吴成军｜生物学核心素养测评的理论、方法与实践路径

 

来源公众号：天津师范大学学报基础教育版 作者：吴成军

作者简介：吴成军，人民教育出版社课程教材研究所（北京 100081）编审。
引用格式：吴成军.生物学核心素养测评的理论、方法与实践路径[J/OL]. 天津师范大学学报（基础教育版），1-6.

摘 要：生物学高考以考查生物学核心素养为主要目的。以考查概念为载体测评生命观念，概念的考查层级可分为了解、理解、掌握和运用，可以设置熟悉程度和复杂程度不同的情境测评概念的层级；科学思维主要考查方法和能力，科学思维的考查层级可按“判断—解释—推理—评估—设计”而逐级递进；科学探究的考查可涉及探究的各个环节；社会责任的考查以渗透为主。设置适宜的情境和思维递进的问题是考查核心素养的重要方式和路径。

关键词：生物学高考；生物学核心素养；方法；路径

《普通高中生物学课程标准 日常修订版（2017年版 2025 年修订）》（以下简称“新课标”）在“评价原则”中指出，评价应体现生物学课程对学生核心素养的培养；反映学生素养发展的整体表现；反映科学态度和社会责任等倾向^[1]。生物学核心素养的内涵包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任，在生物学高考中命制试题测评学生生物学核心素养的发展，是当前高考命题的必然要求和指导原则。本文从理论与实践结合的角度，阐述如何命制高考试题以测评生物学核心素养的四个方面。

一、以测评概念为载体测评生命观念

生命观念是一种高度抽象概括而形成的对生命现象和本质的认识，包括结构与功能观、物质与能量观、进化与适应观、稳态与平衡观、生态观，等等。在这些生命观念中，可以直接通过试题测评的生命观念有结构与功能观、进化与适应观、生态观等。例如，通过试题测评一些细胞器的结构特点与功能表现，就相当于测评了结构与功能观的基本内涵，同时也测评了这些细胞器的生理结构及功能的概念；通过分析保护环境的现象和措施，测评生态观的基本内涵；通过对生物进化相关概念的判断与辨析，测评进化观的基本内涵。这样的测评层次比较浅，未能涉及对结构与功能的深层理解，更未涉及运用结构与功能观分析和解决相关问题。生态观、进化观的测评也大致类似。物质和能量观、稳态与平衡观很难通过命题直接测评，通常是通过测评相关概念进行渗透。生命观念的内涵是由一系列概念组成，即对一系列相关概念进行抽象、概括，就会形成相应的生命观念。因此测评生命观念时，通常以具体概念为载体，渗透测评生命观念的发展水平。另外，生物学的知识结构体系是由一系列概念组成，“新课标”中的内容要求也是由一系列概念组成。因此，测评概念的认知程度是测评生命观念的重要方式。

（一）概念测评的层级

概念的测评层级可分为四级：了解、理解、掌握、应用。每一个层级都有其内涵，并且可以用相应的行为动词表示（见表 1），行为动词反映了相关概念测评的深度。一般情况下，当概念的测评为理解、掌握和应用层级时，可以将其作为生命观念发展水平的重要指标。

表 1  概念的测评层级及说明^[2]257

大多数概念通常测评的是理解和掌握层级，理解层级的概念需要“比较、说明、阐述”，掌握层级的概念表现为“解释、推理、迁移”，应用层级的概念表现为“构建、运用、创新”。理解、掌握、应用层级的概念都离不开科学思维，其中应用层级的概念除了与科学思维有关，还与科学探究密切相关。如在设计试题时，要求学生运用相关概念分析和解决问题，或者要求设计实验步骤以达成实验目的。

由于概念测评有层级要求，因此需要创设熟悉程度或复杂程度不同的情境，才能体现出概念测评的层级。按照熟悉程度可将情境分为熟悉情境和陌生情境；按照复杂程度可将情境分为简单情境和复杂情境（需说明的是，熟悉程度与复杂程度的划分并非绝对表述）。将熟悉程度作为横坐标，复杂程度作为纵坐标，构建起四象限图（见图 1），可以作为测评了解、理解、掌握、应用的概念层级。

图 1  不同情境构成的四象限图及其特征

（二）测评概念层级举例

生物学高考试题分为选择题和非选择题两种题型。一般情况下，大多数选择题测评的是概念的理解层级，即测评学生是否能够“说明对象的特征和由来，阐述对象与相关对象之间的区别和联系”。如果试题设置了陌生—简单情境，要求学生将习得的概念用于新的情境，则测评的是概念的掌握层级。测评概念的理解、掌握和应用层级需要运用科学思维。

