一道分離定律實驗題的科學探究素養水平的評價示例

浙江

“評價”是指依據《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）提出的學業質量標準和對學業質量水平的要求，用以評估學生的學習結果是否達到了《課程標準》的內容要求。現以一道分離定律實驗題為例，確定每一題空的科學探究素養水平，制訂每一題空的評價量表，并通過實測分析，歸納學生的典型錯誤和實際達到的科學探究素養水平，提出合理的復習教學建議。

【例題】［2018 屆四川省成都市高考模擬卷（一）第9 題改編］辣椒花屬于兩性花。科學家在湖南農家品種“伏地尖”（235）中發現了一個雄性不育的辣椒株系（235A），該株系的雄蕊發育不健全、可育雄配子極少，故自然狀態下座果率極低。為研究該雄性不育的遺傳機制，科學家進行了部分雜交實驗，結果如表1 所示：

表1

（1）第①組實驗中235A 強制自交（取其極少可育雄配子進行人工授粉），所得516 株后代均為不育株。由表1 可推斷控制235A 雄性不育的基因位于________（填“細胞核”或“細胞質”）中，且為________基因，判斷依據是________________________________________________________________________________。

（2）在以上結論的基礎上，請設計一個最簡便的雜交組合，證明235A 雄性不育性狀由一對等位基因控制。請簡要寫出

①實驗思路：______________________________________________________。

②預期實驗結果及結論：_______________________________________________________________________。

一、科學探究素養的檢測目標

本題以分離定律的次位概念“闡明有性生殖中基因的分離和自由組合使得子代的基因型和表型有多種可能，并可由此預測子代的遺傳性狀”為知識載體，主要考查學生在新情境下設計實驗方案、預期實驗結果和得出結論的能力。

第（1）小題第1 空根據實驗結果，選用恰當的方法（正交與反交）推斷控制235A 雄性不育的基因的分布，屬于科學探究素養二級水平的考查。

第（1）小題第2 空根據實驗結果，選用恰當的方法（用概念法）判斷控制235A 雄性不育的基因的顯隱性，屬于科學探究素養二級水平的考查。

第（1）小題第3 空基于特定情境“雄性不育株部分雜交實驗結果”，同時寫出控制235A 雄性不育的基因的分布和其顯隱性的判斷依據，屬于科學探究素養三級水平的考查。

第（2）小題第1 空基于雄性不育的特點，設計一個最簡便的雜交組合，但不需要查閱相關資料，屬于科學探究素養三級水平的考查。

第（2）小題第2 空基于最簡便的雜交組合，預期實驗結果及結論，但不需要創造性運用數學方法分析實驗結果，屬于科學探究素養三級水平的考查。

二、科學探究素養的評價細則

基于《課程標準》的評價必須解決的問題是“了解在學生知道什么和學生應該知道什么才能達成標準之間的缺口是什么？”因此筆者根據《課程標準》，對科學探究素養的四級水平進行細化，制訂每一題空的科學探究素養的評價細則。

表2 第（1）小題第1 空的評價細則

表3 第（1）小題第2 空的評價細則

表4 第（1）小題第3 空的評價細則

表5 第（2）小題第1 空的評價細則

表6 第（2）小題第2 空的評價細則

三、科學探究素養的實測分析

（一）學生測試成績分析

測試方式為學生在校通過紙質版試卷答題和教師人工閱卷；測試對象為桐廬中學高二125 名學生和高三176 名學生；其中高三學生成績如表7 所示。結果發現高二學生（平均3.968 分）和高三學生該實驗題的平均分差異不明顯，主要原因可能有兩方面：一是高二學生正在復習遺傳規律相關內容；二是從2015 年開始浙江省高考中的遺傳題從未考查遺傳雜交方案完整思路的書寫、預期結果與結論，導致高三復習不重視遺傳雜交方案的設計。

表7 高三學生實驗題測試成績分析

（二）學生典型錯誤分析

第（1）小題第1 空的典型錯誤是個別學生把“細胞核”錯寫成“核”或“細胞質”。

第（1）小題第2 空的典型錯誤是部分學生不會判斷顯隱性，把“隱性”錯寫成“顯性”，或不理解等位基因的含義錯寫成“等位”。

第（1）小題第3 空的典型錯誤是基于特定情境分析數據獲得結論的判斷依據不完整，如“正反交②組與③組結果相同”“ ②組與③組后代雄性全為可育”等，達到了科學探究素養二級水平，但沒有達到科學探究素養三級水平。還有部分學生不能基于特定情境且判斷依據也不完整，如“正反交子代性狀相同”“ ②組與③組均為可育×不可育→可育，因此該性狀未被隱藏”，達到了科學探究素養一級水平。不少學生對基因分布的推斷和顯隱性判斷的方法都不正確，如“②組與③組雄性可育”“ 只有當父本、母本全都為235A 株系時，子代中雄性才不育”“ 其后代性狀個數與父本和母本的性狀有關”等。

