试论任务情境在考查生物学学科核心素养中的作用

  摘 要:核心素养的观念、品格和能力需要借助任务情境进行推测,任务情境的测评也可以推动建构式教学的发展;借助于任务情境可以考查生命观念、科学思维、科学探究和社会责任;任务情境类型有多种,能起到发展生物学科核心素养的重要作用。

  关键词:任务情境;生物学学科核心素养;评价

  考试评价指向核心素养是课程标准的要求。要考查学生的生物学学科核心素养水平,就需要在一定的任务情境中设置不同层次的问题,真实反映学生在分析问题和解决问题的过程中所表现出来的能力、品格和价值观念。这里所说的任务情境是指情境中有任务(或者提出问题),即在呈现情境时一定要提出问题或要求学生完成相应的任务。

  1.创设任务情境是考查核心素养的必然要求

  教学中需要创设情境,考试测评中也需要创设情境。创设真实的任务情境,就是要促进学生“在真实的任务情境中解决真实的问题,促进学生真实地发展”。

  1.1 测评素养水平需要真实的任务情境

  核心素养的本质是个体的内在品质或特性。有些品质或特性具有潜在性,是很难直接测量的[1]。个体所具有的核心素养及其水平,必须借助于他们在解决具体任务(也为情境中的问题)中的表现加以推测和判断。这就是选择任务情境以及使用任务情境考查核心素养的原因。

  如同测评一个人的驾驶素养一样,只有在社会情境中才能真实考查驾驶员的驾驶素养。同样,只有在真实的任务情境中才能考查学生生物学学科核心素养的发展状况。真实的情境呈现真实可靠的问题任务,学生的观念、能力和社会责任意识可以得到真实的体现。

  1.2 情境式测评推动建构教学的发展

  评价是一种基于证据和事实的推理过程。即通过学生在某些评价任务上的表现来推断他们在某些建构上的特征或水平。评价关心的不仅是学生在特定的任务上的外在表现,而是关注导致这些表现背后的各种教学建构。学科核心素养的测评模式强调的就是建构的过程,这一过程的载体是任务情境,在这个任务情境中,学生表现出具体的素养。建构测评反映在课程教学中,就会促进教学的发展,即以建构过程为核心的测评需要在学习过程中得到反映,只有学习过程建构的实现才能保证测评建构的顺利进行,反过来说,测评时的建构可推动学习过程的建构。

  2.创设任务情境考查生物学学科核心素养

  2.1 考查生命观念

  生命观念是由系统观、物质观、结构与功能观、物质和能量观、信息观、稳态与调节观、适应与进化观、生态观等组成。生命观念是抽象和概括的产物,它们由一系列的概念所支撑。考查生命观念通常通过考查概念而得以实现。

  除了考查概念,渗透生命观念外,有些生命观念是可以直接考查的。例如,关于结构与功能观,分子、细胞、个体和生态系统都有其结构,结构决定其功能,考查具体的结构与其功能的关系,是考查生命观念的常考点。

  细胞器是细胞的重要组成成分,各细胞器的功能与其结构密切相关。下列关于细胞器结构和功能的叙述,错误的是

  A.细胞器的种类和数量及分布与细胞功能相适应

  B.分泌蛋白的加工与内质网和高尔基体密切相关

  C.叶绿体和线粒体与细胞内物质和能量的转化有关

  D.无叶绿体和线粒体生物的代谢类型为异养需氧型

  参考答案: D

  在本题中,题干是一个启发式情境,给学生布置任务时予以启发,选项B、C、D也是情境。本题是将抽象的概念转化为具体的情境,考查的是对概念的理解能力,渗透考查的是结构与功能观中的“结构与功能相统一,结构与功能是相适应的”生命观念。

  2.2 考查科学思维

  科学思维的本质是理性思维。理性思维主要是指逻辑思维。逻辑思维主要是判断事物之间的因果关系,即将因与果之间相联系的是逻辑。在生物学的思维体系中,由因推果和由果溯因是重要的科学思维方式。无论是因还是果,都是事实和证据的再现,情境是提供事实与证据的载体。

  科学思维的最高素养水平表现为一系列的能力水平:(1)能够在新的问题情境中,基于事实和证据,采用适当的科学思维方法揭示生物学规律或机制的能力;(2)在面对生活中与生物学相关的问题时,能进行合理的逻辑推理,并作出正确决策的能力。

