2021年7套高考生物卷情境化试题设计及启示
2021年7套高考生物卷情境化试题设计及启示《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》指出，试题素材应贴近学生生活实际，以真实问题情境组织命题，注重考查学生综合运用所学知识和技能解决问题的能力，通过设置不同复杂程度的情境化试题，指向核心素养不同水平的考查。《中国高考评价体系》也指出，“四层”和“四翼”的考查是以情境为载体实现的，在命制试题时要选择合适的情境，发挥核心价值的引领作用，让学生运用必备知识和关键能力解决问题，全面发展学生的学科素养水平。可见，情境化试题是考查学科核心素养的重要载体。本研究以2021年7套高考生物卷为研究对象，分析与归纳情境化试题的考查情况和命题特点，以期为新高考生物卷情境化试题命制提供相关建议。一、研究设计1分析工具情境化试题是基于评价目标将适宜材料和考查内容相结合创设情境形成的试题，其以不同情境类型为核心，以试题表现形式表征情境化水平。因此，可以从情境类型和试题表现形式两个维度对情境化试题进行研究。在国际学生评价项目（PISA）中，试题情境主要反映公民在未来生活中可能会遇到的问题和情况，分为个人情境、教育情境、大众情境和职业情境4种类型。李显军等人指出，生物学试题情境包括生活与健康、自然与生态、科技与创新、实验与探究。借鉴PISA和李显军等人的分类方法，本研究将生物学试题情境分为健康生活、生产活动、科学研究、自然生态4个类型。依据试题中情境与设问的融合程度，情境化试题的表现形式可以分为3种类型。第一种是情境分离型，情境材料与考查内容无直接关系，去掉试题提供的情境材料，学生仍能作答；第二种是情境组合型，情境材料与考查内容相组合，学生需要从情境材料中获取有效信息进行作答；第三种是情境融合型，学生作答需要通过自学迁移方式内化情境材料提供的有效信息，与所学的知识整合后再进行运用。2021年7套高考生物卷情境化试题分析框架详见表1。表1 2021年7套高考生物卷情境化试题分析框架2研究对象研究对象为2021年7套高考生物卷，包括未进入新高考改革地区使用的全国甲卷理科综合生物试题和全国乙卷理科综合生物试题，第一批新高考改革试点省份浙江高考生物卷，进入第二批新高考改革的山东省的生物卷，以及2021年进入新高考改革的广东省、河北省、湖南省的生物卷，各套生物卷的情境化试题考查情况详见表2。由表2可知，情境化试题在7套高考生物卷中占比都很高，各卷中情境化试题占比差异并不明显。
具体来看，广东卷的情境化试题数为39道，占试题总数的100%，占比最高；其次为山东卷，情境化试题数为34道，占试题总数的94.4%；全国乙卷和浙江卷的情境化试题占比也分别达到81.8%和80.0%。可见，7套高考生物卷中试题的情境化水平都较高，落实了中国高考评价体系的要求，即通过情境化试题考查学生的生物学学科核心素养，培养学生分析、综合、应用、探究、推理等综合能力。表2 2021年7套生物卷情境化试题统计情况注：为方便计算，非选择题每一小题也计1个单位。二、结果与分析1情境类型对7套高考生物卷的试题情境类型进行统计，结果见图1。在所有的情境类型中，科学研究情境试题占比最高，达到36.5%，全国甲卷中的科学研究情境试题的占比高达40%，其他生物卷中科学研究情境试题占比为33%～38%。在4类情境试题中，自然生态情境试题的占比为25.3%，全国乙卷、湖南卷、山东卷中的自然生态情境占比高于总体水平，分别为27.8%，26.7%和26.5%。健康生活和生产活动情境总体占比较低，分别为19.8%和18.4%。可以看出，不同情境类型试题在生物卷中所占比例并不均衡，差异比较明显。下文将结合具体试题，分析7套高考生物卷中不同情境类型的试题考查情况。
