学科核心素养导向下高中生物学结构与功能观命题的深度剖析与实践探索

学科核心素养导向下高中生物学“结构与功能观”命题的深度剖析与实践探索一、引言1.1研究背景与意义随着教育改革的不断深化，高中生物学教学的目标逐渐从单纯的知识传授转向学生学科核心素养的培养。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出，生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任，旨在让学生通过生物学课程的学习，逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。在这一背景下，如何在教学中有效落实学科核心素养成为教育工作者关注的焦点。“结构与功能观”作为生命观念的重要组成部分，强调生物体的结构与其功能是相互适应、相互影响的。从细胞到个体，从微观到宏观，生物体的各种结构都具有特定的功能，而这些功能的实现又依赖于其独特的结构。例如，红细胞呈两面凹的圆饼状，这种结构使其具有较大的表面积，有利于携带氧气，实现气体运输的功能；小肠绒毛的存在增加了小肠的表面积，使其能够更有效地吸收营养物质。这种观念贯穿于整个高中生物学知识体系，无论是分子与细胞、遗传与进化，还是稳态与调节、生物与环境等模块，都能体现结构与功能的紧密联系。在高中生物学教学中，培养学生的“结构与功能观”具有重要意义。它有助于学生理解生物学知识的本质。学生只有认识到生物体结构与功能的关系，才能真正理解生命现象背后的原理，而不是机械地记忆知识点。例如，在学习细胞的结构和功能时，学生通过分析细胞膜的流动镶嵌模型，理解其结构特点如何决定物质运输等功能，从而深入掌握细胞的生命活动规律。“结构与功能观”的培养能促进学生科学思维的发展。学生在运用这一观念分析问题时，需要进行归纳、演绎、推理等思维活动，从而提高逻辑思维能力。当学生面对生物进化的问题时，运用“结构与功能观”可以思考生物结构的变化如何适应环境的改变，进而理解进化的机制。这种思维方式的培养对于学生今后的学习和生活都将产生深远的影响。1.2国内外研究现状在国外，学科核心素养的研究起步较早，发展较为成熟。经济合作与发展组织（OECD）于1997年启动了“素养的界定与遴选：理论和概念基础”项目，对核心素养进行了系统研究，并提出核心素养是个体在特定情境下，运用知识、技能和态度解决问题，实现个人和社会目标的能力。此后，美国、英国、澳大利亚等国家纷纷基于本国教育实际，制定了各自的核心素养框架。在生物学教育领域，国外学者注重从跨学科和实践应用的角度培养学生的核心素养。美国《新一代科学教育标准》强调将科学与工程实践、跨学科概念和学科核心概念相结合，以培养学生解决实际问题的能力和科学思维。在生物学命题方面，国外的研究注重试题的情境性和真实性，强调通过创设真实的科研情境或生活情境，考查学生运用生物学知识解决实际问题的能力。关于“结构与功能观”，国外学者从分子、细胞、个体等多个层面进行了深入研究，揭示了生物体结构与功能的内在联系，并将其应用于生物学教学和课程设计中。在国内，随着新课程改革的推进，学科核心素养逐渐成为教育研究的热点。自《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》颁布以来，国内众多学者围绕生物学学科核心素养的内涵、培养策略和评价方式等方面展开了广泛研究。在生物学命题研究中，国内学者致力于构建基于学科核心素养的命题框架，强调以学科核心素养为导向，注重考查学生的综合能力和创新思维。在“结构与功能观”的研究方面，国内学者主要聚焦于在高中生物学教学中培养学生“结构与功能观”的教学策略和方法，如通过创设情境、构建模型、实验探究等方式，帮助学生理解和运用“结构与功能观”。然而，当前国内外研究仍存在一些不足之处。在生物学命题中对“结构与功能观”的考查形式和深度有待进一步拓展。部分试题仅停留在对结构与功能简单对应关系的考查，缺乏对学生深入理解和综合运用这一观念能力的有效考查。对于如何将“结构与功能观”与其他生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等学科核心素养要素有机融合，在命题中体现对学生全面发展的考查，相关研究还较为薄弱。本研究将以此为切入点，深入探讨发展学科核心素养视角下高中生物学“结构与功能观”的命题策略，旨在为高中生物学教学和评价提供有益的参考。1.3研究方法与创新点本研究综合运用多种研究方法，力求全面、深入地探讨发展学科核心素养视角下高中生物学“结构与功能观”的命题研究。文献研究法是本研究的基础方法之一。通过广泛查阅国内外关于学科核心素养、高中生物学教学以及“结构与功能观”的相关文献，包括学术期刊论文、学位论文、教育政策文件等，梳理已有研究成果，明确研究现状和发展趋势，为本研究提供理论支持和研究思路。通过对国内外相关文献的分析，了解到国外在生物学教育中对“结构与功能观”的研究侧重于从分子和细胞层面揭示其内在机制，并将其融入课程设计；国内研究则主要聚焦于教学策略和方法，而在命题研究方面仍有不足。这为本研究确定了方向，即深入探讨如何在命题中有效考查学生的“结构与功能观”。案例分析法是本研究的重要方法。收集和分析近年来各地高中生物学考试真题以及模拟试题中涉及“结构与功能观”的题目，从试题的情境设置、考查内容、能力要求等方面进行深入剖析，总结命题规律和存在的问题。在分析2022年全国甲卷选择题第4题时，发现该题通过创设细胞呼吸的情境，考查学生对线粒体结构与功能关系的理解，要求学生运用“结构与功能观”进行推理和判断。通过对这类典型试题的分析，能够更直观地了解当前命题的特点和水平，为后续提出改进策略提供依据。对比研究法也是本研究的关键方法之一。对比不同地区、不同类型考试中关于“结构与功能观”的命题方式和考查重点，以及国内外生物学命题的差异，借鉴有益经验，为优化我国高中生物学“结构与功能观”命题提供参考。将我国高考生物试题与美国AP生物学考试试题进行对比，发现美国AP生物学考试更注重考查学生在真实科研情境中运用“结构与功能观”解决问题的能力，而我国高考生物试题在情境创设的真实性和复杂性方面还有提升空间。通过这种对比，能够明确我国命题的优势和不足，从而有针对性地进行改进。本研究在命题策略和案例分析方面具有一定的创新之处。在命题策略上，尝试构建基于学科核心素养的“结构与功能观”命题框架，将“结构与功能观”与科学思维、科学探究等核心素养要素有机融合，提出了注重创设真实情境、强化逻辑推理考查、体现学科知识综合运用等命题策略。在案例分析中，不仅对现有试题进行分析，还结合命题策略，创新性地设计了一系列具有代表性的试题案例，为教师在教学和命题实践中提供具体的参考范例。通过这些创新，期望为高中生物学“结构与功能观”命题研究提供新的思路和方法，推动学科核心素养在生物学教学评价中的有效落实。二、相关理论基础2.1学科核心素养概述2.1.1高中生物学学科核心素养内涵高中生物学学科核心素养是学生通过生物学课程学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，是学科育人价值的集中体现。它主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面，各方面相互关联、相辅相成，共同促进学生的全面发展。生命观念是指对观察到的生命现象及其相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的思想或观点，是能够理解或解释相关事件和现象的品格和能力。它具体包括结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。以结构与功能观为例，它强调生物体的结构与功能是相互适应、相互影响的。