基于UbD理論的試卷命制中試題任務情境創設的探究

哈爾濱師范大學附屬中學 王 昆 張慶嶺

“追求理解”的教學設計（UnderstandingbyDesign，UbD）是美國專家格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格提出的，為課堂教學提供了全新“UbD”理論的思路。基于“UbD”理論的教學設計分為三個階段，即確定預期結果、確定合適的評估證據、設計學習體驗和教學。由于這一設計與傳統教學設計不同，又稱為“逆向教學設計”。而我們的試題命制就是按照“UbD”理論的三階段進行的。首先考試的目的就是對人才進行選拔，接下來依據選拔要求（核心素養）進行考察點的確立，最后通過試題來對學生進行評價與評估，所以UbD理論對試題命制有著重要意義。

高考最重要的特點就是選拔性。高招擇優錄取的依據是學生的高考分數，衡量的標準兼顧德智體美勞等諸多方面。在日常教學中，圍繞高考模式下的試題命制是廣大教師的重要工作任務之一，題目的命制務必要與高考相契合。廣大教師在題目命制中只有落實好高考的核心功能、為什么考、考什么、怎么考這些實際問題，才能使得我們的考試目標落地，即UbD理論的最終實施結果——優秀的試題與試卷。

試題設計時，目標考查的載體是試題情境，當合理的試題情境被創設出來，有利于提高試題的科學性、準確性，同時也有利于激發考生的思維，使考生順利作答。根據高中生物學學科教學的特征，試題命制所選取應用的情境主要分為如下幾類：（1）日常生活與實踐的綜合化場景；（2）科學實踐與科學探究；（3）生物科學史實；（4）學科概念與模型。

一、日常生活與實踐的綜合化場景

在日常生活中，經常會遇到一些自然現象。而這些現象與生物學原理息息相關：農諺是我國古代勞動人民綜合實踐與智慧的結晶，如“春雨滿囤糧”強調水分對莊稼的重要性；“三伏不熱五谷不結”是指伏天豐富的光和熱利于莊稼的生長；“正其行，通其風”說明莊稼合理密植保持空氣流通的重要性。以上關于光合作用的影響因素的知識點通過與農諺的結合，使得題目介入更接地氣，題目信息讓學生容易接受，這也體現了生物學學科的科學素養。作為14億人口的泱泱大國，糧食安全也是國家穩定的基礎。“三農”問題——農業、農村、農民與生物學知識緊密相連。我國是一個農業大國，人們對土地、農業、農民都有著深厚的情感。教材中也多處出現與農業有關的知識：棄耕農田的群落演替過程、生態工程中重要的農村綜合發展型生態工程生態建設、基因工程中農業轉基因生物標識管理，還有我國在基因工程、細胞工程、胚胎工程中取得的卓越成績都是圍繞“三農”問題進行的。新冠肺炎病毒與傳統疫苗、基因工程疫苗、mRNA疫苗的異同及應用；傳染病、遺傳病、基因診斷與優生優育等這些日常化情境或者熟悉的生物學現象出現在試題中，會激發學生熱愛生活、珍視生命、崇尚科學的情感。

例如，2022年全國乙卷第29題：【試題信息】選取農作物關于根細胞吸收NO3－的速率與O2濃度的關系為背景，實際上是考察主動運輸及其影響因素。且以圖像形式展示了農作物甲、乙的不同（見圖1）。

圖1

考察項目有主動運輸方式的判定、主動運輸的限制因素（能量、載體），從主動運輸角度提出促進生產的耕作措施等。

【試題解析】該題目以不同類型的農作物對NO3－的吸收利用為切入點，以曲線形勢圖進行考察離子吸收方式，主動運輸方式的判定條件有：能量消耗、逆濃度梯度等，同時載體也是限制因素。影響農作物的生長條件等生命觀念的考察點在題目中多次出現。第（4）問中還考察了農業勞動的場景“中耕松土”，也體現了農業生產離不開勞動實踐，勞動教育與農業生產、試題情境的融合相得益彰。

此外，2020年高考理綜全國Ⅰ卷，也對該內容進行了情境設置和考查。第1問給出了“中耕”的定義，讓考生回答除去雜草并進行松土的意義。第2問考查農業生產常識：施肥要適當澆水的原因。

2022年全國乙卷38題也用到了大家熟悉的情境：【試題信息】以新冠疫情下病毒核酸檢測、疫苗為背景考查學生。新冠病毒為典型的RNA病毒，核酸檢測時需要以病毒RNA為模板在逆轉錄酶的作用下合成cDNA，再通過多聚酶鏈式反應擴增相應的DNA片段，據檢測結果判斷被檢測者是否感染新冠病毒。題目中還考查了PCR引物設計、PCR3步循環過程中溫度最低的一步等。由于新冠患者康復后會在身體內保留有相關抗體，第3問就設置了新冠病毒核酸檢測和抗體檢測結果情況不同的對比，最后以亞單位疫苗為考查載體，讓學生回答基因工程的基本操作流程。題目圍繞新冠病毒核酸檢測和疫苗接種等熱點問題設置題目，考查核酸檢測的基本原理和結果分析，引導學生加深對防疫措施的理解和認同。