图1 7套高考生物卷中情境化试题类型的考查情况（1）科学研究情境是7套高考生物卷中占比最高的情境类型，这一类情境化试题比较关注学生科学探究体验和创新思维发展科学研究情境是7套高考生物卷中的主要情境类型，占比达到36.5%，特别是全国甲卷中的科学研究情境试题占比高达40%，这不仅体现了生物学学科特色，也很好地考查了科学探究、科学思维等生物学学科核心素养。科学研究情境试题关注学习方法的形成、科学探究的体验和创新思维的发展，在选择题和非选择题中均有考查。科学研究情境试题在选择题中一般以图表的形式呈现具体的实验探究结果，要求学生分析图表，通过综合、比较、推理等方式，获得相关信息以解决问题。如浙江卷第25题以探究BA对苹果丛状苗生根的影响为背景，要求学生对相关实验结果进行判断，综合考查学生获取信息能力、科学探究能力和解决问题能力。科学研究情境试题在非选择题中多以生命科学实验或探究为背景，主要考查实验设计的原理、过程、方法，以及实验探究的设计和改进等，要求学生采用恰当的文字描述实验步骤、预测实验可能出现的结果，并对所给的实验结果进行解释。常见的设问方式有“简要写出实验设计思路”“预测实验结果并给出结论”“推测一下出现该现象的原因”等。
如河北卷第 19 题第（3）小题要求学生根据光合作用知识，结合实验结果分析施氮时叶肉细胞 CO2 供应量增加的原因，考查了学生的科学思维；山东卷第 22 题第（3）小题要求学生以植株甲和非转基因植株为实验材料，设计实验方案以选育出与植株甲基因型相同的植株，从而对学生的实验探究能力进行考查。（2）自然生态情境考查比重排名第二，这一类试题注重培养学生的生命观念和社会责任在4类情境试题中，7套高考生物卷中的自然生态情境试题占比总体排名第二，全国乙卷中的自然生态情境试题占比最高（27.8%），浙江卷的占比最低但也达到22.2%，可见，各套试卷之间的考查比例差异不大。自然生态情境试题主要考查生物个体代谢、调节与繁育、种群和群落、生物多样性和进化等内容，旨在帮助学生理解生命的机理及其相互关系，传递保护自然环境的意识，促进学生形成人与自然和谐共处的理念和建设生态文明的责任。如浙江卷第21题以昆虫取食落叶松为情境，对种群数量增长调节因素、环境容纳量影响因素等进行考查，这能扩大学生视野，让他们感受大自然的神奇；广东卷第3题以粤港澳大湾区的水鸟为试题情境，既能考查物种多样性、生态系统多样性等知识，又能让学生认识人与自然和谐相处的重要性，提高学生保护野生动物的意识，培养学生的生命观念和社会责任，很好地凸显了高考“立德树人”的核心功能。
（3）健康生活和生产活动情境考查虽比重不高，但也体现了生物学课程的育人功能健康生活和生产活动情境在所有情境化试题中占比较低，分别为19.8%和18.4%，7套高考生物卷在这两种情境类型上的试题占比较均衡。健康生活情境试题主要考查人体免疫、人体营养、疾病控制、疾病传播、传染病扩散等内容，这类试题将生活实际与知识考查相联系，能加强学生对生命现象和规律的理解。如湖南卷第9题以某国家男性中不同人群肺癌死亡累计风险率为情境，要求学生运用癌细胞特点、原癌基因作用、致癌因子类型等相关知识分析吸烟的危害，这能引导学生建立正确的生活理念。生产活动情境试题主要考查学生运用科学知识指导生产实践的能力，能够培养学生劳动生产的科学意识。如广东卷第11题以诱导白菜型油菜未受精的卵细胞发育形成完整植株Bc为情境，要求学生通过分析和推理，运用生物学知识解决问题，从而提高理论指导实践的能力。2试题表现形式试题表现形式有情境分离型、情境组合型和情境融合型3种，既代表学生解决问题能力由简单到复杂的变化过程，也展示了生物学学科核心素养由单一到多样的变化过程。对7套高考生物卷的试题表现形式进行统计，结果见图2。总体上，情境组合型试题所占比例最高（53.83%），情境分离型试题占比次之（31.19%），情境融合型试题占比最低（14.98%）。
