一道“溫室效應”原創試題的命制與分析

臧樹理 崔文德

（1.山東省淄博市淄川區教學研究室 山東淄博 255100）

（2.山東省淄博市臨淄中學 山東淄博 255400）

1 試題和素材

1.1 原創試題和參考答案

大氣中的CO2濃度增加，阻止地球熱量的散失，使地球氣溫升高，這就是“溫室效應”。為探究溫度和CO2濃度對植物生長的影響，某科研小組利用野生大豆做了3組對比實驗：

實驗 a（溫度 28℃；CO2濃度為 400 μmol/mol）、實驗 b（溫度 29℃；CO2濃度為 400 μmol/mol）、實驗 c（溫度29℃；CO2濃度為600 μmol/mol）。

測量凈光合速率和蒸騰速率結果見如圖1所示。請回答下列問題：

圖1 實驗結果曲線圖

（1）溫度通過影響____，進而影響植物的光合作用和呼吸作用。實驗a與實驗b相比，凈光合速率卻明顯降低，說明溫度升高能促進___________，抑制______________，其原因可能是________________。

（2）植物對水分的利用效率，可用凈光合速率/蒸騰速率表示。實驗b與實驗c相比，水分利用效率更高是________________。高溫環境下，CO2濃度升高可____（“增強”“降低”）植物的抗旱能力。

（3）實驗c與實驗b相比，CO2濃度提高了50%，而凈光合速率沒有成比例提高，其原因是___________。

（4）從物質循環的角度分析，大氣CO2濃度升高的直接原因是______________。為減緩溫室效應，國家倡導低碳出行具體做法是___________________。

參考答案：（1）酶活性 呼吸作用（或細胞呼吸）光合作用 光合、呼吸兩類酶催化的最適溫度不同（或光合作用相關酶比細胞呼吸相關酶對溫度更敏感，或光合作用相關酶的最適溫度比細胞呼吸相關酶的低）（2）實驗c 增強 （3）CO2影響暗反應進程，其他因素如溫度、光照、色素含量、酶的數量等也能影響光合作用，故凈光合速率與CO2濃度不成正比例關系 （4）化石燃料的使用（或化石燃料大量燃燒釋放的CO2的量多于生產者或植物吸收的CO2的量） 多乘坐公共汽車，合作乘車，或者步行、騎自行車、用新能源汽車替代化石燃料汽車等

1.2 素材來源與處理

本題素材主要來源研究野生大豆的科技論文：論文闡述了野生大豆更容易受到高溫或干旱脅迫，造成氣孔導度下降，凈光合速率下降。未來氣溫和大氣CO2濃度升高條件下，是否有利植物生長，通過本題，可以推測表明未來的氣候變化將不利于植物的生長發育。題目選取了論文中野生大豆在氣溫升高1℃和氣溫升高1℃、大氣CO2濃度升高200 μmol/mol條件下野生大豆葉片光合生理參數的變化研究。其內容高度契合《必修1·分子與細胞》中光合作用、呼吸作用以及酶活性等核心考點。因此，結合教材和《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》）中考試評價要求，選取論文的凈光合速率和蒸騰速率數據柱狀圖編制試題前三問；結合“溫室效應”形成的原因，編制試題第四問，滲透社會熱點問題，促進學生理解“碳達峰就是二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之后再慢慢減少”，使學生增強防止環境污染和保護環境的責任感和使命感。題目中用柱狀圖表示實驗結果，有利于學生獲取信息，運用學科知識分析和解決實際問題。

2 試題設計

2.1 基本原則

高三教學質量檢測試題的命制應當遵循《課程標準》中的內容要求、學業質量標準為依據，指向生物學學科核心素養的發展水平，評價學生的生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。該題側重考查生命觀念素養、科學思維素養和社會責任素養。試題要求學生從物質與能量視角，探索光合作用與呼吸作用，闡明細胞生命活動過程中貫穿著物質與能量的變化，形成物質和能量觀與科學思維，引導學生關注社會熱點問題，增強保護環境的意識和責任，培養社會責任感和使命擔當。