  【2016年全国Ⅰ卷】果蝇的某对相对性状由等位基因G、g控制,且对于这对性状的表现型而言,G对 g完全显性。受精卵中不存在G、g中的某个特定基因时会致死。用一对表现型不同的果蝇进行交配,得到的子一代果蝇中雌︰雄=2︰1,且雌蝇有两种表现型。据此可推测:雌蝇中

  A.这对等位基因位于常染色体上,G基因纯合时致死

  B.这对等位基因位于常染色体上,g基因纯合时致死

  C.这对等位基因位于X染色体上,g基因纯合时致死

  D.这对等位基因位于X染色体上,G基因纯合时致死

  答案:D

  本题考查致死情境下果蝇的伴性遗传,考查了考生获取信息,进行逻辑推理的科学思维,符合科学思维能力水平的第1条。从“受精卵中不存在G、g中的某个特定基因时会致死”“一对表现型不同的果蝇进行交配,得到的子一代果蝇中雌:雄=2:1。”发现致死的个体是雄蝇,由此推测,基因(G、g)位于X染色体上。写出正常雌蝇可能的基因型是:XGXG、XGXg、XgXg,由“雌蝇有两种表现型”可推知必须是XGXG死亡,才会出来“雌蝇有两种表现型”的事实。

  2.3 考查科学探究

  科学探究是学习科学知识、发展科学思维、形成科学态度和精神的一种过程。科学探究既是学习方式也是研究方式。科学探究表现为一种综合的能力,其本质是提出问题和解决问题,其核心内涵包括探究的问题、方法、过程、结果和交流,科学探究还包括科学态度和精神。学科教学中的科学探究一般包括提出问题、作出假设、制订计划、实施计划、得出结论、表达和交流几个环节。[2]

  科学思维和科学探究的考查常常结合在一起,在科学探究活动中考查学生的科学思维,是常考的方式。考查基于逻辑提出问题、作出假设和预期的能力;探究步骤的设计和评估能力;对科学方法的运用能力;对探究结果的分析和评估能力,等等。

  科学探究的考查需要创设情境,情境是思维的落脚点和着力点。情境的复杂程度决定了思维的深度和探究的难度。

  【2019年全国Ⅰ卷】将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。回答下列问题。

  (1)经干旱处理后,该植物根细胞的吸水能力       。

  (2)与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会       ,出现这种变化的主要原因是       。

  (3)有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。

  参考答案:(1)增强

  (2)降低  气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少

  (3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。

  将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。

  本题依托ABA含量变化对气孔开度的影响这一情境考查了学生的科学探究和科学思维。本题的第(3)问是在第(2)问的基础上,要求学生验证题干中的结论。回答第(3)问时,要确认是验证性实验设计,验证就意味着实验后所获得的结果,是题干中所述的“干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的”,由此对缺失ABA植株进行ABA处理,气孔的开度应该减小。依此进行设计实验,就需要对突变体进行ABA处理,一段时间后,分别测定两组的气孔开度。依据对照原则,还需要设计一组实验进行对照,对照组当然是也要进行ABA处理,但气孔的开度不变。

  2.4 考查社会责任

  在中国学生发展核心素养框架体系中,社会责任素养主要包括家庭责任、集体责任、国家责任和人类可持续发展等多个方面,是个体针对这些责任的认知、情感和行动的综合表现。

  生物学课程标准中,社会责任是指基于生物学的认识,参与个人与社会事务的讨论,作出理性解释和判断,解决生产生活问题的担当和能力。【3】这种担当和能力主要体现在参与意识、解决问题和实践行动三个层面。

  参与意识:学生应能够以造福人类的态度和价值观,积极运用生物学的知识和方法,关注社会议题,参与讨论并作出理性解释,辨别迷信和伪科学。

  解决问题:结合本地资源开展科学实践,尝试解决现实生活问题。

  实践行动:树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念,形成生态意识,参与环境保护实践;主动向他人宣传关爱生命的观念和知识,崇尚健康文明的生活方式,成为健康中国的促进者和实践者。

  在纸笔测试中,想要全面落实这三个层面的社会责任的考查,显然是非常困难的,因为这三个层面中的“实践行动”是外显行为,只能通过观察外在表现进行定量或定性的考查,纸笔测试无法提供实践活动场景,因而不能方便地进行观察考查。但是,外显行为都有内在的逻辑基础,也就是说,内在逻辑是外显的根本支撑。因此,考查内在逻辑就是纸笔测试的落脚点。

  概念是内在逻辑的支撑,思维是逻辑的本质。考查社会责任,应该以概念为载体,思维为表现,即运用概念在分析健康、安全、生态、发展等社会问题和解决这些问题过程中所表现出的思维能力。而社会问题的提出需要依托于相应的社会情境。