接下来结合具体试题，分析7套高考生物卷中情境化试题表现形式的考查情况。图2 7套高考生物卷情境化试题表现形式的基本情况（1）情境组合型试题占比最高，但对学生的高阶思维能力的考查有待提高由分析可知，在3类试题表现形式中，情境组合型试题占比最高（53.83%），在7套高考生物卷中，该类试题共有119道，其中选择题有57道，占比47.9%，非选择题有62道，占比52.1%，可见该类试题较为均匀地分布在选择题和非选择题中，考查的内容主要涉及群落与生态、生命活动调节两个模块的内容。第一，群落与生态模块，如山东卷第10题关于种间关系的考查。【例1】（山东卷第10题）某种螺可以捕食多种藻类，但捕食喜好不同。L、M 两玻璃缸中均加入相等数量的甲、乙、丙三种藻，L 中不放螺，M 中放入 100 只螺。一段时间后，将 M 中的螺全部移入 L 中，并开始统计 L、M 中的藻类数量，结果如图所示。实验期间螺数量不变，下列说法正确的是（? ）A.螺捕食藻类的喜好为甲藻＞乙藻＞丙藻B.三种藻的竞争能力为乙藻＞甲藻＞丙藻C.图示 L 中使乙藻数量在峰值后下降的主要种间关系是竞争D.甲、乙、丙藻和螺构成一个微型的生态系统该题以螺捕食藻类前后，藻类的种群数量变化为情境。
考生在作答时，首先需要分析曲线图，从曲线图提取相关信息，结合两图可知，在放入螺之前，甲藻数量最多，乙藻次之，丙藻数量最少，放入螺之后，甲藻的数量明显减少，乙藻次之，丙藻数量增加，说明螺捕食藻类的喜好为甲藻＞乙藻＞丙藻，并且三种藻类的竞争能力为甲藻＞乙藻＞丙藻；其次，通过分析从题干中提取“一段时间后，将M中的螺全部移入L中，并开始统计L、M中的藻类数量”这一信息，可以发现，图示L中乙藻数量在峰值后下降是因为引入了螺，由于螺的捕食使乙藻数量下降；最后，回忆教材中关于生态系统的概念，生态系统是由该区域所有生物和生物所处的无机环境构成的，甲、乙、丙藻和螺只是该区域的部分生物，不能构成一个微型的生态系统。第二，生命活动调节模块，如广东卷第18题关于神经调节的考查。【例2】（广东卷第18题）太极拳是我国的传统运动项目，其刚柔并济、行云流水般的动作是通过神经系统对肢体和躯干各肌群的精巧调控及各肌群间相互协调而完成的。如“白鹤亮翅”招式中的伸肘动作，伸肌收缩的同时屈肌舒张。图7为伸肘动作在脊髓水平反射弧基本结构的示意图。（2）伸肘时，图中抑制性中间神经元的作用是，使屈肌舒张。
该题以太极拳为背景，对伸肘时抑制性中间神经元的作用进行考查。解答该题，学生需要理解图7中存在的两条反射弧，一条是肌梭（感受器）→传入神经→脊髓→伸肌运动神经元→伸肌，另一条是肌梭（感受器）→传入神经→脊髓→抑制性中间神经元→屈肌运动神经元→屈肌。看懂图后，学生只要稍加分析就可知在伸肘时，伸肌要收缩，屈肌要舒张，此时抑制性中间神经元的作用是释放起抑制作用的神经递质，抑制屈肌运动神经元，使得屈肌舒张。该题主要考查学生的理解能力和信息获取能力。由典型例题分析可知，情境组合型试题所提供的情境与设问之间存在一定的关联，该类试题要求学生分析所给情境，从情境中获得有用信息进行解答，主要考查学生的理解能力，但对创新能力的考查相对薄弱。《中国高考评价体系》指出，简单的情境活动主要对应“四翼”中的基础性要求，情境组合型试题占比虽然很高，满足了基础性和综合性的考查要求，但对应用性和创新性的考查仍显不足，今后高考生物试题应适当增加对学生应用、创新能力的考查。（2）情境分离型试题总体上占比排名第二，未关注情境与学生的交互关系在3套试题表现形式中，情境分离型试题占比不高，总共67道，其中选择题12道，占比17.9%，非选择55道，占比82.1%。