除參照《課程標準》外，教師還要依據《中國高考評價體系》對高考試題“一核”“四層”“四翼”評價體系的要求，努力達到以“一核”為指導思想，以“四層”為考查內容評價考生素質，以“四翼”為考查要求評價學生素質達成度。本題設計以真實科學實驗為情境，考查學生在解決與生物學有關的真實情境中的實際問題時所表現出來的關鍵能力、必備品格與價值觀，屬于學業質量水平4-2的要求，即在面對生產、生活中與生物學相關的新問題情境時，能熟練運用科學思維方法展開探討、審視或論證；在面對有爭議的社會議題時，能利用生物學重要概念或原理，通過邏輯推理闡明個人立場，作出決策并解決問題。該題著重考查學生從圖表中獲取信息、分析實驗結果、綜合運用知識和專業語言表達等關鍵能力。科學探究和科學思維是高考生物學試題的重點考查內容。學生要通過分析、綜合和批判性思維，判斷氣溫升高1℃和氣溫升高1℃、大氣CO2濃度升高200 μmol/mol條件下野生大豆葉片光合作用的不同影響。試題引導學生關注“溫室效應”的危害，響應綠色發展理念，并倡導環保生活方式，促進學生自覺踐行低碳出行，體現了社會責任素養。

2.2 考點選取

光合作用和呼吸作用之間相互關系的考查，在高考中占有十分重要的地位，是歷年各地高考的核心考點，所占比例較高，且綜合性、靈活性強。高考試題常利用實驗數據、圖表、曲線等形式創設新情景，考查光合作用和呼吸作用的過程、外界環境因素的影響、相關實驗設計和在農作物增產上的措施等。其目的是考查學生獲取、處理信息和綜合運用知識的能力。為了更加符合高考試題要求，該題以溫度、CO2濃度變化對大豆光合作用和呼吸作用的影響作為主要考點。

2.3 題干和問題設計

題干以“溫室效應”形成原因為背景，“溫室效應”形成是由于CO2濃度增加，阻止地球熱量的散失，使地球氣溫升高。CO2濃度增加、溫度升高對植物生長有什么影響？筆者以3組野生大豆對比實驗，探究“溫室效應”下溫度和CO2濃度對植物生長的影響，測量凈光合速率和蒸騰速率結果為情境，編制題干。題干表述簡練，指向明確。

試題設四問，每問都緊扣題干。根據凈光合速率和蒸騰速率實驗結果柱狀圖，試題從左向右依次比較、分析柱狀圖進行設問，前三問緊扣柱狀圖，設問合理，涉及的考點有溫度、CO2對光合作用和呼吸作用的影響以及植物對水分的利用效率，其中溫度、CO2對光合作用和呼吸作用的影響是高考高頻核心考點。第一問考查溫度對植物生理代謝的影響，溫度通過影響酶的活性，進一步影響光合作用和呼吸作用等植物生理代謝。第二問給出植物對水分的利用效率定義，要求學生根據柱狀圖數據，判斷植物對水分的利用效率，并進一步遷移到干旱情境，考查了學生知識綜合運用的能力。第三問考查CO2對光合作用的影響。CO2影響暗反應進程，在一定范圍內，CO2濃度增加或減少，而其他因素如溫度、光照等能影響光合作用的條件不變（甚至變化很?。┑那闆r下，植物凈光合速率會隨著CO2濃度變化而變化，但一定不會隨著CO2濃度成倍增加或減少而成正比例關系。第四問考查“溫室效應”產生的直接原因以及減少“溫室效應”措施。在自然生態系統中，植物光合作用攝取碳的速率與生物的呼吸作用和微生物的分解作用釋放碳的速率大致相等。隨著現代工業的迅速發展，人類大量燃燒煤、石油等化學燃料，使地層中經過千百萬年而積存的碳元素，在很短的時間內釋放出來，打破了生物圈中碳平衡，使大氣中的CO2濃度迅速增加，引起全球氣候變暖，產生“溫室效應”，導致極地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等嚴重的生態后果。

3 試題反饋

3.1 平均分、難度、區分度

學生該題的得分結果見表1，試題平均分為7.27分，難度系數是0.61，試題設計合理。第三問難度系數為0.23，說明考生分析問題原因的思路不清、專業語言表達相對較弱。

表1 學生的得分結果

3.2 存在問題

①專業術語不規范，如“植物呼吸”“呼吸速率”。②不按照題目中提供的備選答案填寫，將“增強”隨意填寫為“增加”“加強”等。③審題不仔細，不能提取關鍵信息，如從出行的角度去回答具體做法。有些學生答出了植樹造林、減少一次性筷子的使用等，但答非所問。④思路不清，分析不到位，學科規范的語言敘述能力較弱。例如，對第三問，學生答不出二氧化碳影響暗反應，并且由于涉及溫度，很多學生容易囿于溫度對酶活性的影響。

總之，教師在命制生物原創命題時，要借助當代生物科學的研究，創設真實情境并合理設問。試題情境應圍繞問題展開，盡量做到新穎、真實、科學，有一定的信息量和適當的復雜度，能夠成為學生運用學科知識分析和解決實際問題的載體，突出考查學生在解決與生物學有關的真實情境中的實際問題時所表現出來的關鍵能力、必備品格與價值觀。