在细胞层面，线粒体具有双层膜结构，内膜向内折叠形成嵴，这种结构大大增加了内膜的表面积，为有氧呼吸相关酶提供了大量的附着位点，从而使其能够高效地进行有氧呼吸，为细胞提供能量。在个体层面，鸟类的骨骼中空，这种结构减轻了体重，有利于鸟类的飞行，体现了结构对功能的适应。科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生应能基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。在学习孟德尔遗传定律时，孟德尔通过对豌豆杂交实验结果的观察和分析，运用归纳与概括的方法，提出了遗传因子的分离定律和自由组合定律；在验证这些定律时，又运用了演绎与推理的方法，设计测交实验并预期实验结果。在学习细胞结构时，学生可以通过构建细胞的物理模型，如制作细胞的三维结构模型，来加深对细胞结构和功能的理解，这体现了模型与建模的思维方法。科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。在科学探究过程中，学生要掌握科学探究的一般方法，如控制变量、设置对照等，培养勇于探究、敢于质疑的科学精神。在“探究影响酶活性的因素”实验中，学生需要提出问题，如“温度如何影响酶的活性？”，然后作出假设，设计实验方案，包括选择合适的实验材料、设置不同的温度梯度、控制其他变量等，通过实施实验收集数据，并对结果进行分析和讨论，从而得出结论。在这个过程中，学生不仅提高了实验操作能力，还培养了科学探究的思维和方法。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，尝试解决生产生活中的生物学问题的担当和能力。学生应关注社会热点问题，如环境保护、食品安全、生物多样性保护等，能够运用所学的生物学知识，对这些问题进行分析和思考，提出合理的建议和解决方案。在面对全球气候变化问题时，学生可以运用所学的生态系统知识，理解气候变化对生态系统的影响，如导致物种分布范围改变、生物多样性减少等，从而积极倡导低碳生活，参与环保行动，为保护地球家园贡献自己的力量。2.1.2学科核心素养与高中生物学教学的关系学科核心素养与高中生物学教学紧密相连，相互影响。学科核心素养为高中生物学教学指明了方向，是教学目标的重要依据。传统的生物学教学往往侧重于知识的传授，而忽视了学生能力和素养的培养。随着学科核心素养理念的提出，高中生物学教学目标发生了转变，更加注重培养学生的综合素养，使学生不仅掌握生物学知识，还具备运用知识解决实际问题的能力，形成正确的价值观和社会责任感。在教学中，教师需要根据学科核心素养的要求，制定具体的教学目标，将生命观念、科学思维、科学探究和社会责任融入到每一个教学环节中。在讲解“细胞呼吸”这一知识点时，教学目标可以设定为：通过对细胞呼吸过程的学习，让学生理解细胞呼吸的原理和意义，形成物质与能量观；通过分析细胞呼吸的影响因素，培养学生的科学思维能力；通过设计和实施探究细胞呼吸方式的实验，提高学生的科学探究能力；引导学生关注细胞呼吸在生产生活中的应用，培养学生的社会责任意识。学科核心素养也影响着高中生物学教学内容的选择和组织。教师需要根据学科核心素养的要求，对教学内容进行优化和整合，突出重点知识，注重知识之间的联系，引导学生构建完整的知识体系。在选择教学内容时，要注重联系生活实际和社会热点，使学生能够将所学知识应用到实际情境中，提高学生的学习兴趣和学习效果。在讲解“基因工程”时，可以引入基因编辑技术在治疗遗传疾病、培育优良农作物品种等方面的应用案例，让学生了解基因工程的实际价值，同时引导学生思考基因工程可能带来的伦理问题，培养学生的批判性思维和社会责任意识。学科核心素养还对高中生物学教学方法提出了新的要求。为了培养学生的学科核心素养，教师需要采用多样化的教学方法，如情境教学法、问题导向教学法、探究式教学法等。情境教学法可以通过创设真实的情境，让学生在情境中发现问题、解决问题，培养学生的应用能力和创新思维。在讲解“生态系统的稳定性”时，教师可以创设一个森林生态系统受到火灾破坏的情境，让学生分析火灾对生态系统的影响以及生态系统如何恢复稳定，从而加深学生对生态系统稳定性的理解。问题导向教学法以问题为驱动，引导学生主动思考、积极探究，培养学生的科学思维能力。在教学过程中，教师可以提出一系列具有启发性的问题，如“为什么说线粒体是细胞的能量工厂？”“减数分裂与有丝分裂有哪些异同点？”等，让学生通过思考和讨论来解决问题。探究式教学法强调学生的自主探究和实践操作，培养学生的科学探究能力。在实验教学中，教师可以让学生自主设计实验方案、实施实验、分析实验结果，从而提高学生的实验技能和科学探究能力。2.2“结构与功能观”的内涵与价值2.2.1“结构与功能观”的内涵剖析“结构与功能观”是生命观念的重要组成部分，强调生物体的结构与功能之间存在着紧密的联系，二者相互适应、相互影响，呈现出动态统一的关系。这种观念贯穿于生物学的各个层面，从微观的分子、细胞，到宏观的个体、生态系统，都能深刻体现其内涵。在分子层面，以蛋白质和核酸为例，蛋白质是生命活动的主要承担者，其功能的多样性源于结构的复杂性。组成蛋白质的氨基酸种类、数目、排列顺序以及肽链的盘曲折叠方式不同，决定了蛋白质具有催化、运输、免疫、调节等多种功能。酶作为一种蛋白质，其特定的空间结构使其能够与底物特异性结合，从而高效地催化化学反应；血红蛋白的结构特点使其能够携带氧气，实现氧气在体内的运输。核酸是遗传信息的携带者，DNA的双螺旋结构为遗传信息的储存和传递提供了稳定的基础。两条反向平行的脱氧核苷酸链通过碱基互补配对原则形成双螺旋，这种结构保证了遗传信息在复制、转录过程中的准确性，使得遗传信息能够稳定地传递给子代。从细胞层面来看，细胞是生物体结构和功能的基本单位，各种细胞器的结构与其功能密切相关。线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，被称为“动力车间”。其具有双层膜结构，内膜向内折叠形成嵴，大大增加了内膜的表面积，为有氧呼吸相关酶提供了大量的附着位点，有利于有氧呼吸的高效进行，从而为细胞提供能量。叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，其内部有类囊体堆叠形成的基粒，增大了膜面积，类囊体膜上分布着光合色素和与光合作用相关的酶，这些结构特点使得叶绿体能够有效地捕获光能，进行光合作用，将光能转化为化学能，为植物的生长发育提供物质和能量。在个体层面，生物体的形态结构与功能也是相互适应的。以人体的消化系统为例，口腔中的牙齿具有咀嚼功能，其形态和排列适合将食物磨碎；舌能够搅拌食物，协助吞咽，其肌肉组织和灵活的运动方式使其能够完成这些功能。胃呈囊状，内壁有许多皱襞，能暂时储存食物，并通过胃腺分泌胃液，对食物进行初步消化。小肠是消化和吸收的主要场所，其细长的结构增加了食物在体内的停留时间，小肠绒毛和微绒毛的存在极大地增加了小肠的内表面积，绒毛内有丰富的毛细血管和毛细淋巴管，这些结构特点有利于营养物质的吸收。在生态系统层面，生态系统的结构包括组成成分和营养结构，其功能主要有物质循环、能量流动和信息传递，结构与功能之间存在着紧密的联系。生态系统中的生产者、消费者和分解者以及非生物的物质和能量共同构成了生态系统的组成成分，它们之间通过食物链和食物网相互联系，形成了复杂的营养结构。这种结构决定了生态系统能够进行物质循环和能量流动。绿色植物作为生产者，通过光合作用将太阳能转化为化学能，储存在有机物中，同时将二氧化碳和水等无机物转化为有机物，为消费者和分解者提供物质和能量。消费者通过摄取生产者和其他消费者，实现物质和能量的传递。分解者则将动植物遗体和排泄物中的有机物分解为无机物，归还到无机环境中，供生产者重新利用，从而实现物质的循环。生态系统中的信息传递也依赖于其特定的结构，如物理信息通过光、声、温度等物理因素传递，化学信息通过生物产生的化学物质传递，行为信息通过动物的特殊行为传递，这些信息传递对于调节生物的种间关系、维持生态系统的稳定具有重要作用。