基于高考评价体系的生物学原创试题命题策略探索

羊垂功 吴丰

摘要 依据高考评价体系的评价理念，以一道外泌体生物学原创试题为例，从注重生命观念考查，兼顾对四翼和四层的考查，注重思维外显高级思维的考查，注重层次性和逻辑性的考查四方面，探索基于高考评价体系的生物学原创试题的命题策略。

关键词 高考评价体系 生物学 命题策略

中图分类号G633. 91

文献标志码 B

依据高考评价体系的评价理念及模式进行试题命制，是命题科学化与规范化的要求，是确保教、学、考有机统一的重要途径。如何在高考评价体系下进行命题是生物学教师当下亟需研究的课题。现以科研文献（外泌体研究进展及未来的应用与挑战）命制的一道生物学原创试题为例，将高考评价体系的考查内容、考查要求与《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）中的核心素养、学业质量水平等对接与分析，探索基于高考评价体系学科素养要求下生物学原创试题的命题策略。

1 试题展示

外泌体是癌细胞或兔网织红细胞等多种类型细胞晚期内体起源的一种具有脂质双层膜结构的封闭囊泡。它可以携带和分泌细胞内的蛋白质、核酸等并转运至受体细胞，在胞间发挥着重要的通讯作用。其过程如图1所示，回答相关问题。

（1）外泌体分泌过程说明细胞膜具有_______的结构特点，分泌体在_______（要求从细胞膜功能角度作答）方面发挥重要作用。

（2）癌细胞分泌的外泌体可以将癌细胞抗原呈递给吞噬细胞，进而诱导人体发挥_______免疫，体现了免疫系统的_______功能。

（3）癌细胞分泌的外泌体除了通过影响局部微环境促进癌细胞增殖外，还能经长距离运输到达远端，促进远端血管形成。癌细胞外泌体促进远端血管形成的目的是____________________________ ，为了与此目的适应，癌细胞特征需要发生的改变有_______（要求写出两点）。

（4）研究表明癌细胞易感基因101蛋白（TSGIOI）在诱导外泌体分泌中发挥着重要作用，与此实验结论相对应的实验现象是___________。

（5）兔网织红细胞产生的外泌体（内含转铁载体蛋白）分泌后可以被其他兔网织红细胞细胞捕获，但不能被成熟的红细胞（由兔网织红细胞分化形成）捕获。兔网织红细胞捕获外泌体的意义是____。

（6）请运用含有放射性转铁载体蛋白的抗体，验证兔网织红细胞產生的外泌体分泌后可以被其他兔网织红细胞细胞捕获，不能被成熟的红细胞捕获______________（要求写出实验思路、预期的实验结果和实验结论）。

参考答案：

（1） 一定流动性细胞间的信息交流

（2）细胞 监控和清除

（3）利于癌细胞在机体内扩散和转移 形态结构发生显著变化细胞膜上的糖蛋白明显减少

（4）癌细胞外环境中具有一定数量的外泌体

（5）通过增加细胞膜上转铁载体蛋白的数量，促进细胞对铁的吸收，进而促进细胞合成更多的血红蛋

（6）用含有放射性转铁载体蛋白的抗体标记兔网织红细胞转铁载体蛋白，一段时间后检测其他兔网织红细胞膜和红细胞膜上放射性的强度;其他兔网织红细胞膜上放射性的强度明显高于红细胞膜上放射性的强度;兔网织红细胞产生的外泌体分泌后可以被其他兔网织红细胞细胞捕获，不能被成熟的红细胞捕获。

2 试题情境处理

在创设题干情境和问题情境时，为了使学生快速找准试题切入点、充分引起其思维活动，提高试题测量效度，本题做了如下处理：①为了使试题的指向更加明确，避免冗余信息干扰学生作答，将原论文“免疫细胞、神经细胞和干细胞等多种类型细胞都可以分泌外泌体”替换为“癌细胞或兔网织红细胞等多种类型细胞都可以分泌外泌体”。②为了避免学生依据外泌体推导细胞膜功能时出现思维障碍，题干情境特意凸显了外泌体在胞间的通讯作用。③受体蛋白是胞间进行信息交流的物质基础，载体蛋白才是细胞进行物质运输的物质基础。为了避免学生作答时因理解上的偏差而导致错答，第（5）小题将拓展资料中的“转铁蛋白受体”更换为“转铁载体蛋白”。④为了简化学生对陌生术语的理解，避免因情境存在陌生信息而造成解题障碍，第（3）小题将原论文中的专有名词“树突状细胞”替换成“吞噬细胞”，第（5）小题将拓展资料中的“兔网织红细胞”加注“红细胞由兔网织红细胞分化形成”。⑤为了简化实验设计方案，利于学生作答，第（6）小题将拓展资料中“科学家为了追踪转铁蛋白受体的转移路径，他们用带有放射性标记的125 I制备转铁蛋白受体的抗体，并通过追踪放射性转移路径来分析转铁蛋白受体的转移路径”，简化为“请运用含有放射性转铁载体蛋白的抗体，验证兔网织红细胞产生的外泌体分泌后可以被其他兔网织红细胞细胞捕获，不能被成熟的红细胞捕获”剔除“用带有放射性标记的125 I制备转铁蛋白受体的抗体”。以上处理意在为直接指向学科素养的考查提供简洁有效的题干情境和问题情境。