【試題解析】抗疫過程中，與某些西方國家消極應對，造成大量人員感染、死亡不同，我國政府行動迅速、管控嚴格、措施合理。全民免費疫苗接種和應檢盡檢的核酸檢測發揮了關鍵作用，也彰顯了社會主義制度的優越性和我國政府的大國擔當。

二、科學實踐與科學探究

生物學是一門以實驗為基礎的實踐性科學。通過實驗題可以考查學生科學思維的嚴謹性，還可以檢查學生對于教材中實驗理解的透徹性。這些實驗內容的情境都源自真實的生物學研究以及這些實驗的改進或者知識遷移。例如，魯賓和卡門關于光合作用中氧氣的來源鑒定實驗，希爾反應實驗，恩格爾曼葉綠體功能鑒定實驗，這些實驗或是材料選取得當，或是實驗方案設計巧妙，都無一例外地閃耀著科學家智慧的光芒；綠葉中色素的提取與分離、酵母菌呼吸方式探究及種群數量變化、線粒體和葉綠體觀察、酶的影響因素等實驗科學嚴謹的實驗步驟、注意事項、實驗的外延和拓展考查學生基礎知識的扎實程度。利用科學實踐與科學探究情境考查學生，激發學生勇于探索科學真理的探究精神、認真嚴謹的科學態度、細致縝密的科學思維。

【試題信息】2019年北京卷，利用每年流行的流感病毒不同為試題情境，題干中主要信息是流感病毒表面的兩種糖蛋白HA與NA氨基酸序列的變異頻率非常高。要求利用給出的實驗材料進行實驗步驟的提取和排序。且說明選用的對照抗體應不能與什么特異性結合。最后，命題者還給出了相對開放的題目，依據題目背景說明疫苗研制的思路和流感患者的應對措施。

圖2

【試題解析】甲型流感對人類健康影響較大，尤其是人員較為密集的學校經常發生。本題讓學生從試題提供的實驗步驟中選出合理步驟并排序，接下來依據實驗圖像信息進行研發疫苗，最后一問還提出了具體應對措施等內容，也是生命健康模塊內容的考查與實際應用。對生物學核心素養的考查非常全面，試題情境較為熟悉，試題內容又與當前社會問題掛鉤，可見命題者的良苦用心。

三、生物科學史實

高中生物學教材中有很多科學史的介紹，這些科學史向我們展示著科學實驗探究的設計之美、探究方法的思維之美、實驗材料巧妙選擇之美。這些科學實驗都推動著人類社會的進步，這些科學探究過程涵蓋大量生物學知識，是試題命制的豐富材料，從多個角度可以進行題目情境的創設。例如，生物膜的發現歷程、光合作用的探究歷程、孟德爾遺傳學定律的發現、基因在染色體上的驗證、遺傳物質的證明過程等。

【試題信息】2020年江蘇高考生物20題，考查高中生物學教材科學史中同位素的運用情況，題干中所給出的有卡爾文（M.Calvin）、赫爾希（A.D.Hershey）、梅塞爾森（M.Meselson）、溫特（F.W.Went）等科學家及其經典實驗。

【試題解析】同位素標記法是用示蹤元素標記化合物，根據化合物的放射性確定物質的轉移途徑或對有關化學反應進行追蹤，也稱為同位素示蹤法。在高中教材中，多位科學家的經典實驗都用到了該方法。這些情境的設置可以啟迪學生的科學探究精神、愛國情懷和社會責任與擔當，教師在這些試題情境的創設中要更加注重價值觀引領作用。

四、學科概念與模型

概念是人類認識過程中，從感性認識上升到理性認識，把所感知的事物的共同本質特點抽象處理，加以概括，是自我認知意識的一種表達，形成概念式思維慣性。

模型是人們為了事物的認知需要，所做的簡化的概括性描述過程，包括物理模型、數學模型和概念模型。

【試題信息】2022年全國乙卷5題考查的群落的概念及其延伸，切入點是植物的分層現象，給出信息點陳述后讓考生做出判斷，這包括群落分層的意義、分層的結果、分層結構出現的原因等。

【試題解析】該題是對群落特征中群落空間結構的定義進行考查。群落中，各類生物所形成的種群會占據各自相應的空間，很顯然這是自然選擇的結果。從空間結構的角度上可以分為兩種類型：垂直結構和水平結構，而本題中所考查的分層現象體現的就是垂直結構。喬木、灌木、草本等各類植物所形成的垂直結構顯著提高了群落利用陽光等環境資源的能力。群落中植物的分層又為動物創造了多種多樣的棲息空間和食物條件。

高中教材中的概念頗多，模型構建也是常見的學習內容，這些情境的創設能夠讓學生深入了解生物學基礎知識，形成對生命現象及發展活動規律的認知，這包括物質結構與功能觀，能量、物質和信息的系統觀，進化與適應、生態觀、生命觀等。

