核心素养视域下的高中生物学作业设计

 

蔡伟强
广东省揭阳市揭西县河婆中学

摘要：以“光合作用与能量转化”为例，阐述了核心素养视域下以核心素养为导向、大概念为依托、学业质量水平为依据、高考评价为锚点的作业思路策略，并展现了在教学实践中的作业设计实例。

《普通高中生物学课程标准(2017年版2025年修订)》提出，教学评价需以学生发展为本，聚焦学科核心素养的表现。作为“教、学、评”一体化的核心环节，作业设计应以核心素养为导向，以大概念为依托，以学业质量水平为依据，以高考评价为锚点，实现作业设计的学科育人价值。现以必修1“分子与细胞”模块中“光合作用与能量转化”为例，阐释核心素养视域下的高中生物学作业设计。

1 以核心素养为导向的作业育人价值建构

学科核心素养是学科育人价值的集中体现。“光合作用与能量转化”一节的作业设计可聚焦三大板块:①通过模型建构、比较分析等作业形式，强化对光合作用场所的本质理解;②以流程图、反应式推导等任务，引导学生表征光合作用的物质与能量转化过程，并结合环境因素的影响曲线分析，培养模型与建模思维;③基于经典实验的改良设计、创新实验方案、问题解决思路设计等作业，提升科学探究的高阶思维能力，渗透社会责任意识教育。

2 以大概念为依托的作业内容选取

建构概念体系是学生实现知识的有效迁移、发展思维的基础。本节课的作业设计需紧扣概念体系，体现“知识理解、应用迁移、实验探究”的能力进阶，作业内容涵盖“基础、应用、探究”三大维度。首先是基础概念、原理和过程:设计概念填空类作业，考查光合作用的光合色素与叶绿体的结构基础、光合作用过程的物质和能量变化，达成“记忆”与“理解”层级的评价。其次是农业生产应用或科学研究背景下的影响因素:设计曲线分析、过程图分析类作业，考查单因素影响和多因素影响，并与细胞呼吸综合考查农业生产应用中两者的物质联系、能量关系及净光合速率的计算，达成“理解”与“应用”层级的评价。最后是实验探究:设计探究性、开放性作业，通过实验设计、结果分析、问题解决方案的设计等考查学生对光合作用原理的理解，达成“应用”与“探究”层级的评价。

3 以学业质量水平为依据的作业层次性设计

学业质量水平从核心素养的不同维度描述了学生学习成效的高低。课程标准的学业质量水平主要从能力要求、情境的复杂性、需要解决的问题的综合性三个视角进行不同水平的描述。

本节课的作业设计需从基础内容起步，逐步提升难度。以“生命观念”为例，行为动词从“说出”到“举例说明”再到“阐释”，对学生的综合性能力要求层级化。因此，建议设计的作业既需要低阶认知的填空题，又需要科学思维外显化的文字描述类题目。

与问题情境相关的描述则从“给定情境”(如能根据教材的叶绿体结构示意图)到“特定情境”(如需要综合光照强度、气孔、CO₂供应量、时间等多个因素进行原因分析的情境)再到“新的问题情境”(如提高产量、实验分析等新的问题情境)，对学生处理情境的综合素质要求逐步递进。因此，建议设计调动单一知识和技能、综合运用多种知识和技能解决问题的不同情境。

解决问题的方案设计要求从“设计解决简单问题的方案”(如提出提高光合作用强度的措施)到“解决特定问题”(如提出需要综合多种因素的增产措施)再到“解决生活中的实际问题”(如设计实验方案探究提高农作物产量的实验思路)，创新思维要求越来越高。因此，作业可以设计部分运用单一或多种因素解决的题目，部分来源于科学探究或生产实践的开放性问题解决方案的题目。

4 以高考评价为锚点的问题解决思路设计

《中国高考评价体系》规定以“情境”承载考查内容，实现考查要求。本节作业的问题分析和解决过程一般包括:①理解基础;②分析过程;③探究影响因素，解决问题;④提出新问题。

基于此，本节课的作业设计以问题解决思维路径为线索，构建“基础—分析—应用—创新”训练体系。第一层级的作业为夯实知识基础类，旨在强化学生对光合作用的结构基础和物质基础的理解。第二层级的作业为光合作用物质和能量转化过程分析类，学生通过获取新信息、解读图表，理解新问题情境中植物的光合作用过程。第三层级的作业聚焦实践应用，运用控制变量法设计实验，通过分析数据推导结论，探究环境因素对光合速率的影响，并将其转化为增产措施。第四层级的作业可为开放性题目，激发学生的创新思维，提升运用科学方法提出新问题、解决新问题的能力。