2.2.2“结构与功能观”在高中生物学中的价值体现“结构与功能观”在高中生物学中具有重要的价值，它贯穿于整个高中生物学知识体系，对学生理解生物学知识、培养科学思维和解决实际问题的能力都有着深远的影响。“结构与功能观”有助于学生深入理解生物学知识的本质。高中生物学涉及众多的概念、原理和现象，这些知识之间往往存在着内在的联系。通过“结构与功能观”，学生能够从结构和功能的角度去分析和理解生物学知识，把握知识之间的逻辑关系，从而构建起完整的知识体系。在学习细胞呼吸时，学生通过了解线粒体的结构特点，能够更好地理解有氧呼吸的过程和原理。线粒体的内膜上分布着大量与有氧呼吸相关的酶，这些酶催化了有氧呼吸的各个阶段反应，使得细胞能够将有机物中的化学能逐步释放出来，为生命活动提供能量。如果学生只是机械地记忆细胞呼吸的过程和反应式，而不理解线粒体结构与功能的关系，就很难真正掌握这一知识点。同样，在学习遗传信息的传递和表达时，学生通过理解DNA和RNA的结构以及它们与蛋白质合成的关系，能够深入理解遗传信息是如何从DNA传递到RNA，再通过翻译合成蛋白质，从而实现遗传信息的表达。这种从结构与功能角度的理解，使学生能够将零散的知识整合起来，形成系统的知识框架，加深对生物学知识的理解和记忆。“结构与功能观”能够培养学生的科学思维能力。科学思维是生物学学科核心素养的重要组成部分，包括归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等。在运用“结构与功能观”分析生物学问题时，学生需要运用这些科学思维方法，从而提高自身的思维能力。当学生学习生物进化的相关知识时，运用“结构与功能观”可以思考生物结构的变化如何适应环境的改变，进而理解进化的机制。通过归纳不同生物在形态结构上的特点以及它们在生存环境中的适应性表现，学生可以概括出生物进化的一般规律。在分析具体的生物进化案例时，学生可以运用演绎与推理的方法，根据已知的生物结构与功能关系以及环境变化因素，推测生物可能发生的进化方向。学生还可以通过构建生物进化的模型，如种群基因频率变化的数学模型，来直观地展示生物进化的过程，加深对进化理论的理解。这种思维训练有助于培养学生的逻辑思维能力和创新思维能力，使学生能够以科学的思维方式去认识和解决生物学问题。“结构与功能观”有利于学生解决实际问题。生物学与生活实际密切相关，“结构与功能观”能够帮助学生将所学的生物学知识应用到实际生活中，解决实际问题。在农业生产中，了解植物细胞的结构和功能，有助于农民采取合理的种植措施，提高农作物的产量和质量。通过合理施肥，为植物提供充足的营养物质，满足植物细胞生长和代谢的需要；通过合理灌溉，维持植物细胞的水分平衡，保证细胞正常的生理功能。在医学领域，“结构与功能观”也具有重要的应用价值。医生通过了解人体器官的结构和功能，能够准确地诊断疾病，并制定合理的治疗方案。当患者出现心脏疾病时，医生可以通过检查心脏的结构，如心脏的大小、形态、瓣膜的功能等，判断心脏的病变情况，进而采取相应的治疗措施，如药物治疗、手术治疗等。在环境保护方面，运用“结构与功能观”可以帮助学生理解生态系统的结构和功能，认识到保护生态系统的重要性，从而积极参与环保行动。了解森林生态系统中各种生物之间的相互关系以及生态系统的物质循环和能量流动功能，学生可以意识到破坏森林会对生态系统造成严重的影响，进而倡导保护森林资源，维护生态平衡。三、高中生物学“结构与功能观”命题现状分析3.1对历年高考试题的分析3.1.1试题分布与考查形式为深入了解高中生物学“结构与功能观”在高考试题中的呈现情况，本研究对近五年全国各地区高考生物试题进行了全面梳理与统计分析。结果显示，涉及“结构与功能观”的试题在各年高考中均有出现，分布较为广泛，涵盖了全国卷、地方卷等不同类型的试卷。从试题在不同模块的分布来看，“结构与功能观”相关试题在《分子与细胞》《遗传与进化》《稳态与调节》《生物与环境》四个必修模块中均有涉及，但各模块的考查频率存在一定差异。《分子与细胞》模块作为生物学的基础，涉及大量关于细胞结构与功能、生物大分子结构与功能的内容，因此成为考查“结构与功能观”的重点模块，约占总试题数量的40%。在该模块中，常考查的知识点包括细胞膜的结构与物质运输功能、细胞器的结构与功能、细胞核的结构与功能等。2022年全国甲卷选择题第4题，以线粒体为切入点，考查了线粒体在有氧呼吸中的结构与功能关系，包括线粒体中ATP的产生部位、内膜上酶参与的反应以及丙酮酸的分解过程等。《遗传与进化》模块约占总试题数量的25%，主要从遗传物质的结构与功能、遗传信息的传递与表达等角度考查“结构与功能观”。DNA分子的双螺旋结构决定了其遗传信息的储存和传递方式，基因的结构决定了其对性状的控制功能。2021年全国乙卷非选择题第32题，通过果蝇的遗传实验，考查了基因的结构与功能以及基因在染色体上的位置与遗传规律的关系。《稳态与调节》模块约占总试题数量的20%，重点考查生物体的结构与维持稳态、调节生理功能之间的关系。神经系统中神经元的结构与兴奋传导、内分泌系统中内分泌腺的结构与激素分泌调节、免疫系统中免疫细胞的结构与免疫功能等都是常见的考点。2020年山东卷选择题第15题，考查了人体免疫系统中B细胞和T细胞的结构与功能差异，以及它们在免疫应答过程中的作用。《生物与环境》模块约占总试题数量的15%，主要从生态系统的结构与功能角度考查“结构与功能观”，包括生态系统的组成成分、营养结构与物质循环、能量流动、信息传递的关系等。2019年江苏卷非选择题第27题，以某草原生态系统为例，考查了生态系统中生产者、消费者、分解者的结构与功能，以及它们在生态系统物质循环和能量流动中的作用。在考查形式上，“结构与功能观”相关试题既有选择题，也有非选择题。选择题通常以简洁的题干和选项，考查学生对基本概念、原理的理解和应用，如对细胞结构与功能的简单判断、生物大分子结构特点与功能的对应关系等。非选择题则更加注重考查学生的综合能力，通过创设复杂的情境，要求学生运用“结构与功能观”分析和解决实际问题。非选择题可能会结合实验探究、图表分析等形式，考查学生对知识的理解深度和运用能力。2023年广东卷非选择题第20题，通过提供关于植物激素调节的实验数据和图表，要求学生分析植物激素作用的结构基础以及激素调节与植物生长发育的关系，考查学生运用“结构与功能观”进行实验分析和推理的能力。3.1.2考查内容与能力要求历年高考试题对“结构与功能观”相关知识的考查重点突出，涵盖了从分子、细胞到个体、生态系统等多个层次的结构与功能关系。在分子层次，主要考查生物大分子的结构与功能。蛋白质的结构多样性决定其功能多样性，如酶的催化功能、载体蛋白的运输功能、抗体的免疫功能等都与其特定的氨基酸序列和空间结构密切相关。核酸作为遗传信息的携带者，DNA的双螺旋结构保证了遗传信息的稳定传递，RNA的多种结构形式（如mRNA、tRNA、rRNA）决定了其在遗传信息表达过程中的不同功能。2022年海南卷考查了细胞膜上通道蛋白、载体蛋白的结构与物质跨膜运输功能的关系，以及H＋—ATP酶的结构与转运H＋功能的关系。细胞层次的考查内容丰富多样，涉及细胞的各种结构与功能。细胞膜的流动镶嵌模型结构决定了其具有物质运输、信息交流等功能，如细胞膜上的载体蛋白协助物质跨膜运输，糖蛋白参与细胞间的识别和信息交流。细胞器的结构与功能也是考查的重点，线粒体的双层膜结构和内膜上的嵴为有氧呼吸提供了场所，叶绿体的类囊体薄膜和基质分别进行光反应和暗反应。细胞核作为细胞代谢和遗传的控制中心，其结构包括核膜、核仁、染色质等，这些结构与基因的表达调控密切相关。2021年河北高考考查了人体成熟红细胞的结构与运输O2和CO2功能的关系，以及红细胞膜上载体蛋白和水通道蛋白的结构与物质运输功能。在个体层次，试题常考查生物体器官、系统的结构与生理功能的适应关系。