3 试题双向细目表的制订与命题策略分析

问题的设计是试题命制的核心环节，需要考虑考查学生的知识内容、具体关键能力、核心素养的类型、学业质量具体层级的水平要求、思维结构所处的水平等。为了呈现试题问题设计情况，现将各小题基于高考评价体系考查的内容要求、能力要求和新课标要求的核心素养、学业质量水平、SOLO思维结构等制订成双向细目表（表1）并对其进行分析，探索基于高考评价体系学科素养要求下生物学原创试题的命题策略。

3.1 注重生命观念的考查

生命观念是学生在理解生命本质途径并深度领悟生物学概念的基础上形成的，是对所学生物学知识在头脑中的提炼和升华，是生物学知识体系的核心。因此，教师设计问题时，不能单纯只考查生物学事实，而更应考虑学生对生命观念的理解和应用。基于以上认识，教师编制试题考查学生的生命观念时，要按照学业质量标准的4个水平，注意以下事项：①基于学业质量水平1设计第（1）小题，要求学生依据题干信息（通讯作用），结合教材知识、外泌体产生和分泌过程，在初步运用信息观判断外泌体在胞间信息交流方面具有重要作用的同时，明确胞间信息交流除了依赖于介质分子（激素等）外，还可以依赖于介质结构（外泌体等）。②基于学业质量水平2设计第（2）小题，要求学生能依据题干信息“癌细胞可以通过外泌体将其抗原呈递给吞噬细胞”判定癌细胞属于靶细胞，能运用结构与功能观说出针对靶细胞的武器是效应T细胞，进而判断诱导机体发生的特异性免疫是细胞免疫，并依据该特异性免疫的功能特点判定出免疫系统的监控与清除功能。③基于学业质量水平3设计第（3）小题，要求学生通过特定情境（癌细胞分泌的外泌体促进远端血管形成），在结构与功能观的指导下，先推导出与该宏观结构改变相适应的微观功能，再推导出与此微观功能相适应的微观结构基础，进而使结构与功能观得以深化与升华。即宏观层面结构的改变（远端血管的形成）是为了更好地完成微观层面的功能（利于癌细胞在机体内扩散和转移）;为了使微观层面的功能更好地完成，又需要微观层面结构改变（癌细胞的形态结构发生显著变化、癌细胞膜上的糖蛋白明显减少）与其相适应，④基于学业质量水平4设计第（5）小题，通过特定情境（兔网织红细胞和成熟红细胞能否捕获外泌体），在信息观和结构与功能观的指导下，要求学生依据题干信息“兔网织红细胞产生的外泌体分泌后可以被其他兔网织红细胞捕获，但不能被成熟的红细胞捕获”，先找出与此异常现象产生的直接原因（成熟红细胞血红蛋白含量比兔网织红细胞血红蛋白含量高）;再依据直接原因，推导出间接原因（由于成熟的红细胞不再合成血红蛋白，因此不再需要吸收铁，不吸收铁自然不需要转铁载体蛋白，不需要转铁载体蛋白自然不能识别来自于其他兔网织红细胞分泌内含有转铁蛋白载体的外泌体）;最后，厘清直接原因和间接原因之间内隐的逻辑关系，归纳和概括出兔网织红细胞捕获外泌体的意义（通过增加细胞膜上转铁载体蛋白的数量，促进细胞对铁的吸收，进而促进细胞合成更多的血红蛋白）。

