科學探究型試題的命題特點及備考策略

四川

教育部下發的《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中，提出“生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任”四大核心素養，這為高中生物教學及高考命題研究指明了方向。“科學探究”是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力。這一核心素養在近年的全國高考生物試題中得到了充分的體現，試題從探究方案設計、總結規律、分析原因、提出建議等角度考查學生的科學探究能力，分析問題、解決問題的能力。試題構思巧妙、新穎，是今后高考生物學試題命制的一大趨勢。

一、科學探究試題命制特點

1. 以生物學實驗為背景

實驗是開展生物學研究的重要途徑，科學探究試題多以實驗為背景命制。高中生物學教材中有大量的素材可供學生探究，如影響光合作用的因素、細胞呼吸類型及影響因素、pH和溫度對酶活性的影響、激素對生命活動的調節、遺傳基本規律的探究等等，都是命制科學探究試題的重要素材，也是命題專家所青睞的對象。例如：

【例1】（2018年，全國卷Ⅱ，第29題）為研究垂體對機體生長發育的作用，某同學用垂體切除法進行實驗。在實驗過程中，用幼齡大鼠為材料，以體重變化作為生長發育的檢測指標。回答下列問題：

（1）請完善下面的實驗步驟

①將若干只大鼠隨機分為A、B兩組后進行處理，A組（對照組）的處理是______；B組的處理是______。

②將上述兩組大鼠置于相同的適宜條件下飼養。

③________________________。

④對所得數據進行統計處理與分析。

（2）實驗結果與分析

B組大鼠生長發育的狀況不如A組，出現這種差異的原因是由于B組的處理使大鼠缺失了來源于垂體的______激素和______激素。

【參考答案】（1）①手術但不切除垂體 切除垂體 ③每隔一定時間，測定并記錄兩組大鼠的體重（2）生長 促甲狀腺

【分析】本題通過以“為研究垂體對機體生長發育的作用”為情境，考查學生的科學探究能力。解題的關鍵是要找準實驗目的，從中找出自變量、因變量和無關變量。在此基礎上，依據實驗設計應遵循的原則，圍繞給出的不完善的實驗步驟，以及垂體分泌的與生長發育有關的激素等知識，對各問題情境進行解答。實驗處理要遵循“單一變量原則和對照原則”，設立實驗組和對照組，以及在培養（或飼養）、觀察記錄實驗現象或記錄測定的實驗數據時，要體現對無關變量的控制，常用“相同條件下”“每隔一定時間”等表示。

2. 與社會生產生活實際相聯系

科學探究試題常聯系社會生產生活實際，來考查學生對教材知識的理解應用。試題突出一個“新”字，即所涉及的問題情境不囿于教材，讓學生用所學知識來解決現實生活、生產中的新問題，從而考查學生分析問題、解決問題的能力。例如：

【例2】（2018年，全國卷Ⅲ，第32題節選）（2）根據生態系統中分解者的作用，若要采用生物方法處理生活垃圾，在確定處理生活垃圾的方案時，通常需要考慮的因素可概括為3個方面，即__________________。

【參考答案】（2）待分解垃圾的性質，引進的分解者生物的種類，處理環境的理化條件

【分析】該題從表面上看是因素列舉，實際上是在考查學生的科學探究素養，即考查學生探究應用生物學方法來處理生活垃圾時需要考慮的有關因素。根據分解者的分解作用，在設計實施方案時，需要考慮的因素有被分解的垃圾的種類，選取的分解者的代謝類型，以及處理過程中需要提供的環境條件、處理垃圾的效率等等，以便預測可能出現的結果，為實驗方案的實施與完善提供可行性論證。

3. 考查科學探究的各個環節

科學探究過程包括提出問題、猜想與假設、制訂計劃、設計實驗、進行實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流等環節，科學探究試題的命制，正是從探究過程的各環節入手，全方位、多角度考查學生的科學探究能力和創新精神。例如：

【例3】（2017年，全國卷Ⅱ，第37題）豆豉是大豆經過發酵制成的一種食品。為了研究影響豆豉發酵效果的因素，某小組將等量的甲、乙兩菌種分別接入等量的A、B兩桶煮熟大豆中并混勻，再將兩者置于適宜條件下進行發酵，并在32 h內定期取樣觀測發酵效果。回答下列問題：

（1）該實驗的自變量是____________、____________。

（2）如果發現發酵容器內上層大豆的發酵效果比底層的好，說明該發酵菌是________________________。

（3）如果在實驗后，發現32 h內的發酵效果越來越好，且隨發酵時間呈直線上升關系，則無法確定發酵的最佳時間；若要確定最佳發酵時間，還需要做的事情是________________________。

（4）從大豆到豆豉，大豆中的成分會發生一定的變化，其中，蛋白質轉變為______，脂肪轉變為______。

【參考答案】（1）菌種 發酵時間 （2）好氧菌

（3）延長發酵時間，觀測發酵效果，最佳的發酵效果所對應的時間即為最佳發酵時間 （4）氨基酸和肽

甘油和脂肪酸

【分析】該題以豆豉的制作為素材，考查學生對科學探究過程中實驗變量的確定、實驗原因的分析，最佳發酵時間的探究以及實驗所涉及的實驗原理的分析等有關知識。試題來源于人教版教材選修1，題型新穎，綜合性強，較好地考查了學生對科學探究過程中各環節的理解、應用情況。特別是第三小題考查了學生推理、判斷和語言表達等能力。

4. 試題趨向開放性

開放性試題打破了傳統的命題模式，構思新穎，是培養學生創新思維、創造能力最有價值的試題。加大開放性試題在命題中的考查力度，是應試教育向素質教育轉變的重要體現。科學探究試題具有較強的開放性，它給予學生以自己喜歡的方式解答問題的機會，從而培養學生運用所學知識、技能去探尋解決問題的新的思想和方法的能力。例如：