人体消化系统中，胃的囊状结构和胃腺的分布使其能够储存和初步消化食物，小肠的绒毛和微绒毛结构增加了吸收面积，有利于营养物质的吸收。呼吸系统中，肺泡的结构特点使其能够高效地进行气体交换。动物的运动系统中，骨骼和肌肉的结构配合实现了动物的运动功能。2020年全国卷考查了动物肌肉细胞中肌纤维的结构与收缩功能的关系，以及肌肉细胞中线粒体的分布与能量供应的关系。生态系统层次主要考查生态系统的结构与功能的相互关系。生态系统的组成成分（生产者、消费者、分解者和非生物的物质和能量）和营养结构（食物链和食物网）决定了生态系统的物质循环、能量流动和信息传递功能。生产者通过光合作用将太阳能转化为化学能，储存在有机物中，为整个生态系统提供物质和能量基础。消费者通过捕食关系实现物质和能量的传递。分解者将有机物分解为无机物，归还到无机环境中，促进物质循环。生态系统中的信息传递依赖于特定的结构，如物理信息通过光、声等物理因素传递，化学信息通过化学物质传递，行为信息通过动物的行为传递。2019年全国卷考查了某湿地生态系统中生物群落的结构与生态系统功能的关系，以及人类活动对生态系统结构和功能的影响。除了知识考查，高考试题对学生基于“结构与功能观”的能力要求也逐渐提高。要求学生具备获取信息的能力，能够从试题所提供的文字、图表、实验数据等信息中提取与“结构与功能观”相关的关键信息。在分析细胞亚显微结构模式图时，学生需要准确识别各种细胞器的结构，并根据其结构特点推断其功能。学生需要具备逻辑推理能力，运用“结构与功能观”对生物学现象进行分析、解释和推理。在面对遗传现象时，学生要能够根据基因的结构和遗传规律，推断性状的表现和遗传方式。实验探究能力也是考查的重点，学生要能够设计实验验证结构与功能的关系，或者分析实验结果得出关于结构与功能的结论。在探究某种酶的活性与温度关系的实验中，学生需要根据酶的结构特点，设计合理的实验方案，控制温度变量，观察酶活性的变化，并对实验结果进行分析和讨论。学生还需要具备综合运用知识的能力，将“结构与功能观”与其他生命观念、科学思维、科学探究等核心素养要素相结合，解决复杂的生物学问题。在分析生态系统问题时，学生不仅要考虑生态系统的结构与功能关系，还要运用进化与适应观、稳态与平衡观等生命观念，综合分析生态系统的稳定性、生物多样性等问题。3.2对高中生物模拟试题的调研3.2.1模拟试题来源与样本选取为全面了解高中生物学模拟试题中“结构与功能观”的命题情况，本研究广泛收集了多个地区、多种类型的模拟试题。模拟试题的来源涵盖了全国多个教育发达省份，如江苏、浙江、广东、山东等地，同时包括各地市级的统考模拟题以及知名教育机构编写的模拟试卷。这些地区的教育理念和教学水平具有一定的代表性，其模拟试题在命题思路、考查内容和难度设置上也体现了不同的特点。在样本选取上，遵循随机性和多样性原则。从收集到的模拟试题中随机抽取了300套试卷，其中包含150套高三年级的综合模拟试卷和150套阶段性测试试卷，如单元测试、模块测试试卷等。综合模拟试卷能够全面考查学生在高中阶段对生物学知识的整体掌握情况以及运用“结构与功能观”解决综合性问题的能力；阶段性测试试卷则更侧重于对特定知识模块的考查，有助于分析“结构与功能观”在不同知识模块中的命题特点。在抽取的试卷中，选择题、填空题、简答题、实验设计题等各种题型均有涉及，以确保样本能够涵盖模拟试题的各种考查形式。通过这样的样本选取方式，保证了模拟试题来源的广泛性和样本的代表性，能够较为真实地反映高中生物学模拟试题中“结构与功能观”的命题现状，为后续的深入分析提供可靠的数据支持。3.2.2模拟试题中“结构与功能观”命题特点分析在对抽取的300套模拟试题进行详细分析后，发现模拟试题在“结构与功能观”的命题上呈现出以下特点。在情境设置方面，模拟试题的情境丰富多样。部分试题以教材中的经典实验或生物科学史为情境，如以细胞学说的建立过程、光合作用的探究历程等为背景，考查学生对相关知识中“结构与功能观”的理解。这类情境能够引导学生回顾科学研究的过程，体会科学家如何通过对结构与功能关系的探究揭示生命现象的本质。有些模拟试题创设了贴近生活实际的情境，如以人体健康、农业生产、环境保护等为背景，考查学生运用“结构与功能观”解决实际问题的能力。以人体心脏的结构与血液循环功能为情境，考查学生对心血管系统结构与功能关系的认识；以农作物种植中合理施肥与植物细胞结构和功能的关系为情境，考查学生对植物营养吸收机制的理解。还有一些试题创设了具有一定新颖性的科研情境，通过介绍最新的生物学研究成果或实验数据，要求学生分析其中涉及的结构与功能关系。如提供关于新型抗癌药物作用机制的研究资料，考查学生对细胞结构与药物作用靶点之间关系的理解。从问题设计来看，模拟试题注重考查学生对“结构与功能观”的理解和应用能力。问题类型丰富，包括对基础知识的直接考查，如要求学生描述细胞器的结构和功能、生物大分子的结构特点等。也有对知识迁移应用能力的考查，如给出特定的生物结构，让学生分析其可能具有的功能；或者给出某种生物功能，要求学生推测与之相关的结构基础。在考查细胞结构时，会问“内质网的结构特点如何有利于其进行蛋白质和脂质的合成与运输？”在考查生态系统时，会问“草原生态系统中食物链的结构对能量流动有什么影响？”部分试题还设置了开放性问题，鼓励学生运用“结构与功能观”进行创新思维和批判性思维。如“请举例说明在生物进化过程中，结构与功能的变化是如何相互影响的？”这类问题能够激发学生的思考，培养学生的综合能力。在考查难度上，模拟试题呈现出一定的梯度。基础题主要考查学生对“结构与功能观”基本概念和常见实例的掌握，如“线粒体的主要功能是什么？”“细胞膜的结构特点是什么？”等问题，这类题目难度较低，旨在检测学生对基础知识的记忆和简单理解。中等难度的题目则需要学生在掌握基础知识的基础上，进行一定的分析和推理。给出细胞的亚显微结构模式图，要求学生分析不同细胞器之间在结构和功能上的联系，或者结合生理过程，分析相关结构的功能变化。难题通常以复杂的情境为背景，考查学生对“结构与功能观”的深入理解和综合运用能力。提供一个涉及多个知识模块的复杂生物学问题，要求学生从分子、细胞、个体等多个层面，运用“结构与功能观”进行全面的分析和解答。如在考查遗传与进化模块时，结合基因编辑技术和生物进化理论，让学生探讨基因结构的改变对生物功能和进化的影响。与高考试题相比，模拟试题在情境设置的真实性和复杂性上还有一定的提升空间。高考试题往往更加注重创设真实、复杂的情境，紧密联系科学研究前沿和社会热点问题，考查学生在实际情境中运用“结构与功能观”解决问题的能力。在问题设计的深度和广度上，高考试题对学生的综合能力要求更高，不仅考查学生对知识的理解和应用，还注重考查学生的科学思维和创新能力。模拟试题在难度分布上，部分试卷可能存在基础题占比较大，难题数量相对较少的情况，而高考试题的难度分布更为均衡，能够更好地实现对不同层次学生的区分。3.3现状总结与问题发现通过对历年高考试题和高中生物模拟试题的分析，可以看出当前高中生物学“结构与功能观”命题在考查内容和形式上呈现出一定的特点和规律，但也存在一些有待改进的问题。当前命题对“结构与功能观”的考查内容较为全面，覆盖了高中生物学的各个模块和不同层次的知识。从分子水平的生物大分子结构与功能，到细胞水平的细胞器、细胞膜等结构与功能，再到个体水平的器官、系统结构与功能，以及生态系统水平的组成成分、营养结构与功能的关系，都有涉及。这体现了“结构与功能观”在高中生物学知识体系中的重要地位，也反映了命题者对学生全面掌握生物学知识，形成系统的生命观念的重视。在考查形式上，既有对基础知识的直接考查，以检测学生对“结构与功能观”基本概念和原理的记忆和理解；也有通过创设各种情境，如教材经典实验、生活实际、科研前沿等情境，考查学生运用“结构与功能观”分析和解决问题的能力，体现了对学生综合素养的考查。当前命题仍存在一些问题。部分试题的情境设置较为单一，缺乏真实性和复杂性。