例1，(2025山东)生长于 NaCl 浓度稳定在 100mmol/L 的液体培养基中的酵母菌，可通过离子通道吸收 Na⁺，但细胞质基质中 Na⁺浓度超过 30mmol/L 时会导致酵母菌死亡。为避免细胞质基质 Na⁺浓度过高，液泡膜上的蛋白 N 可将 Na⁺以主动运输的方式转运到液泡中，细胞膜上的蛋白 W 也可将 Na⁺排出。下列说法错误的是 ( )   

A. Na⁺在液泡中的积累有利于酵母细胞吸水    

B. 蛋白 N 转运 Na⁺过程中自身构象会发生改变    

C. 通过蛋白 W 外排 Na⁺的过程不需要细胞提供能量    

D. Na⁺通过离子通道进入细胞时不需要与通道蛋白结合

如例1 所示，选项 A、B、D 测评学生对概念的理解层级。正确判断选项A，需要理解“高渗溶液可以吸收水分”这一概念；B 和 D 选项测评的概念是“协助扩散时通道蛋白的自身构象不会发生改变”“离子通过离子通道运输时不需要与通道蛋白结合”，这两个概念的测评都是“说明对象的特征”，即说明协助扩散的特征；选项 C 测评的概念是“主动运输一般是逆浓度运输，需要消耗能量”，因对选项 C 要进行推理判断，是“在理解的基础上，把对象用于新的情境”，故而测评了概念的掌握。对 A、B、D 三个选项进行判断时，运用的科学思维方法是“分析、比较”；对 C 选项进行判断时，运用的科学思维方法是“比较、推理”。

非选择题一般有多个设问环节，合理的命题思路为：呈现相关情境、针对情境设置多个问题，问题的呈现应由浅入深，逐步测评概念的理解、掌握和应用层级。如此，既逐级提升了概念的认知逻辑，也测评了学生科学思维的逐级深入程度。

二、科学思维的测评方法和路径

（一）科学思维是方法和能力的统一体

科学思维是方法和能力的统一体。科学思维方法主要是指逻辑思维方法，常见的逻辑思维方法有分析、综合、比较、分类、归纳、演绎、抽象、概括等，这些思维方法在使用时可以表现为技能，即思维技能。当思维技能在一定的情境中得到运用时，就是一种能力的表现。按照“认知活动的性质与功能”这一角度，可将科学思维能力分为理解能力、实验与探究能力、应用能力和创新能力，这四种能力也是生物学学科中的关键能力。从操作层面上看，测评科学思维的发展状况主要是测评科学思维方法的运用状况，同时也体现了关键能力的发展状况。表 2 阐述了关键能力和科学思维方法之间的关系。

表2  关键能力测评与科学思维方法的关系^[3]

以理解能力为例，生物学中的理解能力通常表现为对生命活动现象和生命活动规律的解释、说明和概述等。而在“解释、说明、概述”时，就需要用到一定的科学思维方法，如在“解释”时，会用到分析、比较、演绎等科学思维方法。例如，解释“将萎蔫的菠菜叶片放入清水中，一段时间后叶片会变得硬挺”的原因，就要用到“分析”（分析植物细胞的结构特点，可知细胞具有细胞壁和原生质层，原生质层相当于半透膜，且细胞液具有一定浓度）；“比较”（比较叶片萎蔫和硬挺时细胞的水分进出差异，明确水分移动与细胞形态的关联）；“演绎”（基于渗透作用原理进行推理。清水中的水分子浓度高于菠菜细胞液的水分子浓度，因此水分子会通过原生质层进入细胞，导致细胞液浓度降低，细胞吸水膨胀，最终使萎蔫的叶片变得硬挺）。该过程通过分析结构与功能的关系、比较不同叶片状态的差异、演绎渗透作用原理的具体应用，科学解释了“萎蔫叶片在清水中恢复硬挺”这一现象，体现了生物学中“解释”所依赖的科学思维方法。由此可知，测评关键能力，其本质是测评科学思维方法的综合运用。

（二）测评概念与测评科学思维的一致性

概念是科学思维的产物，建构概念的过程实质上是科学思维方法的运用过程。高中生物学中的绝大多数概念是归纳、综合、抽象、概括的结果。测评概念的理解、掌握、运用层级，也是测评科学思维方法的不同运用。结合上文阐述的测评关键能力与测评科学思维的关系，可以确定测评概念和测评关键能力与测评科学思维的关系（见图 2）。

图2  测评概念、测评关键能力和测评科学思维的关系示意图

例 2，（2025，山东）种群延续所需要的最小种群密度为临界密度，只有大于临界密度，种群数量才能增加，最后会达到并维持在一个相对稳定的数量，即环境容纳量（K值）。不同环境条件下，同种动物种群的K 值不同。图中曲线上的点表示在不同环境条件下某动物种群的 K 值和达到 K值时的种群密度，其中 m 为该动物种群的临界密度，K0以下的环境表示该动物的灭绝环境。a、b、c、d 四个点表示不同环境条件下该动物的 4 个种群的 K 值及当前的种群密度，且 4 个种群所在区域面积相等，各种群所处环境稳定。不考虑迁入迁出，下列说法错误的是（ ）

