基于四翼生物學原創試題的命制與分析

羊垂功

（廣東省開平市開僑中學 廣東江門 529300）

《中國高考評價體系》（以下簡稱《評價體系》）指出，高考生物學試題應突出學科特征，注重基礎性、綜合性、應用性和創新性（簡稱“四翼”）的綜合考查。如何在“四翼”考查要求下進行試題命制，下文以一道生物技術實踐原創試題為例進行探索分析。

1 原創試題

【試題】黃酒因具有低聚糖等功能性成分而口感醇厚、香氣馥郁。為探明黃酒低聚糖對腸道內乳酸桿菌等益生菌增殖的影響，科研人員從小鼠糞便中篩選低聚糖分解菌，以葡萄糖組、低聚果糖組作為對照組，黃酒低聚糖組作為實驗組，開展了相關研究，結果如圖1所示。回答下列問題：

（1）為了篩選低聚糖分解菌—乳酸桿菌，將小鼠新鮮糞便樣品稀釋液接種至以__________為唯一碳源的固體培養基上培養，此外還需要提供________環境，該培養基從功能上分類屬于__________培養基。

（2）在釀制黃酒時一般將溫度控制在________，在釀制過程中，若發酵系統密封不嚴，溫度升高，黃酒會變酸，原因是______________________________

（3）研究表明，低聚糖能促進腸道內乳酸桿菌等益生菌的增殖。圖1中低聚果糖組和實驗組的發酵液pH下降較快的原因可能是_____________________，研究證明，與低聚果糖相比，黃酒低聚糖對腸道菌群增殖可發揮類似的調節作用，這揭示____________可作為腸道內潛在的益生元（指一些不被宿主消化吸收卻能夠選擇性地促進體內有益菌的代謝和增殖，從而改善宿主健康的有機物質）被腸道菌群利用。

圖1 黃酒低聚糖對腸道內乳酸桿菌等益生菌增殖的影響實驗結果

（4）同學甲認為有氧環境下乳酸桿菌在MRS培養基中增殖的速度會加快，乳酸桿菌能溶解MRS培養基中的碳酸鈣而使菌落周圍形成溶鈣圈，您同意同學甲的觀點嗎？您的實驗探究方案是___________________________________________________________。（要求寫出實驗設計思路并分析預期實驗結果）

參考答案：

（1）葡萄糖、低聚糖 無氧 選擇

（2）18～25℃ 在氧氣充足、缺少糖源時，醋酸菌將乙醇變為乙醛，再將乙醛變為醋酸

（3）低聚糖促進了發酵液中乳酸桿菌等益生菌的大量增殖，進而使發酵液中乳酸含量劇增，pH快速降低 黃酒低聚糖

（4）將乳酸菌接種于MRS培養基A和MRS培養基B，將A組培養基置于有氧環境、B組培養基置于無氧環境，在其他因素相同且適宜的條件下培養一段時間，觀察兩組培養基溶鈣圈的大小。乳酸菌屬于厭氧細菌，在有氧條件下不能正常增殖，進而導致B組培養基的溶鈣圈大于A組培養基的溶鈣圈。

2 基于“四翼”的試題分析

2.1 基礎性

《評價體系》指出，在命制試題時，要以問題情境為載體，加強對基本概念、原理、思想方法的考查，體現高考試題的基礎性。第（1）小題結合《選修1·生物技術實踐》中微生物培養技術及應用的必備知識，呈現簡單的生物學情境，要求學生理解選擇培養的原理、微生物的特殊需求、培養基的類型，考查學生的理解能力和情境分析能力。試題的情境基礎簡單，立意清晰明確，體現了試題的基礎性。