3.2 兼顾对四翼和四层的考查

高考评价体系提出四翼，即基础性、综合性、应用性、创新性的考查要求，一方面体现了高校对人才选拔的要求，另一方面也体现了素质教育培养目标的要求。四翼是连接四层与命题实践的纽带，可以通过四翼实现对四层的有效考查，也可以通过四翼对试题质量进行有效评价。因此，四翼不仅是评价学生素质高低的基本维度，也是评价试题质量优劣的基本指标。四翼要求命题者设计的问题情境要有一定的逻辑性和层次性，既要有基础性和综合性问题，又要有应用性和创新性的问题，以满足对不同素养水平的考查。基于以上认识，本试题以癌细胞和兔网织红细胞产生的外泌体为考查载体，从细胞膜的结构特点、细胞膜的功能、特异性免疫的过程、免疫系统的功能、癌细胞的主要特征、外泌体分泌的原理、转铁载体蛋白功能等多角度设置问题，兼顾了四翼的同时，也实现了对四层的有效考查。例如，第（1）小题和第（2）小题主要考查学生对细胞膜的功能和免疫系统功能的理解和掌握程度，体现了试题的基础性要求，意在引导学生夯实知识基础。第（3）～（5）小题通过创设一定复杂程度的问题情境，要求学生依据癌细胞分泌的外泌体促进远端血管形成，推导出与其相适应的微观功能和微观结构基础;依据癌细胞易感基因101蛋白（TSGIOI）在诱导外泌体分泌中发挥着重要作用，推导与此结论相对应的实验现象（癌细胞外环境中具有一定数量的外泌体）;依据兔网织红细胞产生的外泌体分泌后可以被其他兔网织红细胞捕获但不能被成熟的红细胞捕获，分析、推理、归纳和概括出兔网织红细胞捕获外泌体的意义等多项关联性知识的整合及综合应用。这样可以考查学生对知识、能力、素养之间的整合能力及综合运用能力，体现了试题综合性，同时也考查了学生理解能力和创新能力等思维认知能力群和知识获取能力群。第（3）～（5）小题呈现形式和设问方式简洁、新颖，需要学生具备较强的信息处理和逻辑推理等能力，才能分析、推理、归纳和概括出相对应的答案，体现了试题的创新性。

学以致用是育人的重要目标，对知识的输出提出较高要求，要求学生能够从生物学视角获取关键信息、解释生物学现象、解决生物学问题，能够用科学准确的语言或图表等形式进行表达。这是对现行高考生物学科理解能力及获取信息能力的延续和提升，也是对学科素养发展的铺垫。因此，试题的应用性是命题必须具备的显性要求。本试题在学生分析、推理、归纳和概括出兔网织红细胞捕获外泌体意义的基础上，通过设计实验方案，以验证兔网织红细胞产生的外泌体分泌后可以被其他兔网织红细胞细胞捕获而不能被成熟的红细胞捕获的过程中，要求学生具备较强的知识迁移能力、语言表达能力和理论联系实际的能力和水平等，体现了试题的应用性。

3.3 注重思维外显高级思维的考查

学生具备学科核心素养往往体现在能够独立面对并解决他们所遇到不熟悉的、复杂的学科实际问题。这必然要求学生具有解决劣构问题或完成复杂任务的高阶思维能力。高阶思维是指发生在较高认知水平層次上的心智活动或较高层次的认知能力，具体而言是指问题求解、决策制订、批判性思维和创造性思维的能力。指向认知过程思维外显的高级思维的考查主要通过给定的信息（问题的初期状态）与目标（问题的终止状态），要求学生经过一定的思维活动或一系列的认知操作外显达到目标状态即问题的中间状态。

试题欲达成的一个重要目的即是完整、具体地体现学生在问题中间状态的一系列认知操作行为表现，从而测量其思维能力程度。因此设问可以采取目的是什么、原因是什么、理由是什么、意义是什么、依据是什么等设置形式，要求学生运用生物学术语，同时关联、拓展生物学概念或原理，进行多种形式的科学表述，促使学生将一系列认知操作过程所经历的思维外显化，进而充分反映对生物学概念原理掌握、运用情况及高阶思维水平。思维外显的高阶思维对接的是SOLO思维结构中的关联结构水平和拓展抽象结构水平。例如，癌细胞或兔网织红细胞分泌外泌体这一真实、新颖的情境作为试题载体，考查了学生基于必备知识和外泌体相关知识，考查了学生运用分析、推理、归纳和概括等学科思维方法对外泌体促进远端血管形成、易感基因101蛋白（TSG101）可以诱导外泌体分泌、兔网织红细胞可以捕获其他兔网织红细胞分泌的外泌体等变化的目的、原因、意义进行探讨、解释、阐述。试题要求学生对外泌体相关现象产生的原因进行分析、推理、归纳和概括等系列认知操作，并通过应用科学语言实现思维外显，进而具体有效地指向了学生高阶思维能力的考查。试题基于学生实际知识和能力水平创设的问题情境由浅入深，层层递进，指向高阶思维能力的考查，确保了试题良好的区分度、信度和效度。