一些模拟试题过于依赖教材内容，情境创设局限于教材中的实验或案例，与实际生活和科学研究的联系不够紧密。这使得学生在面对真实情境中的生物学问题时，难以运用所学的“结构与功能观”进行有效的分析和解决。在考查深度上，有些试题对“结构与功能观”的考查停留在表面，仅要求学生简单地阐述结构与功能的对应关系，缺乏对学生深入理解和综合运用这一观念能力的考查。学生可能只是机械地记忆了相关知识点，而没有真正理解结构与功能之间的内在联系和相互作用机制。在命题的创新性方面还有所欠缺，部分试题的问题设计缺乏新意，不能很好地激发学生的思维和创新能力。在知识的综合考查方面，虽然部分试题尝试将“结构与功能观”与其他生命观念、科学思维、科学探究等核心素养要素相结合，但融合的程度还不够深入，存在简单拼凑的现象，未能充分体现学科核心素养的整体性和综合性。这些问题的存在可能导致学生对“结构与功能观”的学习停留在浅层次，无法真正培养学生的学科核心素养和解决实际问题的能力。因此，需要在今后的命题中加以改进和完善，以更好地促进学生的学习和发展。四、基于学科核心素养的“结构与功能观”命题策略4.1命题原则与导向4.1.1以学科核心素养为核心在基于学科核心素养的“结构与功能观”命题中，要始终将学科核心素养作为核心要素，全面促进学生在生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面的发展。生命观念是生物学学科核心素养的基础，“结构与功能观”作为生命观念的重要组成部分，命题时应围绕其展开，引导学生深入理解生物体结构与功能的相互关系。在考查细胞结构时，可以设计这样的题目：“线粒体的内膜向内折叠形成嵴，这一结构特点对线粒体的功能有何重要意义？请从能量转换的角度进行分析。”通过这样的题目，考查学生对线粒体结构与功能关系的理解，以及运用“结构与功能观”分析问题的能力，从而强化学生的生命观念。科学思维的培养在命题中也至关重要。可以通过设置具有一定思维难度的问题，考查学生的归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学思维能力。在遗传与进化模块的命题中，可以给出一些遗传现象，要求学生运用演绎与推理的方法，分析基因的传递规律和性状表现之间的关系。“已知某种生物的一对相对性状由一对等位基因控制，现有两组杂交实验，一组为显性个体与隐性个体杂交，子代显性个体与隐性个体比例为1:1；另一组为显性个体自交，子代显性个体与隐性个体比例为3:1。请根据这两组实验结果，推断该生物的遗传方式，并说明推理过程。”这样的题目能够考查学生运用科学思维解决遗传问题的能力。科学探究能力的考查可以通过设计实验探究类题目来实现。命题时可以创设真实的实验情境，让学生根据给定的实验目的和材料，设计实验方案、预测实验结果并分析原因。在考查酶的特性时，可以设置如下题目：“已知淀粉酶能够催化淀粉水解，某同学想探究温度对淀粉酶活性的影响，请你帮他设计一个实验方案，包括实验材料、实验步骤、预期实验结果及结论。”通过这样的题目，考查学生的实验设计、操作和分析能力，培养学生的科学探究精神。社会责任的考查可以结合社会热点问题，引导学生运用所学的生物学知识，对社会现象进行分析和思考，培养学生的社会责任感和担当意识。在生态环境保护方面，可以设计题目：“随着城市化进程的加快，城市生态系统面临着诸多问题，如生物多样性减少、环境污染等。请从生态系统结构与功能的角度，分析这些问题产生的原因，并提出相应的解决措施。”通过这样的题目，让学生关注社会热点，将生物学知识与实际生活相结合，培养学生的社会责任。4.1.2体现“结构与功能观”的独特价值“结构与功能观”在生物学中具有独特的地位和价值，它贯穿于整个生物学知识体系，是理解生命现象和规律的重要基础。在命题中，应突出这一观念的独特价值，引导学生深入理解结构与功能之间的紧密联系。从微观层面来看，生物大分子如蛋白质、核酸等的结构决定了它们的功能。在命题时，可以考查学生对这些生物大分子结构与功能关系的理解。“蛋白质的结构多样性决定了其功能多样性，请举例说明蛋白质的不同结构是如何决定其相应功能的。”通过这样的题目，让学生认识到蛋白质的一级结构（氨基酸序列）决定了其空间结构，而空间结构又决定了其功能，如酶的催化功能、抗体的免疫功能等都与其特定的结构密切相关。在细胞层面，各种细胞器的结构与功能是高考和模拟试题的重点考查内容。命题时，可以进一步深入考查细胞器结构与功能的细节以及它们之间的相互关系。“内质网与高尔基体在结构和功能上有哪些联系？请结合分泌蛋白的合成与运输过程进行阐述。”通过这样的题目，让学生理解内质网和高尔基体在分泌蛋白合成与运输过程中的协同作用，以及它们的结构特点如何适应这一功能。在个体层面，生物体的器官、系统的结构与功能也是命题的重要方向。以人体的呼吸系统为例，可以考查学生对肺泡结构与气体交换功能关系的理解。“肺泡的哪些结构特点有利于其进行高效的气体交换？”通过这样的题目，让学生认识到肺泡壁很薄，仅由一层上皮细胞构成，且外面缠绕着丰富的毛细血管和弹性纤维，这些结构特点使得肺泡能够与血液之间进行快速的气体交换。在生态系统层面，命题可以考查学生对生态系统结构与功能相互关系的理解。“生态系统的营养结构（食物链和食物网）是如何影响生态系统的物质循环和能量流动的？”通过这样的题目，让学生认识到生态系统的营养结构决定了物质和能量在生态系统中的传递路径和效率，从而理解生态系统结构与功能的整体性。通过这些不同层面的命题，突出“结构与功能观”的独特价值，引导学生从不同角度深入理解生物体结构与功能的关系，培养学生运用这一观念分析和解决生物学问题的能力。4.1.3结合课程标准与教材内容命题要严格依据课程标准和教材内容，确保命题的科学性和准确性。课程标准是教学和评价的依据，明确了学生在高中阶段应掌握的生物学知识和技能，以及应形成的学科核心素养。教材则是课程标准的具体体现，是学生学习的主要资源。在基于“结构与功能观”的命题中，要紧密围绕课程标准和教材内容，全面考查学生对相关知识的掌握情况。课程标准对“结构与功能观”相关知识的要求进行了明确规定。在分子与细胞模块，要求学生理解细胞的结构和功能，如细胞膜的结构与物质运输功能、细胞器的结构与功能等。在遗传与进化模块，要求学生掌握遗传物质的结构与功能，以及遗传信息的传递与表达。在稳态与调节模块，要求学生了解生物体的结构与维持稳态、调节生理功能之间的关系。在生物与环境模块，要求学生理解生态系统的结构与功能的相互关系。命题时，要根据这些要求，确定考查的知识点和能力层次，确保命题不超出课程标准的范围。教材中包含了丰富的“结构与功能观”相关内容，是命题的重要素材来源。教材中的概念、原理、实例等都可以作为命题的依据。在考查细胞结构时，可以参考教材中对线粒体、叶绿体等细胞器结构和功能的描述，设计相关题目。“教材中描述线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，其内膜上分布着大量与有氧呼吸相关的酶。请结合线粒体的结构特点，解释为什么内膜上的酶对有氧呼吸如此重要。”这样的题目既考查了学生对教材知识的掌握，又引导学生运用“结构与功能观”进行分析。教材中的实验、探究活动等也是命题的重要资源。通过考查学生对教材实验的理解和应用能力，可以检验学生对“结构与功能观”的掌握程度。在“探究植物细胞的吸水和失水”实验中，教材通过设置不同浓度的外界溶液，观察植物细胞的形态变化，从而探究细胞的吸水和失水原理。命题时，可以以此为基础，设计题目：“在‘探究植物细胞的吸水和失水’实验中，当外界溶液浓度高于细胞液浓度时，植物细胞会发生质壁分离现象。请从细胞结构和功能的角度，解释质壁分离现象产生的原因。”这样的题目能够考查学生对实验原理的理解，以及运用“结构与功能观”解释实验现象的能力。在结合课程标准和教材内容命题时，要注重对知识的整合和拓展，避免简单地重复教材内容。可以通过创设新的情境，将教材知识与实际生活、科学研究等相结合，考查学生运用知识解决实际问题的能力。