可以看出，情境分离型试题主要分布在非选择题中，考查的内容主要涉及生物技术实践和现代生物科技专题这两个模块。第一，生物技术实践模块，如全国乙卷第37题关于酱油制作的考查。【例3】（全国乙卷第37题）工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定产品的过程。利用微生物发酵制作酱油在我国具有悠久的历史。某企业通过发酵制作酱油的流程示意图如下。（2）米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖，大量分泌制作酱油过程所需的酶类，这些酶中的、能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸收、风味独特的成分，如将蛋白质分解为小分子的肽和。米曲霉发酵过程需要提供营养物质、通入空气并搅拌，由此可以判断米曲霉属于（填 “自养厌氧”“异养厌氧”或“异养好氧”）微生物。试题中的米曲酶虽然来自情境材料，但对于学生作答并没有有效帮助，学生只需要根据课本中酶、蛋白质和同化作用类型等相关知识即可作答。第二，现代生物科技专题模块，如全国甲卷第38题关于PCR技术用于病原菌检测的考查。【例4】（全国甲卷第38题）PCR技术可用于临床的病原菌检测。
为检测病人是否感染了某种病原菌，医生进行了相关操作：①分析PCR扩增结果；②从病人组织样本中提取DNA；③利用PCR扩增DNA片段；④采集病人组织样本。请回答下列问题：（3）为了做出正确的诊断，PCR反应所用的引物应该能与特异性结合。（4）PCR（多聚酶链式反应）技术是指。该技术目前被广泛地应用于疾病诊断等方面。该题以PCR技术检测临床上的病原菌为情境，对RCR反应所用的引物特点、PCR的概念等进行考查，情境与试题设问的关联性弱，学生不需要阅读情境材料，只需要回忆所学相关生物学知识即可答题，因此，试题情境并没有发挥其应有的作用。虽然情境分离型试题表面上的设问来源于情境，但实际上情境材料与考查内容互相分离、关联性弱，学生作答根本不用从情境中获取条件和信息。7套高考生物卷中的分离型情境试题缺少对情境与学生交互关系的关注，去掉情境材料不影响学生作答。（3）情境融合型试题占比最低，不过突出了情境的交互性和认知的实践性在3类试题表现形式中，情境融合型试题占比最低，仅为14.98%，其中非选择题的考查比例高于选择题，考查内容主要涉及光合作用和生命活动调节两个模块。第一，光合作用模块，如全国乙卷第29题关于水稻光合作用的考查。
【例5】（全国乙卷第29题）生活在干旱地区的一些植物（如植物甲）具有特殊的 CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收 CO2，吸收的 CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的 CO2可用于光合作用。回答下列问题：（3）若以 pH 作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的 CO2 固定方式。（简要写出实验思路和预期结果）实验思路：。预期结果：。该题以植株甲具有特殊的CO2固定方式为情境，充分考查了学生的实验探究能力、信息加工能力和逻辑推理能力等，学生需要具备一定的探究思维，有机地运用生物学知识和技能解决实际情境中的问题。在问题解决中，学生要充分理解情境，选择合适的科学研究方法来设计实验，并对实验中的自变量、因变量和无关变量等进行确定和控制，拟定规范的实验步骤，同时对相关的实验结果进行预测，最终验证相应的结论。第二，生命活动调节模块，如山东卷第23题关于遗传规律的考查。【例6】（山东卷第23题）过度紧张、焦虑等刺激不仅会导致毛囊细胞数量减少引起脱发，也会导致黑色素细胞减少引起头发变白。
利用黑色小鼠进行研究得出的相关调节机制如图所示。（3）已知长期束缚会引起小鼠过度紧张、焦虑。请设计实验验证上述调节机制中长期束缚及肾上腺对黑毛小鼠体毛的影响。实验思路：。实验现象：。该题将情境与设问巧妙融合起来，要求学生以小鼠为实验材料，设计验证实验证明题干所述调节机制中长期束缚和肾上腺对黑毛小鼠体毛的影响。解答该题，学生需要充分理解情境，灵活运用题干信息来设计实验。试题以实验设计为载体，对学生的理解能力、科学探究能力和科学思维进行了考查。在情境融合型试题中，情境的价值和功能得到了充分体现，学生作答与试题情境构成了双向的互动关系，在理解情境的基础上，学生的作答也反映了自身的认知实践过程。这就是说情境融合型试题能突出情境的交互性和学生认知的实践性。然而，这类试题在2021年全国甲卷和山东卷中情境化试题的占比低于12%，其他5套生物卷的占比也仅为16%～20%，比例并不高。不仅如此，由典型例题分析可以发现，试题中情境材料与设问之间的嵌合度也有待提升。为了突出体现应用性与创新性的考查要求，高考生物可适当增加情境融合型试题的考查比例，设置真实的情境，实现对创新能力等关键能力的考查。