  【2020年全国Ⅱ卷】植树造林、“无废弃物农业”、污水净化是建设美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题:

  (1)在植树造林时,一般认为,全部种植一种植物的做法是不可取的。因为与混合种植方式所构建的生态系统相比,按照种植一种植物方式所构建的生态系统,其抵抗力稳定性_______。抵抗力稳定性的含义是_______。

  (2)“无废弃物农业”是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式,其做法是收集有机物质,包括人畜粪便、枯枝落叶等,采用堆肥和沤肥等多种方式,把它们转变为有机肥料,再施用到农田中。施用有机肥料的优点是_______(答出3点即可)。在有机肥料的形成过程中,微生物起到了重要作用,这些微生物属于生态系统组分中的_______。

  (3)在污水净化过程中,除发挥污水处理厂的作用外,若要利用生物来回收污水中的铜、镉等金属元素,请提供一个方案:_______。

  参考答案:

  (1)低  态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力  

  (2)改善了土壤结构;培育了土壤微生物;实现了土壤养分的循环利用    分解者

  (3)种植能吸收这些金属元素的水生植物,再从植物中回收金属     

  本题设置了考查了植树造林、“无废弃物农业”、污水净化3个任务情境,考查学生掌握某些生物学基本原理的状况,又考查了学生运用相关原理解决生产实践问题的能力。

  第(1)问是对植树造林的一种深入思考,帮助考生树立起正确的生态观;第(2)问考查的是对“无废弃物农业”生产中物质循环原理的理解和应用,渗透了生态农业的理念;第(3)问考查的是实践设计和应用能力,渗透了回收资源,保护环境的理念。本题的3个问题是递进关系。

  社会责任的考查离不开情境的创设,离开情境考查社会责任,就生物学科而言往往就是说教,只有在真实的情境中,才能检测出学生的与生物学科有关社会责任意识的建立。情境可以来源于生活、生产和科学研究等。

  3.任务情境的类型和作用

  在一个新的情境中,可以考查学生对于所学概念的理解程度,也可以考查运用概念解决实际问题的能力,这些都是科学思维和科学探究的体现。试题的情境可以是生命科学的研究成果,让学生认识生命科学发展的新成果,激发学生学习科学知识的动力;情境也可以是与生活、生产密切相关的素材,能够很好地考查学生运用已有的知识和技能解决现实中问题的能力;情境素材还可以与身体健康密切相关,在解答试题的过程中,体现出健康生活观念的建立状况。

  3.1 以科学研究为任务情境

  科学研究包括科学研究的成果和科学实验。科学研究的成果可以是前人的研究成果,也可以当今已完成的研究成果。这些成果应该与高中所学的内容联系紧密,或者成果的解释可以通过学生已有的知识进行分析、推理和判断而得出。

  科学实验是生物学的重要组成部分。科学实验包括教材中的学生实验,科学家的研究过程、方法和成果,热点科学研究进展等。科学实验由科学原理、方法、过程、现象和结果组成。以这些素材都可以设置成相应的情境考查学生的科学思维和科学探究。

  【2020年全国Ⅱ卷】细胞内有些tRNA分子的反密码子中含有稀有碱基次黄嘌呤(I)。含有I的反密码子在与mRNA中的密码子互补配对时,存在如图所示的配对方式(Gly表示甘氨酸)。下列说法错误的是

  A.一种反密码子可以识别不同的密码子

  B.密码子与反密码子的碱基之间通过氢键结合

  C.tRNA分子由两条链组成,mRNA分子由单链组成

  D.mRNA中的碱基改变不一定造成所编码氨基酸的改变

  答案:C

  本题所创设的科学研究的情境新颖。试题考查了考生获取信息进行逻辑推理的能力。从题干信息中可知:反密码子CCI对应的密码子有GGU、GGC和GGA,所转运的氨基酸均为甘氨酸,从而可以判断选项A和选项D是正确的。从图示中推理判断密码子与反密码子之间的碱基通过氢键结合,选项B正确。从图示中可以看出tRNA分子是由一条链组成,选项C错误。

  本题考查的内容是对学生已有知识的一种拓展,学生无法依靠死记硬背而获取答案,只能根据已学知识和题干所提供的信息进行推理和判断。本题在让学生理解生命运行机制严谨的同时,渗透了生命能通过有效的机制维护其稳定的特性,以保证在复杂变化的环境中能够稳定生存。本题让学生认识和体会了生命的神奇。