5 作业设计示例

作业聚焦核心素养，体现问题解决逻辑，并依据内容要求、学业要求和学业质量水平，以“光合作用的过程及其结构基础和物质基础，以及光合作用原理在生产中的应用”为例，设计三层递进式作业体系:以“低复杂度情境”巩固基础(A层)，以“学科真实情境”促进迁移(B层)，以“生产实践情境”驱动创新(C层)。各层次通过情境真实性递增、思维开放性提升、学科实践深化的逻辑链条，构建“知识—能力—素养”的螺旋上升路径。

5.1 A层次作业

设置低复杂度情境(如直接分析光合作用的物质转化过程)，聚焦基础知识的记忆与简单推理，旨在检测学生对核心概念的准确再现能力，落实“知识建构”的基础目标。A层次作业非选择题示例如下。

例1 图1为某植物的叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的物质变化示意图，其中a、b表示物质，①—④表示生理过程。请回答下列问题:

(1)②发生的反应称为_______，需要①处反应提供_______才能使C₃转变成糖类等有机物。图中过程①、③发生的场所分别是_______、_______，物质a是_______，物质b是_______。

图1光合作用和细胞呼吸的物质变化示意

(2)若用¹⁸O标记H₂O，那么在图1过程④的最终产物中，有可能检测到¹⁸O的物质有_______。

(3)在生长旺盛时期，植物体内过程①、③、④产生ATP的数量关系是①_______③+④(填“>”或“=”或“<”)。

(4)分离光合色素时，由于不同色素在层析液中的溶解度不同及在滤纸上的吸附能力不同，导致4种色素随层析液在滤纸条上的_______不同而出现色素带分层的现象。

参考答案:(1)暗反应ATP和[H](NADPH)(叶绿体)类囊体薄膜细胞质基质 O₂CO₂;(2) CO₂、H₂O;(3)>;(4)移动速率。

设计意图:本题以“光合作用和细胞呼吸过程图”为情境，考查学生对光合作用和细胞呼吸物质变化和能量转化、色素分离的原理的掌握情况，同时通过图形分析考查学生的信息获取能力。其中，第(3)问设置“生长旺盛时期”的限定条件，要求学生结合“光合强度大于呼吸强度(净光合速率>0)”的生物学事实，分析光反应(①)与细胞呼吸(③+④)的ATP产生量关系，体现对“物质与能量观”这一生命观念的考查。

5.2 B层次作业

B层次作业创设学科学习情境或实验情境(如分析不同光照强度下光合作用速率的实验数据图表)，要求学生通过图文转换、数据筛选、因果分析等过程整合信息，在知识迁移中展现归纳、演绎等逻辑思维，实现从“知识记忆”到“应用分析”的能力跨越。B层次作业非选择题示例如下。

例2 干旱对植物光合作用的抑制包括气孔限制和非气孔限制，前者是指干旱使气孔开放数减少，从而使光合速率下降;后者指干旱使光合结构遭到破坏或活性下降，此时胞间CO₂浓度并不亏缺。科研工作者探究干旱对某植物光合作用的气孔限制和非气孔限制的实验结果如图2、图3所示。CK为对照组(土壤含水量75%—80%),W₁为轻度干旱组(土壤含水量60%—65%),W₂为中度干旱组(土壤含水量50%—55%),W₃为重度干旱组(土壤含水量35%—40%)。

(1)相比于对照组，在轻度干旱条件下，植物的净光合速率_______，气孔导度下降主要影响光合作用的_______阶段。

图2光合作用的气孔限制实验结果

图3光合作用的非气孔限制实验结果

(2)相比于对照组，在中度干旱条件下，植物的净光合速率下降，同时伴随着_______大幅下降和_______大幅下降，这表明净光合速率下降主要是气孔限制因素作用所致。浇水可解除干旱胁迫，请用文字和箭头形式说明给植物浇H₂¹⁸O形成C₆H₁₂¹⁸O₆的过程中¹⁸O的转移途径:_____________________。

(3)在重度干旱条件下，植物胞间CO₂浓度和净光合速率的变化_______(填“相同”或“相反”)。研究者分析其净光合速率大幅下降主要是非气孔因素所致，其判断的理由是____________________________，请你分析植物在重度干旱条件下，生理方面的变化:____________________________(答出2点即可)。

参考答案: (1)下降暗反应;(2)胞间CO₂浓度气孔导度;