三、启示1注重试题情境的交互属性，加强学生创新能力的考查分析7套高考生物卷可知，情境化试题以组合型试题为主，组合型试题主要考查学生对情境的理解，但学生作答与情境之间缺乏互动关系，这使得情境在某种程度上呈现孤立的属性。情境分离型试题考查比重总体排名第二，在这类试题中，情境与设问分离，限制了学科核心素养多样化的呈现。因此，命题者要注重情境的交互属性，强化情境材料与学生作答间的交互关系。比如，在考查问题解决能力和实践能力时，可以增加图形，要求学生根据题干信息绘制模型图、设计思维导图等，使测评指向的任务与情境材料紧密结合，让学生在与情境材料的交互中发展学科核心素养，提高动手能力和解决问题能力。《中国高考评价体系》指出，素质教育的突出特征之一是对创新能力的培养，德智体美劳全面培养的教育体系十分突出对创新思维的培养，国家科教兴国和人才强国战略也将创新型人才培养作为重要方向，加强对学生创新能力的考查已经成为高考的重要目标。情境融合型试题能突出情境的交互性和认知的实践性，很好地考查了学生的创新能力，但这类试题在7套高考生物卷中的占比最低，仅为14.98%。为了落实高考试题“创新性”的考查要求，命题人员在命制试题时可以适当增加情境融合型试题的比例，提升学生统筹把握情境信息和问题之间逻辑关系的能力，同时从试题呈现方式、设问形式、评分方式等方面加强对创新能力的考查。
比如，在试题呈现方式上，可设置结构化的情境，考查学生分析、概括、推理等思维能力；在试题的设问方式上，可采用开放性的设问方式，尊重不同学生的思维习惯和水平，让学生综合运用所学知识从多个角度进行解答；在评分标准的制定上，可以根据SOLO分类理论研制等级性评分方案，更好地展示学生的素养发展水平。2重视情境类型的综合设计，提高情境化试题命制水平传统试题的编制往往注重问题的设计，忽视情境的设计。由分析结果可知，2021年7套高考生物卷情境化试题重视情境类型的多样化设计，克服了传统命题模式的弊端。健康生活、生产活动和自然生态情境可以体现生物学知识和科学思维在实践中的应用价值，科学研究情境虽能体现实验探究能力和科学思维，但实践应用价值有所欠缺，因此，命题人员在设计试题时，除了关注情境类型的多样化，还要注重情境类型的综合性，协调不同情境类型的考查比例。具体来说，科学研究、自然生态、生产活动、健康生活这4种情境类型的比重分别控制在37%，26%，19%，18%左右比较适宜，在此基础上可有5%～10%的波动，命题人员需要根据实际情况进行适当调整，保证科学研究情境试题有较高的考查比例以体现生物学科特色，同时加强生产活动情境试题和健康生活情境试题的比例，以凸显生物学科的实践价值。
另外，命题人员在命制情境化试题时，首先应注重所选情境的科学性和真实性。如果试题创设的情境缺乏事实依据，不仅影响试题质量，还可能向学生传播错误知识，因此，命题人员要充分理解和把握相关背景素材，多角度、多层面地核实试题素材内容的正确性，不要为了求新而选择未得到实践检验和生物界普遍认可的内容。其次，情境化试题的命制要符合学生的认知水平，避免知识超纲、过难，导致学生凭空猜测，从而降低试题信度和效度。这需要命题人员对情境材料进行适当处理，剔除情境中的冗杂信息以减少考生无关的思考量，同时选择通俗易通的表达方式以便于学生理解。最后，情境化试题一般文字量比较多，学生在审题时会有一定的心理压力，
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