以教材中关于生态系统的知识为基础，创设一个关于某地区生态系统受到人类活动破坏的情境，要求学生运用生态系统结构与功能的知识，分析问题并提出解决方案。这样的命题既符合课程标准和教材内容的要求，又能够考查学生的综合素养。4.2命题情境创设4.2.1真实生活情境的运用真实生活情境的运用是考查学生“结构与功能观”的重要手段，它能让学生将所学知识与实际生活紧密联系，提高学生运用知识解决实际问题的能力。在高中生物学中，疾病、生态问题等都是常见的真实生活情境素材。以疾病为例，许多疾病的发生都与生物体的结构和功能异常密切相关。在命题时，可以创设与疾病相关的情境，考查学生对相关结构与功能关系的理解。以囊性纤维病为例，这是一种常染色体隐性遗传病，其发病机制是编码CFTR蛋白的基因发生突变，导致CFTR蛋白结构异常，进而影响了氯离子的跨膜运输功能，使患者的呼吸道等器官功能受损。可以设计这样的题目：“囊性纤维病患者的CFTR蛋白结构异常，导致氯离子无法正常跨膜运输。请从蛋白质结构与功能的关系角度，分析CFTR蛋白结构异常为何会影响氯离子的运输功能。”这样的题目要求学生运用“结构与功能观”，从分子层面分析蛋白质结构变化对其功能的影响，考查学生对知识的理解和应用能力。在考查细胞呼吸相关知识时，可以创设糖尿病患者的生活情境。糖尿病患者由于胰岛素分泌不足或胰岛素作用缺陷，导致细胞对葡萄糖的摄取和利用出现障碍。可以设计题目：“糖尿病患者的血糖水平较高，但细胞却无法充分利用葡萄糖。从细胞呼吸的角度分析，这可能与细胞的哪些结构和功能异常有关？”学生需要结合细胞呼吸的过程，分析细胞膜上葡萄糖转运载体的功能、线粒体的结构和功能等对细胞摄取和利用葡萄糖的影响，从而运用“结构与功能观”解决问题。生态问题也是创设真实生活情境的重要素材。随着人类活动对生态环境的影响日益加剧，生态系统的结构和功能受到了严重的破坏。在命题时，可以以生态问题为背景，考查学生对生态系统结构与功能关系的理解。以森林生态系统为例，由于过度砍伐、森林火灾等原因，森林生态系统的结构发生了改变，如植被减少、生物多样性降低等，进而影响了生态系统的物质循环、能量流动和信息传递功能。可以设计题目：“某地区由于过度砍伐森林，导致森林生态系统的结构发生变化。请分析这种变化对生态系统物质循环和能量流动功能的影响，并提出相应的保护措施。”学生需要运用生态系统结构与功能的知识，分析生态系统结构变化对功能的影响，并从生态系统的组成成分、营养结构等方面提出保护措施，考查学生对生态系统知识的综合运用能力和对“结构与功能观”的理解。在考查生物多样性保护时，可以创设某湿地生态系统面临退化的情境。湿地生态系统具有涵养水源、调节气候、保护生物多样性等重要功能，但由于人类活动的干扰，如围垦、污染等，湿地生态系统的结构和功能受到了威胁。可以设计题目：“某湿地生态系统由于围垦和污染，其生物多样性减少，生态系统功能下降。请从生态系统结构与功能的角度，分析生物多样性减少对湿地生态系统功能的影响，并提出保护湿地生态系统的建议。”学生需要分析湿地生态系统中生物多样性与生态系统结构的关系，以及这种关系对生态系统功能的影响，从而提出保护建议，考查学生运用“结构与功能观”分析生态问题和解决实际问题的能力。通过创设这些真实生活情境，学生能够更加深入地理解“结构与功能观”在生物学中的重要性，提高运用知识解决实际问题的能力，同时也能增强学生对生活和社会的关注，培养学生的社会责任意识。4.2.2科学研究情境的引入科学研究情境的引入在高中生物学“结构与功能观”命题中具有重要意义，它能够培养学生的科学思维和探究能力，使学生更好地理解科学研究的过程和方法。生物学实验和前沿研究成果是创设科学研究情境的重要素材。生物学实验是生物学研究的重要手段，通过实验可以揭示生物体的结构与功能关系。在命题时，可以以经典生物学实验为背景，考查学生对实验原理、实验过程和实验结果的理解，以及运用“结构与功能观”分析实验现象的能力。以“探究细胞大小与物质运输的关系”实验为例，该实验通过模拟细胞大小与物质扩散的关系，探究细胞大小对物质运输效率的影响。可以设计题目：“在‘探究细胞大小与物质运输的关系’实验中，用含酚酞的琼脂块模拟细胞，将琼脂块浸泡在NaOH溶液中，观察NaOH在琼脂块中的扩散情况。请分析为什么细胞体积越大，物质运输的效率越低？从细胞结构与功能的角度进行解释。”学生需要理解细胞体积与表面积的关系，以及物质运输与细胞结构的联系，运用“结构与功能观”分析实验现象，考查学生的科学思维和实验分析能力。在考查光合作用相关知识时，可以以恩格尔曼的实验为情境。恩格尔曼通过水绵和好氧细菌的实验，证明了叶绿体是光合作用的场所，氧气是由叶绿体释放出来的。可以设计题目：“恩格尔曼的实验中，将水绵和好氧细菌放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。请分析为什么好氧细菌会聚集在叶绿体受光部位的周围？从叶绿体的结构与功能角度进行解释。”学生需要了解叶绿体的结构和光合作用的过程，运用“结构与功能观”解释实验现象，考查学生对光合作用知识的掌握和科学思维能力。前沿研究成果能够反映生物学领域的最新进展，将其引入命题中，可以拓宽学生的视野，激发学生的学习兴趣。随着生物技术的不断发展，基因编辑技术、CRISPR/Cas9系统等成为生物学研究的热点。在命题时，可以以这些前沿研究成果为情境，考查学生对相关知识的理解和运用能力。以基因编辑技术为例，该技术可以对生物体的基因进行精确编辑，从而改变生物体的性状。可以设计题目：“CRISPR/Cas9系统是一种新型的基因编辑技术，它能够识别并切割特定的DNA序列。请从基因的结构与功能角度，分析CRISPR/Cas9系统是如何实现对基因的编辑的？这种技术可能会对生物体的结构和功能产生哪些影响？”学生需要了解基因的结构和功能，以及CRISPR/Cas9系统的工作原理，运用“结构与功能观”分析问题，考查学生对前沿知识的掌握和科学思维能力。在考查细胞凋亡相关知识时，可以以细胞凋亡机制的前沿研究成果为情境。细胞凋亡是细胞程序性死亡的过程，对于维持生物体的正常发育和内环境稳定具有重要意义。近年来，科学家对细胞凋亡的分子机制进行了深入研究，发现了一系列与细胞凋亡相关的基因和信号通路。可以设计题目：“最新研究发现，细胞凋亡过程中，某些基因的表达发生变化，导致细胞内一系列的生化反应，最终引发细胞凋亡。请从基因的结构与功能角度，分析这些基因是如何调控细胞凋亡的？细胞凋亡对生物体的结构和功能有什么重要意义？”学生需要了解基因的表达调控和细胞凋亡的过程，运用“结构与功能观”分析问题，考查学生对细胞凋亡知识的掌握和科学思维能力。通过引入这些科学研究情境，学生能够感受到科学研究的魅力，了解科学研究的方法和过程，培养学生的科学探究精神和创新思维能力，同时也能加深学生对“结构与功能观”的理解和应用。4.2.3情境的多样性与复杂性设计情境的多样性与复杂性设计在高中生物学“结构与功能观”命题中起着关键作用，它能够满足不同层次学生的需求，提高试题的区分度，全面考查学生的学科核心素养。情境的多样性体现在多个方面。在知识领域上，应涵盖高中生物学的各个模块，包括分子与细胞、遗传与进化、稳态与调节、生物与环境等。在分子与细胞模块，可以创设关于细胞结构与功能的情境，如线粒体、叶绿体等细胞器的结构与功能；在遗传与进化模块，可以以遗传物质的结构与功能、遗传信息的传递与表达为情境；在稳态与调节模块，可围绕生物体的结构与维持稳态、调节生理功能的关系创设情境；在生物与环境模块，则以生态系统的结构与功能为情境。通过多样化的知识领域情境，考查学生对不同模块知识中“结构与功能观”的理解和应用。在情境类型上，应丰富多样。除了前文提到的真实生活情境和科学研究情境，还可以创设历史文化情境。在考查生物进化相关知识时，可以引入达尔文的进化论提出的历史背景，让学生分析在当时的科学认知水平下，达尔文是如何通过观察和思考，提出生物进化的观点，以及这一观点对生物学发展的重要意义。