在題目命制過程中，這4種情境也是相輔相成，共同在題目中出現來考查學生。如下以一道筆者命制的原創題為例與大家分享。

隨著百姓日常生活水平的提高，觀賞性海水缸成了人們的新寵。海水缸是一個簡單的人工生態系統（圖3），它的穩定存在離不開微生物的巨大作用。

圖3 海水缸——簡單的人工生態系統

（1）由于魚類餌料的過度投喂、魚類糞便的積累，會使得缸內水體中氨和亞硝酸鹽的含量大量升高而對魚類產生危害，實驗室常采用______法檢測亞硝酸鹽的存在，其檢測原理是________________。

（2）硝化細菌對魚缸中的氮穩定起到了重要的作用，其新陳代謝類型是________人工培養硝化細菌時其碳源為________________。

（3）為了使硝化細菌穩定存在于魚缸中，循環系統經常添加一些疏松多孔的海綿、陶瓷環等配件，試推測其目的________________。

（4）珊瑚美麗的顏色與珊瑚蟲適量共生的褐藻有關，人工光源強度過高，會使得珊瑚“褐化”而失去觀賞價值，簡述變色的原因________________。

（5）海水缸中硝酸根離子含量過高會對珊瑚產生危害，人們經常在缸內養殖藻類，增強觀賞性的同時降低硝酸鹽含量，分析硝酸鹽含量降低的原因________________。

答案：（1）比色法 2分，在鹽酸酸化條件下亞硝酸鹽與對氨基苯磺酸發生重氮化反應，重氮化產物再與N－1－萘基乙二胺鹽酸鹽生玫瑰紅色 3分

（2）自養需氧型 2分 二氧化碳 2分

（3）為硝化細菌的生存繁殖提供支持物和環境 2分

（4）過量的光照使與珊瑚蟲共生的褐藻過度繁殖2分

（5）硝酸鹽被藻類植物吸收和利用 2分

在常規微生物知識的考查中，其方式為背景置換即教材中的“土壤中分解尿素的細菌的分離與計數”“分解纖維素的微生物的分離”相關背景替換為石油分解菌、植物農藥分解菌等。這種題目的命制方式對于學生思維考查力度小，基于UbD理論的思維模式，確立好將學生的分層次考察目標，確定學生核心素養：生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任的評估依據，再進行題目設計。而本題從近幾年水族市場上比較流行的海水水族缸入手，挖掘海洋生物人工飼養的常見問題與生物學學科知識的聯系，讓學生體驗到“小生活與大科學”的思維碰撞。

（1）題中：亞硝酸鹽是水體中含氮有機物分解的中間產物，當氧氣充足時可以在微生物的作用下轉化為魚體毒性較低的硝酸鹽，在缺氧的時候也會轉化為毒性較強的氨類物質。在水族市場上經常可以購買到亞硝酸鹽的檢測試劑盒（圖4），其基本原理就是比色法的應用，通過基礎概念和檢測原理的考查，體現了試卷命制的基礎性原則。

圖4 亞硝酸鹽的檢測試劑盒

（2）題，生物新陳代謝類型、生物碳源的考查是將選修知識與必修知識融合，體現了試題命制的綜合性原則。

（3）題，考查了酶、細胞的固定化技術，屬于知識遷移能力的考查，魚缸中放置陶瓷環、細菌屋（圖5）等疏松多孔結構極大地擴展了面積，為水體中微生物的繁殖和棲息提供場所。題目中“疏松多孔”可以使學生在審題時有效進行思考作答。

圖5 陶瓷環、細菌屋

（4）題是將魚友在養殖中最常見珊瑚褐化問題與生物學知識相關聯，珊瑚蟲與藻類共生，但是這個數量是處于一種協調與平衡的狀態，使得珊瑚出現美麗的顏色（圖6）。一旦出現過量光照藻類大量繁殖，褐色顯著（圖7），該知識內容的考查與日常生活聯系緊密，核心素養的挖掘深入。

圖6 健康狀態的珊瑚顏色

圖7 褐化狀態的珊瑚

（5）題體現了試題命制和考查的應用性，體現了生物學理論與生產生活實踐的緊密結合，利用所學原理解決海水水族缸的實際問題，同時也是學科素養和關鍵能力的考查。

該題目通過5題7空15分的考查，將基礎性、綜合性、應用性、創新性四個生物學學科考查要求相互關聯、相互交叉，并用層層遞進的方式呈現給考生。題目符合選拔出終身發展和適應時代要求的高水平人才的試題要求。

UbD理論在教學設計上的應用和報道較多，本文是首次將該理論與試題命制相結合進行初步探索。綜上所述，新教材、新高考視域下，基于UbD理論的試卷命制要緊緊把握好高考試題的命制和設計原則，體會試題的變化，才能準確地應用于教學與命題中。作為UbD理論環節的第三步，創設出的試題命制情境是不能相互割裂的；通過綜合應用與布局，掌握好在試題的命制中體現出基礎性、應用性、綜合性、創新性的要求，才能命制出優質的試題與試卷。