一道“温室效应”原创试题的命制与分析

臧树理 崔文德

（1.山东省淄博市淄川区教学研究室 山东淄博 255100）

（2.山东省淄博市临淄中学 山东淄博 255400）

1 试题和素材

1.1 原创试题和参考答案

大气中的CO2浓度增加，阻止地球热量的散失，使地球气温升高，这就是“温室效应”。为探究温度和CO2浓度对植物生长的影响，某科研小组利用野生大豆做了3组对比实验：

实验 a（温度 28℃；CO2浓度为 400 μmol/mol）、实验 b（温度 29℃；CO2浓度为 400 μmol/mol）、实验 c（温度29℃；CO2浓度为600 μmol/mol）。

测量净光合速率和蒸腾速率结果见如图1所示。请回答下列问题：

图1 实验结果曲线图

（1）温度通过影响____，进而影响植物的光合作用和呼吸作用。实验a与实验b相比，净光合速率却明显降低，说明温度升高能促进___________，抑制______________，其原因可能是________________。

（2）植物对水分的利用效率，可用净光合速率/蒸腾速率表示。实验b与实验c相比，水分利用效率更高是________________。高温环境下，CO2浓度升高可____（“增强”“降低”）植物的抗旱能力。

（3）实验c与实验b相比，CO2浓度提高了50%，而净光合速率没有成比例提高，其原因是___________。

（4）从物质循环的角度分析，大气CO2浓度升高的直接原因是______________。为减缓温室效应，国家倡导低碳出行具体做法是___________________。

参考答案：（1）酶活性 呼吸作用（或细胞呼吸）光合作用 光合、呼吸两类酶催化的最适温度不同（或光合作用相关酶比细胞呼吸相关酶对温度更敏感，或光合作用相关酶的最适温度比细胞呼吸相关酶的低）（2）实验c 增强 （3）CO2影响暗反应进程，其他因素如温度、光照、色素含量、酶的数量等也能影响光合作用，故净光合速率与CO2浓度不成正比例关系 （4）化石燃料的使用（或化石燃料大量燃烧释放的CO2的量多于生产者或植物吸收的CO2的量） 多乘坐公共汽车，合作乘车，或者步行、骑自行车、用新能源汽车替代化石燃料汽车等

1.2 素材来源与处理

本题素材主要来源研究野生大豆的科技论文：论文阐述了野生大豆更容易受到高温或干旱胁迫，造成气孔导度下降，净光合速率下降。未来气温和大气CO2浓度升高条件下，是否有利植物生长，通过本题，可以推测表明未来的气候变化将不利于植物的生长发育。题目选取了论文中野生大豆在气温升高1℃和气温升高1℃、大气CO2浓度升高200 μmol/mol条件下野生大豆叶片光合生理参数的变化研究。其内容高度契合《必修1·分子与细胞》中光合作用、呼吸作用以及酶活性等核心考点。因此，结合教材和《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》）中考试评价要求，选取论文的净光合速率和蒸腾速率数据柱状图编制试题前三问；结合“温室效应”形成的原因，编制试题第四问，渗透社会热点问题，促进学生理解“碳达峰就是二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后再慢慢减少”，使学生增强防止环境污染和保护环境的责任感和使命感。题目中用柱状图表示实验结果，有利于学生获取信息，运用学科知识分析和解决实际问题。

2 试题设计

2.1 基本原则

高三教学质量检测试题的命制应当遵循《课程标准》中的内容要求、学业质量标准为依据，指向生物学学科核心素养的发展水平，评价学生的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。该题侧重考查生命观念素养、科学思维素养和社会责任素养。试题要求学生从物质与能量视角，探索光合作用与呼吸作用，阐明细胞生命活动过程中贯穿着物质与能量的变化，形成物质和能量观与科学思维，引导学生关注社会热点问题，增强保护环境的意识和责任，培养社会责任感和使命担当。

除参照《课程标准》外，教师还要依据《中国高考评价体系》对高考试题“一核”“四层”“四翼”评价体系的要求，努力达到以“一核”为指导思想，以“四层”为考查内容评价考生素质，以“四翼”为考查要求评价学生素质达成度。本题设计以真实科学实验为情境，考查学生在解决与生物学有关的真实情境中的实际问题时所表现出来的关键能力、必备品格与价值观，属于学业质量水平4-2的要求，即在面对生产、生活中与生物学相关的新问题情境时，能熟练运用科学思维方法展开探讨、审视或论证；在面对有争议的社会议题时，能利用生物学重要概念或原理，通过逻辑推理阐明个人立场，作出决策并解决问题。该题着重考查学生从图表中获取信息、分析实验结果、综合运用知识和专业语言表达等关键能力。科学探究和科学思维是高考生物学试题的重点考查内容。学生要通过分析、综合和批判性思维，判断气温升高1℃和气温升高1℃、大气CO2浓度升高200 μmol/mol条件下野生大豆叶片光合作用的不同影响。试题引导学生关注“温室效应”的危害，响应绿色发展理念，并倡导环保生活方式，促进学生自觉践行低碳出行，体现了社会责任素养。