从生物结构与功能的演变角度，探讨生物进化过程中结构与功能的相互影响。还可以创设虚拟情境，如构建一个虚拟的生态系统，设定其中的生物种类、数量以及环境条件，让学生分析该生态系统的结构与功能特点，以及在不同环境变化下生态系统结构和功能的变化。情境的复杂性设计也是至关重要的。简单的情境可能只涉及单一的知识点和简单的逻辑关系，只能考查学生对基础知识的掌握。而复杂的情境则包含多个知识点和复杂的逻辑关系，需要学生综合运用所学知识，进行深入的分析和推理。在考查生态系统相关知识时，可以创设一个包含多种生物和复杂生态关系的情境。某森林生态系统中，存在着生产者、消费者和分解者，它们之间通过食物链和食物网相互联系。近年来，由于人类活动的干扰，如砍伐森林、引入外来物种等，该生态系统的结构和功能发生了变化。设计题目时，可以要求学生分析这些人类活动对生态系统结构的影响，如生物多样性的变化、食物链和食物网的改变等；以及这些结构变化对生态系统功能的影响，如物质循环、能量流动和信息传递的变化。还可以进一步要求学生提出保护该生态系统的措施，从生态系统结构与功能的角度阐述措施的合理性。这样的情境考查了学生对生态系统知识的综合运用能力，以及运用“结构与功能观”分析和解决复杂问题的能力。在考查遗传与变异相关知识时，可以创设一个涉及多个基因和复杂遗传现象的情境。已知某种植物的花色由多对等位基因控制，不同基因之间存在着相互作用，且环境因素也会影响花色的表现。给出一系列的杂交实验结果和环境条件信息，要求学生分析基因的结构与功能、基因之间的相互作用以及环境因素如何共同影响花色的遗传和表现。学生需要运用遗传定律、基因的表达调控等知识，结合“结构与功能观”进行综合分析，从而解决问题。通过设计具有多样性和复杂性的情境，能够满足不同层次学生的需求。对于基础薄弱的学生，简单的情境可以帮助他们巩固基础知识；对于学习能力较强的学生，复杂的情境能够激发他们的思维，发挥他们的潜力。这样的命题方式能够提高试题的区分度，更准确地评价学生的学科核心素养水平，促进学生的全面发展。4.3问题设计与能力考查4.3.1基于“结构与功能观”的问题层次设置基于“结构与功能观”的问题层次设置，应遵循学生的认知规律，从基础概念的考查逐步深入到综合应用能力的检验，全面考查学生对这一观念的理解和运用水平。在基础层次，主要考查学生对“结构与功能观”基本概念和原理的记忆与简单理解。这类问题通常较为直接，旨在检测学生是否掌握了相关的基础知识。“线粒体的主要功能是什么？”“细胞膜的结构特点是什么？”这些问题要求学生准确回忆并表述线粒体作为有氧呼吸主要场所的功能，以及细胞膜具有一定流动性和选择透过性的结构特点。通过对这类问题的回答，学生能够巩固对细胞结构与功能的基本认识，为后续深入学习和应用“结构与功能观”奠定基础。在理解层次，问题设计注重考查学生对结构与功能关系的深入理解。要求学生能够阐述某种结构如何决定其特定功能，或者某种功能的实现依赖于哪些结构基础。“请阐述内质网的结构特点如何有利于其进行蛋白质和脂质的合成与运输？”学生需要理解内质网是由膜连接而成的网状结构，其广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点，有利于蛋白质和脂质的合成；内质网与核膜、细胞膜相连，以及通过囊泡与高尔基体等其他细胞器联系，这种结构特点便于其进行物质运输。这类问题考查了学生对知识的理解深度，要求学生能够将结构与功能有机联系起来，形成较为系统的认识。在应用层次，问题难度进一步提升，需要学生运用“结构与功能观”解决实际问题。这类问题通常会创设具体的情境，要求学生根据给定的信息，分析结构与功能的关系，并提出相应的解决方案。在考查细胞呼吸相关知识时，可以设置这样的问题：“某工厂利用酵母菌发酵生产酒精，在发酵过程中发现酒精产量较低。请从细胞呼吸的角度，分析可能是哪些细胞结构或生理过程出现了问题，并提出改进措施。”学生需要结合酵母菌细胞的结构和细胞呼吸的过程，分析可能是线粒体结构受损导致有氧呼吸受影响，或者是细胞膜上葡萄糖运输载体出现问题影响了葡萄糖的摄取等，进而提出相应的改进措施，如优化发酵条件、补充营养物质等。这类问题考查了学生运用知识解决实际问题的能力，体现了“结构与功能观”的实际应用价值。在综合层次，问题设计强调知识的综合性和跨模块性，要求学生将“结构与功能观”与其他生命观念、科学思维、科学探究等核心素养要素相结合，解决复杂的生物学问题。在考查生态系统相关知识时，可以设置问题：“随着城市化进程的加快，城市生态系统面临着诸多问题，如生物多样性减少、环境污染等。请从生态系统结构与功能的角度，分析这些问题产生的原因，并提出相应的解决措施。同时，运用进化与适应观，探讨生物在这种环境变化下的进化趋势。”学生需要综合运用生态系统的结构与功能知识，分析生物多样性减少导致生态系统营养结构简化，进而影响物质循环和能量流动功能；环境污染可能破坏生态系统中生物的结构，影响其功能。从进化与适应观角度，探讨生物可能会通过进化适应新的环境，如某些生物可能会进化出更强的抗污染能力等。这类问题考查了学生的综合素养，要求学生具备较强的知识整合能力和创新思维能力。4.3.2对科学思维与探究能力的考查方式在高中生物学“结构与功能观”命题中，对学生科学思维与探究能力的考查是培养学生学科核心素养的重要方面。通过巧妙设计问题，能够有效检验学生的归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学思维和探究能力。归纳与概括能力的考查，通常要求学生对一系列生物学事实或现象进行分析和总结，得出一般性的结论。在考查细胞结构与功能时，可以给出多种不同细胞的结构特点和功能描述，让学生归纳出细胞结构与功能的一般性规律。“请分析大肠杆菌、洋葱表皮细胞、人体肝细胞的结构特点，并归纳出真核细胞和原核细胞在结构与功能上的主要区别。”学生需要仔细分析这些细胞的结构，如大肠杆菌没有以核膜为界限的细胞核，只有拟核，细胞器只有核糖体；而洋葱表皮细胞和人体肝细胞有细胞核和多种细胞器。通过对这些具体细胞的分析，归纳出真核细胞具有核膜包被的细胞核、多种细胞器，原核细胞没有细胞核，细胞器种类较少等结构与功能上的区别。这种考查方式能够锻炼学生从具体事例中提取关键信息，进行归纳总结的能力。演绎与推理能力的考查，要求学生根据已知的生物学原理和规律，对给定的情境进行分析和推理，得出合理的结论。在遗传与进化模块，可以设置这样的问题：“已知某种生物的一对相对性状由一对等位基因控制，且显性基因对隐性基因完全显性。现有两个亲本杂交，子代出现了3:1的性状分离比。请运用演绎推理的方法，推测亲本的基因型，并说明推理过程。”学生需要根据孟德尔遗传定律，知道杂合子自交后代会出现3:1的性状分离比，从而推测出亲本的基因型可能都是杂合子。在推理过程中，学生要运用遗传定律，结合题目所给信息，进行合理的推导，这考查了学生运用逻辑思维解决问题的能力。模型与建模能力的考查，可以通过让学生构建物理模型、概念模型或数学模型来实现。在学习细胞结构时，要求学生制作细胞的物理模型，如用不同材料制作线粒体、叶绿体等细胞器，通过模型构建，学生能够更直观地理解细胞结构与功能的关系。在考查生态系统能量流动时，可以让学生构建能量流动的概念模型，用图形和文字表示出生态系统中能量的输入、传递、转化和散失过程。在遗传部分，还可以考查学生构建数学模型的能力，如让学生根据给定的遗传数据，绘制遗传系谱图，分析遗传方式和概率。通过这些模型构建的考查，培养学生将抽象的生物学知识转化为具体模型的能力，提高学生的空间想象和逻辑思维能力。科学探究能力的考查，可通过设计实验探究类问题来实现。给出一个关于结构与功能关系的探究主题，如“探究某种酶的活性与温度的关系”，要求学生设计实验方案，包括实验目的、实验原理、实验材料、实验步骤、预期实验结果及结论等。