(3)相反虽然气孔导度下降，但是胞间CO₂浓度升高，且叶绿素含量下降，说明植物自身光合作用利用的CO₂少于该条件下可为暗反应提供的CO₂浓度水分亏缺导致类囊体薄膜被破坏，从而直接影响光反应;干旱胁迫导致将CO₂固定、合成C₃的一系列酶活性减弱;光合产物的输出变慢，导致细胞内光合产物积累，阻碍了光合作用继续进行。

设计意图:本题以“干旱对某植物光合作用的气孔限制和非气孔限制”的实验探究为情境，考查学生对光合作用影响因素及其与净光合速率的关系的掌握情况，以及从曲线图中获取信息的能力、分析与综合、创造性思维。学生易忽略“胞间CO₂浓度升高”这一关键证据。第(3)问是本题的创新之处，需要学生对“非气孔因素所致”作出判断后，能够从与暗反应有关的酶、光反应、光合产物的输出受阻等不同视角分析植物的生理变化。

5.3 C层次作业

C层次作业创设农业生产实践情境(如设计温室大棚光照调控方案以提高作物产量)，要求学生通过实验探究路径，综合运用模型建构、数据论证等科学方法，培养基于实验数据的推理能力和实践创新思维，实现高阶思维(如批判性思维、创造性解决问题)的发展。C层次作业非选择题示例如下。

例3 小麦生长后期的管理对于提高产量尤为重要，生长后期主要包括抽穗、开花、传粉、籽粒形成、灌浆和成熟等几个阶段。研究人员对甲、乙两个小麦品种在灌浆期、成熟期的光合作用相关数据进行测量，结果如表1。

表1甲、乙两个小麦品种在灌浆期、成熟期的光合作用相关数据测量结果

注:灌浆期幼穗开始有机物积累，谷粒内含物呈白色浆状;成熟期谷粒已变硬。

(1)在灌浆期之前要补施氮肥，氮肥中的氮是组成________(答两个与光反应有关的物质)的必需元素。进入成熟期小麦种子中干物质快速积累，呼吸速率较高，与体外燃烧相比，细胞呼吸的特点是________(至少写出两点)。

(2)若两品种籽粒产量相差不大，从表中的数据推测，________品种灌浆期时间短些，理由是________________________。

(3)小麦旗叶是位于麦穗下的第一片叶子(即小麦生长周期最后长出的叶)。科研人员推测:在小麦的灌浆过程中，小麦胚乳中的淀粉主要由旗叶提供。为验证该推测，请补充完成以下实验设计思路。

①在小麦的灌浆期，将旗叶和其他叶片分别包在密闭的透明袋中，分别通入充足的________和________，并始终保持25℃并给予合适的光照条件。

②将小麦培养至籽粒成熟时期收获籽粒。

③测定籽粒胚乳中含¹⁴C的淀粉及所有淀粉的含量并计算比例。

预测结果:如果________________________，则证明科研人员的推测是正确的。

(4)基于合理施用叶面肥能够提高小麦的产量，该研究小组可以进一步探究________________________________________。

参考答案:(1)叶绿素、酶、ADP、NADP⁺细胞呼吸可在温和条件下进行/有机物中能量是经过一系列化学反应逐步释放的/释放的能量有相当一部分储存在有机物中;(2)乙乙在灌浆期最大净光合速率比甲大，积累有机物更快;(3)¹⁴CO₂CO₂胚乳中含¹⁴C的淀粉所占比例大;(4)施用叶面肥的浓度(时期)对净光合作用的影响(也可从作用机制、环境条件等方面作答，合理即可)。

设计意图:本题以“小麦生长后期的管理对于提高产量的作用”为情境，按照“运用知识分析农作物的生长→通过实验探究解决科学问题→解决新的农业生产实践问题”的问题解决逻辑，考查学生运用光合作用、细胞呼吸等生物学原理解决粮食产量问题。其中，第(2)问学生易忽略“净光合速率直接决定有机物积累速度”，即乙在灌浆期最大净光合速率比甲大，积累有机物更快，灌浆期时间短些。第(3)问需要学生根据检测指标逆向推测应分别给旗叶和其他叶片通入充足的¹⁴CO₂和CO₂。第(4)问旨在激发学生问题意识与创新思维，以“叶面肥施用”为切入点，引导学生从“浓度、时期、环境条件、作用机制”等维度提出新的探究问题，突破“机械套用实验步骤”的学习模式。

来源：蔡伟强.核心素养视域下的高中生物学作业设计[J].生物学教学,2026,51(8):103-106.