种群密度

A.可通过提高 K 值对 a 点种群进行有效保护

B.b 点种群发展到稳定期间，出生率大于死亡率

C.c 点种群发展到稳定期间，种内竞争逐渐加剧

D.通过一次投放适量该动物可使 d 点种群得以延续

如例 2 所示，从测评概念的角度看，本题测评了学生对概念的理解和掌握层级。其中从理解层级的角度看，K 值是指种群在一定条件下所能达到的最高值；坐标轴中 K 值与种群密度不一致时的意义。从掌握层级的角度看，即将上述概念应用于新设定的情境并作出相应判断。从测评关键能力的角度看，本题测评了理解能力和应用能力。从科学思维的角度看，本题主要测评了分析、比较、演绎（推理）的科学思维方法，如 A 选项分析 K 值的特征（某种条件下种群密度的最大值）；分析和比较 a 条件下 K 值与种群密度的关系（种群密度远小于 K 值）；演绎（推理）a 点条件时种群密度远小于 K 值，因此无法通过提高 K 值对 a 点种群进行有效保护。

（三）科学思维的测评层级

在分析与解决问题的过程中，生物学高考试题很少测评学生对单一科学思维方法的运用，而是注重多种思维方法的综合运用。因此，测评科学思维，是对多种科学思维方法运用的综合测评。例如，在对某个具体概念表述的是非进行判断时，一般用到“比较”的科学思维方法，即将该具体概念与头脑中已经习得的相关概念进行比较，从而做出准确的判断。而解答带有情境的选择题或非选择题时，往往需要综合运用分析、比较、归纳、演绎等多种思维方法，其过程是多种思维方法的有机融合。

针对科学思维方法综合运用表现出不同的科学思维深度，可用“判断、解释、推理、评估、设计”这 5 个逐级递进的行为动词来表征（见表 3），它们构成了一套逻辑严密的思维发展链条。

表3  科学思维的测评层次及需要用到的科学思维方法

判断是思维的起点，是基于已有知识经验对事物的属性、关系或结论作出的辨别，是回答“是与否”“对与错”的基础认知。判断解决了“是什么”的问题，给思维活动指明了前行的方向。

解释是对判断的深化，在判断“是什么”的基础上，进一步回答“为什么”。它需要将判断与相关知识体系建立联系，揭示现象与本质、原因与结果之间的关系，是对判断依据的具象化阐述。可以将判断看成是对事物表层的识别，而解释则是穿透表层，涉及内在逻辑的重要环节。

推理是解释的延伸，以已知判断和解释为前提，通过归纳（从个别现象提炼普遍规律）或演绎（从普遍规律推导个别结论），形成连贯的逻辑链条，实现从已知到未知的跨越。推理不再局限于对既有事实的说明，而是主动构建新的认知关联，体现思维的延展性。

评估可以认为是推理的校验，是对推理过程的严谨性、结论的合理性等的批判性审视。它要求跳出既定逻辑，审视前提的可靠性、证据的充分性、推理的严密性、结论的科学性，甚至预判可能存在的偏差与局限，是思维深度与广度的集中体现。

设计是思维的高级形态，可以创造性地构建解决问题的方案或路径。它不仅需要整合判断、解释、推理、评估的结论，更要突破既有框架，融入创新性思考，将抽象思维转化为具体可操作的计划，这是科学思维实践性与创造性的体现。

“判断、解释、推理、评估、设计”每个层级都会体现出主要的科学思维方法（见表 3），每个层级都以前一层级为基础，又在思维的深度、广度上实现跃升，共同构成了科学思维从基础认知到高阶应用的完整发展脉络。在生物学高考非选择题的命制中，测评科学思维可以按照这5 个层次逐层设问。

例 3，（2021，北京）北大西洋沿岸某水域生活着多种海藻和以藻类为食的一种水虱，以及水虱的天敌隆头鱼。柏桉藻在上世纪末被引入，目前已在该水域广泛分布，数量巨大，表现出明显的优势。为探究柏桉藻成功入侵的原因，研究者进行了系列实验。

（1）从生态系统的组成成分划分，柏桉藻属于_____。

（2）用三组水箱模拟该水域的环境。水箱中均放入柏桉藻和甲、乙、丙 3 种本地藻各 0.5 克，用纱网分区（见图3）；三组水箱中分别放入 0、4、8只水虱/箱。10 天后对海藻称重，结果如图 4，同时记录水虱的分布。