  以我国科学家的研究成果、过程和方法为情境,在考查重要概念、思维和探究过程的同时,还渗透考查了学生社会责任的发展状况。让学生真实体会到我国科学研究的成就,在提高学生的民族自豪感和国家认同的同时,也激发了学生刻苦学习、立志为国家的科技发展作出贡献的使命感【4】44。

  以科学研究的过程和结果为情境,考查重要概念的理解和运用,渗透关爱生命、关爱他人、健康生活的责任意识。例如,以糖尿病的发病机制为情境,考查激素调节和物质代谢的相关知识,同时渗透关爱糖尿病病人,健康生活的责任意识。

  3.2 以健康生活为任务情境

  了解人体的调节机制,学会健康地生活,是学习生物学的重要目的之一。与自身健康有关的试题情境,可以最大限度地激发学生解释生理现象、过程和结果的潜能,既考查了对概念的理解与应用,做到了学以致用,也提高了能力和素养。与健康生活有关的任务情境,也能考查学生的社会责任意识的建立情况。

  营养物质的吸收和利用,细胞癌变的相关内容,人体的神经调节、体液调节和免疫调节,这些内容与健康联系最为紧密,也是创设情境的载体。

  【2019年北京卷】HA和NA是流感病毒表面的两种糖蛋白,甲型流感病毒的HA、NA氨基酸序列的变异频率非常高,导致每年流行的病毒毒株可能不同。每年要根据流行预测进行预防接种。研究者通过实验观察NA抗体对病毒侵染细胞的抑制作用。主要实验材料包括:感染流感病毒后63天、21天的两位康复者的NA抗体(分别为D63、D21)、对照抗体、流感病毒和易感细胞。

  (1) 实验的主要步骤依次是:培养易感细胞、______(选择并排序)等。

  a.将抗体分别与流感病毒混合

  b.将各混合物加入同一细胞培养瓶

  c.将各混合物分别加入不同细胞培养瓶

  d.检测NA抗体与易感细胞的结合率

  e.检测培养物中病毒的增殖量

  f.检测细胞对病毒的损伤程度

  (2)图中实验结果表明,两位康复者均产生了抗NA的抗体,其中对流感病毒抑制效果较好的抗体是______。选用的对照抗体应不能与______特异性结合。

  (3)依据本实验结果提出疫苗研制的思路。

  (4)若你已被确诊为流感患者,请例举具体的应对措施。

  参考答案:

  (1)a、c、e   (2)D63  流感病毒   (3)可选用NA制备流感疫苗。

  (4)包括遵医嘱治疗和避免病毒传播两个方面。(合理即可)

  甲型流感严重危害人类健康,本题让学生从试题提供的实验步骤选出合理步骤并排序,分析实验结果,依据实验结果提出研制疫苗的思路,进而针对自己患流感的情况提出应对措施,让学生展示在应对自己健康、关爱他人健康实际问题中表现出来的素养水平,让学生学习崇尚健康,学会健康生活。

  3.3 以农业生产为任务情境

  光合作用可以将太阳能转化为化学能并储存在糖类等有机物中,是地球上所有生物得以生存和发展的基础;呼吸作用与光合作用相对应,为生物进行生命活动提供能量。因此,光合作用和呼吸作用是生命活动的两大基础代谢,是生物学中的重要概念。【4】45]光合作用、呼吸作用与农业生产关系密切,利用其中的原理可以分析和解决农业生产中的问题,激发学生运用科学知识解决生产实践中问题的兴趣,考查了科学思维和科学探究,培养热爱劳动的情感。

  【2020年全国Ⅰ卷】农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题:

  (1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有_______(答出2点即可)。

  (2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是_______(答出1点即可)。

  (3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是_______,选择这两种作物的理由是_______。

  作物 A B C D

  株高/cm 170 65 59 165

  光饱和点/ 1200 1180 560 623

  参考答案:(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用

  (2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收

  (3)A和C    作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用

  试题呈现4种作物在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点这些真实的实验数据,让学生根据这些数据进行分析,判断最适合种植的作物以及选择种植的原因。考查的是获取信息的能力和进行逻辑判断的能力。这样试题的优点是,学习与生产实践相联系,提高了科学可以促进农业生产的成就感。

  3.4 以遗传现象为任务情境

  遗传学内容是普通高中生物学中逻辑思维水平最高的内容。遗传定律及其形成过程是科学思维的产物,也是科学探究的结果。考查学生是否真正理解、运用遗传规律形成过程中的思路、方法,进而考查学生进行逻辑推理、设计实验方案、预期实验结果的科学探究能力和科学思维水平。