【例4】（2017年，全國卷Ⅲ，第32題）已知某種昆蟲的有眼（A）與無眼（a）、正常剛毛（B）與小剛毛（b）、正常翅（E）與斑翅（e）這三對相對性狀各受一對等位基因控制。現有三個純合品系：①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不發生染色體變異和染色體交換，回答下列問題：

（1）若A/a、B/b、E/e這三對等位基因都位于常染色體上，請以上述品系為材料，設計實驗來確定這三對等位基因是否分別位于三對染色體上。（要求：寫出實驗思路、預期實驗結果、得出結論）

（2）假設A/a、B/b這兩對等位基因都位于X染色體上，請以上述品系為材料，設計實驗對這一假設進行驗證。（要求：寫出實驗思路、預期實驗結果、得出結論）

【參考答案】（1）選擇①×②、②×③、①×③三個雜交組合，分別得到F1和F2，若各雜交組合的F2中均出現四種表現型，且比例為9∶3∶3∶1，則可確定這三對等位基因分別位于三對染色體上；若出現其他結果，則可確定這三對等位基因不是分別位于三對染色體上。（2）選擇①×②雜交組合進行正反交，觀察F1雄性個體的表現型。若正交得到的F1中雄性個體與反交得到的F1中雄性個體有眼/無眼、正常剛毛/小剛毛這兩對相對性狀的表現均不同，則證明這兩對等位基因都位于X染色體上。

【分析】該題通過科學探究考查學生對自由組合定律、伴性遺傳等有關知識的掌握情況。重點考查了探究性實驗和驗證性實驗的設計思路、預期實驗結果、得出實驗結論的能力。試題開放性較強，答案不唯一，給了學生充分發揮想象和創造的空間，不足是主觀性較強，閱卷難度較大。

二、備考策略

“高考是學科教學的指揮棒”。全國卷生物試題重視對學生科學探究素養的考查，這就要求教師在今后的教學中要以培養學生的生物學核心素養為中心，重視科學探究素養的培養，特別是在高三總復習階段，通過加強有針對性的訓練來啟迪學生的思維，培養科學探究素養。

1. 重視對教材實驗的復習

人教版教材在編寫過程中非常重視對學生實驗技能的培養，教材選編了大量的學生實驗、演示實驗、探究實驗等。高三復習過程中，教師要引導學生弄清實驗原理和相關的儀器裝置，注重操作細節，思考怎么做，為什么要這樣做，如果不這樣做會產生什么后果，還能怎么做等等。如進行質壁分離和復原的實驗時，可改變條件，讓學生設計實驗探究：若用0.5 g/mL蔗糖溶液做實驗，實驗現象是怎樣的？為什么？若用0.3 g/mL尿素、KNO3等溶液做實驗，實驗現象又是怎樣的？為什么？除洋蔥鱗片葉外表皮細胞外，還可選取哪些材料做該實驗？哪種實驗材料的效果最佳？若用洋蔥鱗片葉內表皮細胞做實驗，要看清實驗現象，你將采取什么措施？若要測定洋蔥鱗片葉外表皮細胞液的濃度，如何進行實驗設計等等。通過這種方式從不同角度、不同層面來復習教材實驗，能加深對探究性實驗的理解和把握。若條件許可，則盡可能地開放生物實驗室，讓學生重做有關實驗，體驗實驗過程，感受實驗操作細節，從而提升實驗技能。

2. 加強語言表達的規范訓練

對于探究實驗，學生能否正確表達實驗設計思路也是科學探究實驗考查的重要內容。實驗設計方式千變萬化，但實驗設計過程的表達方式基本相同。因此，復習過程中教師應教會學生如何去規范表達探究實驗所涉及的各種問題情境，如實驗目的、實驗假設、實驗原理、實驗步驟、實驗結果及實驗結論等的規范表達。在對實驗數據及實驗現象進行分析、處理的過程中，教師要注重學生思維的有序性和條理性訓練，對有關結論的概括，要訓練學生用規范的語言去表達這是培養學生科學探究素養的重要途徑。

3. 注重發散思維能力的培養

發散思維是大腦在思維時呈現的一種擴散狀態的思維模式，它表現為思維視野廣闊，思維呈現出多維發散狀，它是創造性思維的最主要特點，是測定創造潛力的重要指標。科學探究實驗的實施，要求學生有較強的發散思維能力，培養學生的發散思維有利于提升學生解決科學探究問題的能力。發散思維可通過變式教學、一題多解等途徑來培養。在科學探究過程中，通過讓學生分析探究實驗過程中產生的多種現象，產生實驗現象的多種原因，一種裝置可能的多種用途，一種實驗可能用的多種裝置，一種物質可能用的多種鑒定方法，一種探究實驗可能有多種設計方案等等來培養學生的發散性思維能力。因此，在教學中教師要引導學生對所給材料或信息從不同角度、向不同方向、用不同方法或途徑進行分析和解決問題，從而提升科學探究能力。

4. 針對科學探究，開展專題訓練

教師選取適當的經典習題，讓學生積極主動地去思考、去練習、去理解科學探究的實施過程。對于給出的不同方案學生要學會作出恰當的評價，讓學生掌握評價實驗方案的常見角度和方法，培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力。

總之，增強生物學試題的科學探究性，是高考生物試題命制的一大趨勢，是考查學生生物學核心素養的重要途徑。只有夯實基礎，加強訓練，開展探究性實踐并加以反思總結，才能提升科學探究能力，培養創新精神。