①图 4 结果说明水虱对本地藻有更强的取食作用，作出判断的依据是：与没有水虱相比，在有水虱的水箱中，________。

②水虱分布情况记录结果显示，在有水虱的两组中，大部分水虱附着在柏桉藻上，说明水虱对所栖息的海藻种类具有 _______。

（3）为研究不同海藻对隆头鱼捕食水虱的影响，在盛有等量海水的水箱中分别放入相应的实验材料，一段时间后检测，结果如图 5（甲、乙、丙为上述本地藻）。该实验的对照组放入的有 ______。

（4）研究发现，柏桉藻含有一种引起动物不适的化学物质，若隆头鱼吞食水虱时误吞柏桉藻，会将两者吐出。请综合上述研究结果，阐明柏桉藻成功入侵的原因。

上述试题很好地体现了测评科学思维的不同层级，而且这些层次体现了思维的逻辑逐级递进（见表 4）。

表4  试题测评科学思维的层级和运用的科学思维方法

三、科学探究的测评方法

科学探究素养的测评主要包括提出问题、作出假设、制订计划和预期结果、评估实验方案、表达和交流等方面。由于纸笔测评无法评价科学探究的实际操作活动，因此着重测评科学探究中的思维活动。在上文科学思维的测评层次中，“评估”和“设计”都可以认为是测评科学探究的重要方面。测评探究实验的设计方案及预期实验结果，是现在生物学高考中测评科学探究的普遍形式。目前，单纯测评实验设计的试题也有一些，但大多数都是结合具体知识内容来测评。表 5 呈现了科学探究的测评环节及主要的测评方式和测评要点。

表5  科学探究的测评环节和测评方式与测评要点

四、社会责任的渗透测评

教育部教育考试院于 2019 年制定并发布了“一核四层四翼”的《中国高考评价体系》，其中“一核”是指高考试题要发挥“立德树人、服务选才、引导教学”的核心功能。“立德树人”是教育的根本任务，强调通过教育培养学生的品德修养与价值观念。在“新课标”中，社会责任是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。这种担当和能力主要体现在参与意识、问题解决和实践行动三个层面。培育学生的社会责任意识，既是教育教学的重要目的，也是评价学生核心素养发展状况的重要指标。将考试评价作为培育学生社会责任的过程和措施，是时代赋予高考的重要使命。

社会责任中的“实践行动”是外显行为，只能通过观察个体的外在表现进行定量或定性的测评。但是，外显行为都有内在的逻辑基础，也就是说，内在逻辑是外显行为的根本支撑。因此，测评内在逻辑就是纸笔测试的落脚点。

概念是逻辑的支撑，思维是逻辑的本质。因此，测评社会责任，应该以概念为载体、思维为表现，即运用概念在分析健康、生态、生物学科技成就等社会问题和解决这些问题的过程中所表现出的思维能力。因此，选择恰当的情境测评学生的概念和思维，就可以渗透测评相应的社会责任（见表 6）^[2]274 。

表6  社会责任的测评要点

五、设置情境和问题测评生物学核心素养

在相对复杂的情境中学生才能展现出核心素养的发展状况。因此设置适宜的情境，针对情境提出思维逐步加深的问题，是测评学生生物学核心素养的重要方式和实践路径。情境的选择和设计应具有以下特点。一是知识内容科学。情境中的生物学事实、图示、数据、概念必须科学、严谨，应避免出现错误或有争议的内容。二是符合认知规律。情境复杂度需匹配学生的认知水平，既具有一定的挑战性又不超越高中所学的知识范围。三是问题导向性。情境需为试题设问提供明确的载体，隐含可探究的问题线索。四是关联现实问题。情境应源于生产实践、真实生活、科学研究和实验探究，应避免虚构情境。五是关联社会责任。部分情境应传递家国情怀、科学精神、生态文明、健康生活、热爱劳动等价值观。六是具有一定的创新性。情境可以引入生物科技热点，体现生物学科的发展。

由于生物学高考已持续多年，为避免情境选用和设计重复，可以将学术论文中的实验数据或研究结论作为情境，测评学生对概念的理解和掌握、科学思维和科学探究的发展水平。另外，鉴于生物学科高考试题是分省命制的，因此，在考题中选用和设计有地域特色的情境，也能体现各省试题的特色和相应的社会责任。在情境的问题设计方面，同一情境的问题设计应该遵循由浅入深的原则，测评科学思维时可形成“判断—解释—推理—评估—设计”的思维链，循序渐进地测评学生的科学思维和科学探究能力。

参考文献：

[1] 教育部. 普通高中生物学课程标准日常修订版（2017 年版2025 年修订）[M]. 北京：人民教育出版社，2025：59.

[2] 吴成军. 生物学学科核心素养的教学与评价[M]. 上海：华东师范大学出版社，2022.

[3] 吴成军. 核心素养视域下生物学高考改革的特征与实践[J].天津师范大学学报（基础教育版），2023（3）：59.

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