  孟德尔采用豌豆进行杂交实验,发现了基因的分离定律和自由组合定律,摩尔根利用果蝇进行杂交实验,证明了遗传定律的重要性,同时还发现了伴性遗传。孟德尔和摩尔根进行杂交实验时都采用了“假说-演绎法”,即根据实验现象进行分析和推理,提出相应的假说,为证明假说的正确性而设计实验以证明假说的正确性。这其中有着严密的逻辑思维,是考查学生科学思维和科学探究的极好素材。

  已知果蝇的刚毛和截毛受一对等位基因控制,但这对相对性状的显隐性关系和该等位基因所在的染色体是未知的。某人用刚毛♀果蝇和刚毛♂果蝇杂交,F1中出现的性状表现及比例为,刚毛♀:刚毛♂:截毛♂=2:1:1。

  回答下列问题:

  (1)根据以上杂交实验能否判断控制果蝇的刚毛和截毛基因位于X染色体上?你判断的依据是什么?

  (2)如果将F1的截毛雄果蝇与同代中的刚毛雌果蝇进行杂交实验,请预测后代可能出现的结果。

  (3)如果想得到截毛雌果蝇,请以上述题干中的果蝇为材料设计一个最简单的实验。

  参考答案:(1)控制截毛基因位于X染色体上  在F1中截毛只出现在雄性个体之中 

  (2)会出现两种情况:一种情况是杂交后代无论雌雄均为红眼果蝇;另一种情况是:刚毛♀:刚毛♂:截毛♀:截毛♂=1:1:1:1

  (3)将截毛♂与亲代的刚毛♀果蝇进行杂交

  本题的考查思路是对摩尔根果蝇杂交实验的迁移。由“刚毛♀果蝇和刚毛♂果蝇杂交,F1中出现的性状表现及比例为,刚毛♀:刚毛♂:截毛♂=2:1:1”类比,可以联想到“红眼♀果蝇和白眼♂果蝇杂交,F1中出现的性状表现及比例为,红眼♀:红眼♂:白眼♂=2:1:1”,由可以推理判断:“刚毛”相当于“红眼”,“截毛”相当于“白眼”,由于控制“白眼”的基因位于X染色体上,由此可推“截毛”也是位于X染色体上的。当然这是解题的快捷方式,是情境和思维的迁移。真正理解和解答此题,还得从性别与性状的联系上进行分析。

  除上述4类情境外,以生态文明为情境的试题可以让学生形成正确的生态观和生态文明意识。习近平总书记在党的“十九大”报告中指出,要“加快生态文明体制改革,建设美丽中国”。生态文明建设是我国经济、政治、文化、社会、生态总体布局的重要组成部分。因此,设置与生态有关的情境,要求学生运用已学过的生态学原理解释或解决生产或生活中的实际问题,既考查了学生的生命观念,又有利于学生建立正确的生态文明观,形成爱护自然、保护生态的社会责任意识。任务情境还可选择中华优秀的传统文化,如与生物学有关诗歌、谚语等,渗透中华文化的传承。

  4.命制任务情境试题要注意的问题

  在命制试题考查生物学学科核心素养的过程中,有两种情况选择和使用情境:一是依据评价的目标整合已有的情境状况来命制相应的试题,以实现评价目标;二是根据评价的目标来寻找和选择相应的情境。这两种情况并不是完全分开的,在命制成套的试题时,两种情况都用到。但是,不管是哪种情况,都需要注意在命制试题时注意以下问题。

  (1)从立意来看,试题要体现立德树人的方向性,要服务于学生的发展,要考查学生的生物学学科核心素养。

  (2)从情境的表述来看,情境要科学,表述要简洁,尽量去掉无关的信息。

  (3)从问题的设计来看,问题的指向性要明确、恰当,不能泛泛而问。如果是非选择性试题,问题的设计尽量做到层次性,能体现出递进关系,简单的问题在前,难度大的问题在后。

  (4)从思维的考查来看,要适当控制思维量,试题的背景材料与问题链的信息量要相当,以保证试题的难易程度。

  主要参考文献

  [1]杨向东.核心素养测评的十大要点.人民教育[J].2017(03-04):42.

  [2]吴成军.基于生物学核心素养的高考命题研究.中国考试[J].2016(10):28.

  [3]教育部.普通高中生物学课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社.2018.

  [4]吴成军.考查生物学核心素养 体现立德树人的国家意志——兼评2018年全国高考生物试题.中国考试[J].2018(10): 44-45.


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