2.2 綜合性

綜合性既包括同一層面知識、能力和素養的交互融合，也包括不同層面之間縱向的融會貫通，要求以多項相互關聯的活動組成的復雜情境作為載體，反映核心知識、關鍵能力與學科素養的整合及綜合運用，從而實現對學生素質綜合、全面的考查。試題以“黃酒低聚糖對腸道內乳酸桿菌等益生菌增殖的影響”為背景主線，融合微生物的篩選、培養基的類型、果酒果醋制備原理等必備知識，需要學生仔細閱讀材料、審閱實驗結果，并能將《選修1·生物技術實踐》不同專題的知識進行整合，綜合所學知識解釋相關生物學現象并解決相應的問題。試題考查學生的信息獲取能力、理解能力、問題解決能力、實驗探究能力和創新能力等關鍵能力。其中，第（1）小題對照組中無論碳源是葡萄糖還是低聚果糖，乳酸桿菌都可以增殖、生長，而低聚果糖屬于低聚糖中的一種且乳酸桿菌是厭氧細菌，故篩選低聚糖分解菌可以將小鼠新鮮糞便樣品稀釋液接種至以葡萄糖和低聚糖為唯一碳源的固體培養基上并提供無氧環境進行篩選。因為此培養基通過改變培養基的組成來篩選微生物，故從功能上分類屬于選擇培養基。該題考查的是學生的理解能力和分析能力等關鍵能力。第（2）小題以果酒果醋的制作為載體，需要學生明確果酒發酵溫度是18～25℃，果醋的發酵溫度是30～35℃，醋酸菌是好氧細菌，并在此基礎上根據題干信息“發酵系統密封不嚴（有氧氣存在），溫度升高（利于醋酸菌增殖、生長）”進行推導，闡釋果酒變酸（本質是果酒變成了果醋）的原因（本質是果醋制備的原理），即在氧氣充足、缺少糖源時，醋酸菌將乙醇變為乙醛，再將乙醛變為醋酸，進而使黃酒變酸。該題考查的是知識遷移等關鍵能力。第（3）小題屬于由果溯因考查，耦合了試題探究主題“探明黃酒低聚糖對腸道內乳酸桿菌等益生菌增殖的影響”，屬于實驗探究主題的延伸與應用。試題要求學生根據實驗結果，回溯出“低聚果糖組和實驗組的發酵液pH下降較快”的原因。倘若該問沒有溯因的前提，學生將無從下手，也不利于考查學生知識遷移、學以致用等關鍵能力。為了使學生快速找準試題切入點、充分引起其思維活動，提高試題測量效度，題干提供了推理的前提“低聚糖能促進腸道內乳酸桿菌等益生菌的增殖”，并要求學生根據此前提遷移應用、推導、釋因。對于第二小問，實驗探究的顯性目的是“探明黃酒低聚糖對腸道內乳酸桿菌等益生菌增殖的影響”，但最終探究的隱性目的是“黃酒低聚糖能否和低聚果糖一樣作為動物腸道內潛在的益生元”。因此在理解低聚果糖與低聚果糖一樣能促進乳酸桿菌增殖的基礎上，學生需要依據題干信息“與低聚果糖相比，黃酒低聚糖對腸道菌群增殖可發揮類似的調節作用”及“益生元的概念”，采用三段論進行類比推理，已知：①低聚果糖可作為腸道內潛在益生元；②黃酒低聚糖對腸道菌群增殖可發揮與低聚果糖類似的調節作用。根據①和②及益生元的概念，可以類比推理出黃酒低聚糖也可作為腸道內潛在的益生元。該小題考查了學生的理解能力、遷移應用能力、解決問題能力、綜合分析能力等關鍵能力。第（4）小題本質是第（1）小題的遷移應用與延深，以同學甲的錯誤觀點為載體，要求學生運用必備知識——乳酸桿菌屬于厭氧細菌，設計實驗并對預期結果進行分析，旨在強化、深化學生“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”的能力。整道題的作答要求學生基于結果尋找生物學證據，采用逆向思維、演繹推理和歸納概括等思維方法，解釋生物學現象并解決相應的問題，體現了對生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任素養的考查，體現了對復合能力、融合素養的全方位考查，體現了試題的綜合性。

2.3 應用性

《評價體系》指出在命題時應堅持理論聯系實際的原則，考查學生運用知識、能力和素養解決實際問題的能力，讓學生充分感受到課堂所學內容中蘊含的應用價值，同時應增強試題的探究性，引導學生獨立思考判斷，提出解決問題的方案。黃酒源于中國，與啤酒、葡萄酒并稱三大發酵酒，試題情境貼近社會生活，第（2）小題要求在新情境下闡釋黃酒變酸的原因，考查了學生遷移課堂所學內容、理論聯系實際的能力；第（3）小題以探究結果為情境，要求學生結合題干信息，基于新情境進行知識遷移應用，在第（2）小題的基礎上進行了深化；第（4）小題則要求學生打破常規，進行獨立思考和判斷，提出解決問題的新方案，考查了學生學以致用的能力，體現了試題的應用性。

2.4 創新性

創新性要求設置開放性的試題呈現新穎的方式和設問方式，引領學生獨立思考、主動探究，發現新方法、找到新規律、得出新結論，旨在考查學生對問題或觀點提出不同看法并進行論證等能力。在有了第（1）小題的內容作為鋪墊后，學生基本可以判定第（4）小題中甲的觀點錯誤，關鍵是如何對觀點進行論證。作答過程要求學生先懂得分組（分對照組和實驗組），再通過改變自變量（有氧和無氧環境）排除無關變量（其他因素相同且條件適宜）影響，然后運用題干檢測指標表述出實驗設計思路，最后運用“乳酸桿菌時厭氧細菌”這一必備知識對實驗結果進行分析論證。試題考查了學生的知識遷移應用能力、語言表達能力、解決問題能力、實驗探究能力、創新能力等關鍵能力，體現了一定的創新性。

3 試題評價

為檢測原創試題質量，對高三224名學生進行了測試，結果見表1。

表1 試題分析結果

學生作答存在的主要問題如下。①必備知識記憶、理解不清：第（1）小題第1小問作答“低聚果糖（低聚糖）”的學生不在少數，即漏寫“葡萄糖”的現象較普遍；果醋制備的原理依然記憶混亂即氧氣充足、糖原充足及氧氣充足、糖原不足分辨不清而導致錯答的學生占比較高。②獲取信息、理解、分析推理等關鍵能力較欠缺：第（3）小題第1小問因未能理解、運用題干提供的推理前提而導致詞不達意、邏輯紊亂的學生較多。③實驗探究能力、語言組織能力較弱。第（4）小題要求對實驗結果進行分析，該類試題在平時模擬訓練中較少見，不少學生“留白”，這可能和作答時間搭配不合理、整卷試題難度較高有一定的關系。整道試題難度為0.51，與2021年廣東省普通高中學業水平選擇性考試生物學高考試題選修1中的難度0.47趨近，其難度適中，區分度較好。