学生需要明确实验目的是探究温度对酶活性的影响，根据酶的催化特性和温度对化学反应的影响原理，选择合适的实验材料，如淀粉酶和淀粉溶液，设计不同的温度梯度，控制其他变量，通过观察淀粉的分解情况来判断酶的活性。在实验设计过程中，学生要考虑实验的科学性、可行性和可重复性，这考查了学生的实验设计、操作和分析能力，培养学生的科学探究精神和实践能力。4.3.3培养学生社会责任意识的问题设置在高中生物学“结构与功能观”命题中，培养学生社会责任意识是学科核心素养培养的重要目标之一。通过设置具有针对性的问题，能够引导学生关注生物学相关的社会问题，将所学知识与社会实际相联系，增强学生的社会责任感。在生态环境保护方面，可以设置问题引导学生运用“结构与功能观”分析生态系统的现状和问题。“近年来，某湖泊生态系统出现了富营养化现象，导致水体中藻类大量繁殖，溶解氧含量下降，鱼类等生物大量死亡。请从生态系统结构与功能的角度，分析富营养化产生的原因，并提出相应的治理措施。”学生需要运用生态系统的结构与功能知识，分析富营养化是由于人类活动向湖泊中排放大量含氮、磷等营养物质的污水，导致水体中营养物质增多，藻类等生产者大量繁殖。藻类过度繁殖会覆盖水面，影响水中植物的光合作用，导致溶解氧含量下降，从而影响其他生物的生存。在提出治理措施时，学生可以从调整生态系统结构入手，如控制污水排放、种植水生植物吸收营养物质、引入以藻类为食的生物等，以恢复生态系统的功能平衡。通过这类问题的思考和回答，学生能够深刻认识到人类活动对生态环境的影响，增强保护生态环境的责任感。在人类健康问题上，也可以设置相关问题。“随着生活水平的提高，肥胖问题日益严重。从细胞代谢和人体生理结构与功能的角度，分析肥胖产生的原因，并提出预防和治疗肥胖的建议。”学生需要从细胞层面分析肥胖可能是由于细胞内脂肪合成增加、分解减少，以及人体生理结构与功能方面，如饮食习惯不良导致摄入过多高热量食物，运动量不足导致能量消耗减少等原因造成的。在提出预防和治疗建议时，学生可以从调整饮食结构、增加运动量、改善生活习惯等方面入手，如减少高热量、高脂肪食物的摄入，增加膳食纤维的摄入，加强体育锻炼，保证充足的睡眠等。这类问题能够让学生关注自身健康，将生物学知识应用到日常生活中，培养学生健康生活的意识和责任感。在生物科技应用领域，设置问题可以引导学生思考生物科技对社会的影响。“基因编辑技术是一种新兴的生物技术，它可以对生物体的基因进行精确编辑。请从基因的结构与功能角度，分析基因编辑技术可能带来的好处和潜在风险，并谈谈你对基因编辑技术应用的看法。”学生需要从基因的结构与功能知识出发，分析基因编辑技术可以用于治疗某些遗传疾病，通过修复或改变异常基因来恢复正常的生理功能；但也可能带来潜在风险，如基因编辑的脱靶效应可能导致其他基因的异常，引发未知的健康问题。通过对这类问题的讨论，学生能够对生物科技的发展有更全面的认识，培养学生理性看待生物科技应用的态度和社会责任感。五、“结构与功能观”命题案例分析5.1分子与细胞模块命题案例5.1.1案例展示与分析以下是一道典型的分子与细胞模块中体现“结构与功能观”的试题：题目：细胞膜是细胞的重要结构，其结构与功能密切相关。下列关于细胞膜结构与功能的叙述，错误的是（）A.细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，这一结构特点使其具有一定的流动性B.细胞膜上的载体蛋白具有特异性，能够协助特定的物质跨膜运输C.细胞膜上的糖蛋白与细胞间的识别、信息交流等功能有关D.细胞膜的功能越复杂，其含有的脂质种类和数量就越多答案：D分析：这道题全面考查了细胞膜的结构与功能关系，充分体现了“结构与功能观”。细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，磷脂分子具有流动性，使得细胞膜具有一定的流动性，这一结构特点决定了细胞膜在物质运输、细胞融合等生理过程中能够发挥作用，体现了结构对功能的影响。细胞膜上的载体蛋白具有特异性，不同的载体蛋白只能运输特定的物质，如葡萄糖进入红细胞需要葡萄糖载体蛋白，这种特异性保证了细胞对物质的选择性吸收，体现了结构与功能的对应关系。细胞膜上的糖蛋白由糖类和蛋白质结合而成，分布在细胞膜外侧，与细胞间的识别、信息交流等功能密切相关，如免疫细胞识别外来病原体靠的就是细胞膜上糖蛋白的识别作用，这进一步说明了结构决定功能。而细胞膜的功能主要是由蛋白质承担的，细胞膜的功能越复杂，其含有的蛋白质种类和数量就越多，而不是脂质，D选项错误，从反面考查了结构与功能的关系。再看一道关于DNA结构与功能的试题：题目：DNA是主要的遗传物质，其结构决定了遗传信息的储存和传递。下列关于DNA结构与功能的描述，正确的是（）A.DNA分子由两条反向平行的核糖核苷酸链组成，通过氢键连接B.DNA分子的双螺旋结构使其具有较强的稳定性，有利于遗传信息的储存C.DNA分子的复制过程中，先解旋后复制，保证了遗传信息的准确传递D.基因是有遗传效应的DNA片段，基因的功能只与碱基对的排列顺序有关答案：B分析：DNA分子由两条反向平行的脱氧核苷酸链组成，而不是核糖核苷酸链，A选项错误。DNA分子的双螺旋结构使两条链上的碱基通过氢键互补配对，形成稳定的结构，这种结构有利于遗传信息的长期储存，体现了结构对功能的重要性。DNA分子的复制过程是边解旋边复制，而不是先解旋后复制，C选项错误。基因是有遗传效应的DNA片段，基因的功能不仅与碱基对的排列顺序有关，还与基因的空间结构、基因在染色体上的位置等因素有关，D选项错误。该题通过对DNA结构与功能相关知识点的考查，让学生理解DNA结构如何决定其遗传信息储存和传递的功能，强化了“结构与功能观”。5.1.2对学生核心素养培养的作用此类命题对学生核心素养的培养具有多方面的重要作用。有助于学生深入理解生命本质。通过对分子与细胞模块中各种结构与功能关系的学习和考查，学生能够认识到细胞作为生命的基本单位，其内部的各种分子和结构都具有特定的功能，这些功能相互协调，共同维持着细胞的生命活动。在学习线粒体和叶绿体的结构与功能时，学生了解到线粒体通过其独特的内膜结构进行有氧呼吸，为细胞提供能量；叶绿体通过类囊体膜上的光合色素和酶进行光合作用，将光能转化为化学能。这些知识让学生明白细胞内的能量转换和物质代谢是如何依赖于特定的结构实现的，从而深入理解生命的本质。能够培养学生的科学思维。在解答这类命题时，学生需要运用归纳与概括、演绎与推理等科学思维方法。在分析细胞膜的结构与功能关系时，学生需要归纳不同物质跨膜运输方式与细胞膜结构的联系，如自由扩散与细胞膜的磷脂双分子层的关系，主动运输与细胞膜上载体蛋白的关系等。在学习DNA的结构与功能时，学生可以根据DNA的双螺旋结构和碱基互补配对原则，演绎推理出DNA复制和转录的过程，培养逻辑思维能力。这类命题还能提升学生的科学探究能力。一些试题可能会以实验探究的形式出现，要求学生设计实验验证分子与细胞结构与功能的关系。在探究细胞膜的选择透过性时，学生需要设计实验，观察不同物质通过细胞膜的情况，分析细胞膜结构对物质运输的影响。在探究DNA复制方式的实验中，学生需要理解科学家的实验思路，如梅塞尔森和斯塔尔的实验，运用同位素标记法和密度梯度离心技术，验证DNA的半保留复制方式。通过这些实验探究，学生能够掌握科学探究的方法和步骤，提高实验设计、操作和分析能力。5.2遗传与进化模块命题案例5.2.1案例展示与分析在遗传与进化模块中，有许多经典的体现“结构与功能观”的命题。以下是一道关于基因结构与表达的试题：题目：下图为真核细胞中基因表达过程示意图，据图回答下列问题：[此处可附上基因表达过程示意图，包括转录和翻译过程，显示DNA、mRNA、核糖体、tRNA等结构]（1）图中①过程为______，需要______酶的参与，该酶识别并结合的部位是基因的______。（2）图中②过程为______，核糖体在mRNA上的移动方向是______（填“从左到右”或“从右到左”