(chǎn)物酒精和乳酸也能抑制雜菌微生物的生長。在技術(shù)態(tài)度與責(zé)任方面，題目中舉例說明發(fā)酵工程在食品以及工業(yè)生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價(jià)值，鼓勵(lì)學(xué)生將自己所擁有的技術(shù)知識(shí)、技術(shù)能力創(chuàng)造性地應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活，利于培養(yǎng)學(xué)生形成具有創(chuàng)造性和可實(shí)踐性的技術(shù)態(tài)度。

3結(jié)合社會(huì)性科學(xué)議題，促進(jìn)社會(huì)責(zé)任轉(zhuǎn)化社會(huì)性科學(xué)議題具有較強(qiáng)的情境性，涉及許多與實(shí)際生活相聯(lián)系的問題，包含價(jià)值判斷，學(xué)生可運(yùn)用所學(xué)知識(shí)尋求相關(guān)證據(jù)參與討論，加強(qiáng)高層次認(rèn)知與思考能力，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)，提升理智參與社會(huì)決策的公民意識(shí)。社會(huì)性科學(xué)議題包括生態(tài)環(huán)境、疫苗等科學(xué)問題，能夠讓學(xué)生基于生物學(xué)的知識(shí)，作出理性解釋和判斷，參與個(gè)人與社會(huì)事物的討論，促進(jìn)學(xué)生社會(huì)責(zé)任的轉(zhuǎn)化。例如，在2021年廣東省生物學(xué)高考試題17題和河北省生物學(xué)高考試題22題中，都呈現(xiàn)了全球變暖的社會(huì)性科學(xué)議題情境。全球變暖是當(dāng)今國際社會(huì)共同面臨的重大問題，以此為情境載體有利于促進(jìn)學(xué)生社會(huì)責(zé)任轉(zhuǎn)化。2021年北京高考生物試卷31題創(chuàng)設(shè)了環(huán)境激素影響小鼠產(chǎn)生精子數(shù)的情境。環(huán)境激素是指由于人類的生產(chǎn)和生活活動(dòng)排放到周圍環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)，其影響了小鼠的生命活動(dòng)，最終可通過食物鏈傳遞影響到人類自己，在考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和比較能力的同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生生態(tài)保護(hù)的意識(shí)，促進(jìn)社會(huì)責(zé)任轉(zhuǎn)化。2021年廣東省生物學(xué)高考試題第1題就呈現(xiàn)了新冠疫情與新冠疫苗情境，全球疫情形勢仍然嚴(yán)峻，新冠疫情無疑成為社會(huì)性科學(xué)議題的聚焦熱點(diǎn)，題干首先闡述我國疫情防控的重大舉措然后轉(zhuǎn)向?qū)缁钜呙绲闹R(shí)考查，表示為更有效地保護(hù)人民身體健康，我國政府正在大力實(shí)施全民免費(fèi)接種新冠疫苗計(jì)劃，充分體現(xiàn)了黨和國家對人民的關(guān)愛，促進(jìn)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感的生成。

【例3】（2021·廣東·17題）為積極應(yīng)對全球氣候變化，我國政府在2020年的聯(lián)合國大會(huì)上宣布，中國于2030年前確保碳達(dá)峰（CO2排放量達(dá)到峰值），力爭在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和（CO2排放量與減少量相等），這是中國向全世界的鄭重承諾，彰顯了大國責(zé)任?；卮鹣铝袉栴}：

（1）在自然生態(tài)系統(tǒng)中，植物等從大氣中攝取碳的速率與生物的呼吸作用和分解作用釋放碳的速率大致相等，可以自我維持_________________。自西方工業(yè)革命以來，大氣中CO2的濃度持續(xù)增加，引起全球氣候變暖，導(dǎo)致的生態(tài)后果主要是________________________________。

（2）生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者獲取碳元素的方式分別是_________________，消費(fèi)者通過食物網(wǎng)（鏈）取食利用，_______________________。

（3）全球變暖是當(dāng)今國際社會(huì)共同面臨的重大問題，從全球碳循環(huán)的主要途徑來看，減少___________和增加________是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的重要舉措。

參考答案：

（1）碳平衡極地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等

（2）光合作用和化能合成作用、捕食、分解作用從而將碳元素以含碳有機(jī)物的形式進(jìn)行傳遞

（3）碳釋放碳存儲(chǔ)分析：本題借助全球變暖社會(huì)性科學(xué)議題，創(chuàng)設(shè)關(guān)于“碳達(dá)峰”與“碳中和”的生態(tài)問題情境，以大國擔(dān)當(dāng)、大國責(zé)任為主題，以碳循環(huán)的過程為主線，以提出應(yīng)對全球變暖的解決措施為落腳點(diǎn)。從全球碳循環(huán)的主要途徑來看，一方面從源頭上減少二氧化碳的排放，主要是減少化石燃料的燃燒、開發(fā)新能源等來減少二氧化碳的產(chǎn)生;林、退耕還林、保護(hù)森林等，使學(xué)生意識(shí)到增加碳存儲(chǔ)和減少碳釋放是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的重要舉措，加強(qiáng)學(xué)生保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識(shí)，促進(jìn)社會(huì)責(zé)任轉(zhuǎn)化。

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