2.2 考点选取

光合作用和呼吸作用之间相互关系的考查，在高考中占有十分重要的地位，是历年各地高考的核心考点，所占比例较高，且综合性、灵活性强。高考试题常利用实验数据、图表、曲线等形式创设新情景，考查光合作用和呼吸作用的过程、外界环境因素的影响、相关实验设计和在农作物增产上的措施等。其目的是考查学生获取、处理信息和综合运用知识的能力。为了更加符合高考试题要求，该题以温度、CO2浓度变化对大豆光合作用和呼吸作用的影响作为主要考点。

2.3 题干和问题设计

题干以“温室效应”形成原因为背景，“温室效应”形成是由于CO2浓度增加，阻止地球热量的散失，使地球气温升高。CO2浓度增加、温度升高对植物生长有什么影响？笔者以3组野生大豆对比实验，探究“温室效应”下温度和CO2浓度对植物生长的影响，测量净光合速率和蒸腾速率结果为情境，编制题干。题干表述简练，指向明确。

试题设四问，每问都紧扣题干。根据净光合速率和蒸腾速率实验结果柱状图，试题从左向右依次比较、分析柱状图进行设问，前三问紧扣柱状图，设问合理，涉及的考点有温度、CO2对光合作用和呼吸作用的影响以及植物对水分的利用效率，其中温度、CO2对光合作用和呼吸作用的影响是高考高频核心考点。第一问考查温度对植物生理代谢的影响，温度通过影响酶的活性，进一步影响光合作用和呼吸作用等植物生理代谢。第二问给出植物对水分的利用效率定义，要求学生根据柱状图数据，判断植物对水分的利用效率，并进一步迁移到干旱情境，考查了学生知识综合运用的能力。第三问考查CO2对光合作用的影响。CO2影响暗反应进程，在一定范围内，CO2浓度增加或减少，而其他因素如温度、光照等能影响光合作用的条件不变（甚至变化很小）的情况下，植物净光合速率会随着CO2浓度变化而变化，但一定不会随着CO2浓度成倍增加或减少而成正比例关系。第四问考查“温室效应”产生的直接原因以及减少“温室效应”措施。在自然生态系统中，植物光合作用摄取碳的速率与生物的呼吸作用和微生物的分解作用释放碳的速率大致相等。随着现代工业的迅速发展，人类大量燃烧煤、石油等化学燃料，使地层中经过千百万年而积存的碳元素，在很短的时间内释放出来，打破了生物圈中碳平衡，使大气中的CO2浓度迅速增加，引起全球气候变暖，产生“温室效应”，导致极地冰雪和高山冰川融化、海平面上升等严重的生态后果。

3 试题反馈

3.1 平均分、难度、区分度

学生该题的得分结果见表1，试题平均分为7.27分，难度系数是0.61，试题设计合理。第三问难度系数为0.23，说明考生分析问题原因的思路不清、专业语言表达相对较弱。

表1 学生的得分结果

3.2 存在问题

①专业术语不规范，如“植物呼吸”“呼吸速率”。②不按照题目中提供的备选答案填写，将“增强”随意填写为“增加”“加强”等。③审题不仔细，不能提取关键信息，如从出行的角度去回答具体做法。有些学生答出了植树造林、减少一次性筷子的使用等，但答非所问。④思路不清，分析不到位，学科规范的语言叙述能力较弱。例如，对第三问，学生答不出二氧化碳影响暗反应，并且由于涉及温度，很多学生容易囿于温度对酶活性的影响。

总之，教师在命制生物原创命题时，要借助当代生物科学的研究，创设真实情境并合理设问。试题情境应围绕问题展开，尽量做到新颖、真实、科学，有一定的信息量和适当的复杂度，能够成为学生运用学科知识分析和解决实际问题的载体，突出考查学生在解决与生物学有关的真实情境中的实际问题时所表现出来的关键能力、必备品格与价值观。