第（2）小題第1 空大部分學生沒有作答，不知道寫什么。書寫答案的主要錯誤是不明白雄性不育的特點和“最簡便雜交組合”的要求，選擇了測交方案，如“取②組或③組F1中雄性可育株作為父本，235A 作為母本進行雜交”“父本235A 與母本235 雜交，生成F1中的雄性235A與母本235 回交”等。還有部分學生選擇的雜交方案不能解決問題，如“取235 的父、母親本進行雜交”“取235 雄性辣椒和雌性辣椒分別自交”“將均為雜合子的辣椒作為父本和母本進行雜交”“取純合235 親本雜交后得到F1，由F1自交，記錄后代可育情況，統計并分析數據”等。這些都尚未形成該素養（得0 分）。部分學生沒有關注題干中“一個雜交組合”的要求，如“235 作為父本，235A 作為母本，雜交產生F1，由F1自交得F2，觀察F2的性狀與比例”。還有部分學生觀察指標漏寫或不準確，如“②組與③組的F1相互交配，記錄子代個體性狀與個體數”。

第（2）小題第2 空大部分學生沒有作答，不知道寫什么。由于雜交方案錯誤，導致預測結果錯誤，如“若子代出現雄性可育∶雄性不育=1 ∶1，則235A 雄性不育性狀由一對等位基因控制”“（通過錯誤計算得出2/3a 花粉不育，F2中AA ∶Aa ∶aa=3 ∶4 ∶1）若子代出現雄性可育∶雄性不育=7 ∶1，則235A 雄性不育性狀由一對等位基因控制”“若子代出現雄性可育∶雄性不育∶雌性可育=1 ∶1 ∶2，則235A 雄性不育性狀由一對等位基因控制”，這些都尚未形成該素養（得0 分）。部分學生將該題作為探究性實驗，書寫兩種結果和兩種結論。部分學生實驗結論漏寫，還有個別學生將“235 由一對等位基因控制”寫成“235 由對等位基因控制”。

（三）實際素養水平分析

第（1）小題第1 空高三學生168 人獲得滿分（1 分），所占比例為95.4%，達到了科學探究素養（獲取結論）二級水平。

第（1）小題第2 空高三學生145 人獲得滿分（1 分），所占比例為82.3%，達到了科學探究素養（獲取結論）二級水平。

第（1）小題第3 空高三學生17 人獲得滿分（2 分），所占比例為9.6%，達到了科學探究素養（分析結果）三級水平；獲得1 分及以上的人數為89 人，所占比例為50.5%，達到了科學探究素養（分析結果）二級水平；獲得0.5 分及以上的人數為97 人，所占比例為55.1%，達到了科學探究素養（分析結果）一級水平。

第（2）小題第1 空高三學生8 人獲得滿分（3 分），所占比例為4.5%，達到了科學探究素養（設計雜交方案）三級水平；獲得2 分及以上的人數為47 人，所占比例為26.7%，達到了科學探究素養（設計雜交方案）二級水平；獲得1 分及以上的人數為51 人，所占比例為28.9%，達到了科學探究素養（設計雜交方案）一級水平。

第（2）小題第2 空高三學生34 人獲得滿分（3 分），所占比例為19.3%，達到了科學探究素養（預期結果與結論）三級水平；獲得2 分及以上的人數為47 人，所占比例為26.7%，達到了科學探究素養（預期結果與結論）二級水平；獲得1 分及以上的人數為51 人，所占比例為28.9%，達到了科學探究素養（預期結果與結論）一級水平。

四、復習教學建議

（一）完善試題內容，使設問更嚴謹

例題的合理選擇和有效使用是高三生物復習過程中的一項基本能力，但選用的模擬試題通常需要修改完善才能使用。如該例題中，將原題干中“辣椒是一種重要的茄果類蔬菜”改為“辣椒花屬于兩性花”，為第（2）小題雜交方案的選擇提供信息；將原第（2）小題中“設計一個雜交組合”改為“設計一個最簡便的雜交組合”，使問題指向更明確，提高試題的效度。

（二）關注限制條件，打破思維定式

遺傳雜交方案的合理選擇是遺傳類試題中實驗設計思路的關鍵所在。分析該類變式試題時，除了分析實驗目的外，還需要特別關注限制條件，如“一次雜交”“一代雜交”“雄性不育”“最簡便的雜交”等。又如“快速育種”不一定選擇單倍體育種，如培育隱性純合子，若考慮不完全顯性，雜交育種可能比單倍體育種更快捷。

（三）制訂評價細則，檢測素養水平

提升學生的科學探究素養的主要途徑包括深入挖掘科學史素材、演示實驗和模擬實驗及實驗課的單元整體備課。筆者已嘗試編制必修1 和必修2 兩本書共15 個專題的單元目標檢測試題，并編制學業質量水平（科學探究素養維度）的考試評價量表，細致到每個選項和每個題空，便于學生自主完成科學探究素養四級水平的自我檢測。