3.4 注重层次性和逻辑性的考查

试题注重层次性和逻辑性的考查，问题要具体清晰，设问要前后呼应，为学生深入探究问题起到铺垫和引领作用，同时也考查了学生理解能力、实验探究能力、解决问题能力等思维认知能力群、知识获取能力群和实践操作能力群，深化了学生对外泌体相关内容的理解。例如，通过第（1）和第（2）小题的考查，学生认识到外泌体在多种细胞之间具有重要的通讯作用。学生通过解决第（5）小题相关问题，得以深化相关理解，即外泌体在细胞之间的通讯作用既有普遍性也有特殊性，这种特殊性由细胞的功能（成熟的红细胞不再合成血红蛋白）决定。可见，第（1）小题和第（2）小题为解答第（5）小题奠定了知识和思维基础，而第（5）小题则是对第（1）小题和第（2）小题相关内容的拓展和延深。通过第（3）小题的考查，学生明确癌细胞通过外泌体促进远端血管形成的目的是促进它在机体内更加高效地扩散和转移。第（4）小题在明确指出癌细胞分泌外泌外的直接原因（癌细胞易感基因101蛋白诱导的结果）的同时，要求学生进一步依据此直接原因推导出其相对应的实验现象，进而使学生的思维得到深化。第（3）小题和第（4）小题之间内隐的顺向逻辑关系是易感基因蛋白先诱导癌细胞分泌外泌体，导致癌细胞外环境中具有一定数量的外泌体。这些外泌体再经长距离运输到达远端，促进远端血管形成，进而实现癌细胞在机体内更加高效地扩散和转移。这种高效的扩散和转移需要癌细胞的形态结构发生显著变化和细胞膜上的糖蛋白明显减少与其相适应。在第（3）小题的知识和思维作为铺垫的基础上，学生再依据相关的知识和思维进行逆向思考即可找到解决问题的关键切入点，实现快速、有效地作答出“癌细胞外泌体得以经长距离运输到达远端的前提是癌细胞外环境中具有一定数量的外泌体，而一定数量外泌体的分泌离不开癌细胞易感基因蛋白的诱导”。通过第（5）小题的考查，学生在了解兔网织红细胞产生的外泌体分泌后可以被其他兔网织红细胞捕获但不能被成熟的红细胞捕获的基础上，明确兔网织红细胞捕获外泌体的意义是通过增加细胞膜上转铁载体蛋白的数量，促进细胞对铁的吸收，进而促进细胞合成更多的血红蛋白。如何知道兔网织红细胞产生的外泌体分泌后可以被其他兔网织红细胞捕获，不能被成熟的红细胞捕获？学生通过第（6）小题相关实验方案的设计，发展和提升相关认知和思维。第（5）小题和第（6）小题之间内隐的逻辑关系是铁是构成血红蛋白的重要组分，由于成熟的红细胞不再合成血红蛋白，因此不再需要吸收铁，不吸收铁自然不需要转铁载体蛋白，不需要转铁载体蛋白，自然不能识别来自于其他兔网织红细胞分泌的外泌体（内含有转铁载体蛋白），导致细胞膜上不再有新的转铁载体蛋白。所以，用放射性抗体标记外泌体内的转铁载体蛋白，追踪其转移途径时，自然在成熟红细胞的膜上检测不到相应的放射性，而其他兔网织红细胞与成熟红细胞的情况刚好相反，因此依据两类细胞膜上放射性强度的差异即可验证实验结论。可见，第（5）小题为解答第（6）小题奠定了知识和思维基础，而第（6）小题则是第（5）小题相关内容的延深和深化。构建好第（5）小题和第（6）小题之间内隐的逻辑关系是正确表征第（6）小题实验设计方案的关键。以上设问意在为直接指向学科素养的考查提供简洁有效的问题情境;基于学生实际知识和能力水平创设问题情境由浅入深，层层递进，指向高阶思维能力的考查，确保了试题良好的区分度、信度和效度;在实现对四翼要求和四层内容有效考查的同时，培养、发展，提升学生的学科素养、增强他们的社会责任感，真正实现立德树人这一核心目标。

总之，生物学学科核心素养的提出对高中生物学原创试题的命制和考试评价等都提出了新的挑战。如何命制体现生物学本质特征、促进学生生物学学科核心素养发展的生物学原创试题，将成为未来生物学考试评价的核心议题。试题命题又是评价理念和评价目的得以落实的关键。因此，教师要努力探索转变原有的命题方向、形式、风格和话语体系，创新命题形式，提高命题质量，充分发挥评价对教、学、考的积极导向和引领作用。

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