2017福建省中考生物學(xué)實驗探究試題的命制與教學(xué)反思

高秋靜

(福建省廈門大學(xué)附屬實驗中學(xué) 363123)

張 鋒*

(福建省普通教育教學(xué)研究室 福州 350003)

“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”是義務(wù)教育生物學(xué)課程的基本理念之一，以探究性學(xué)習(xí)為命題核心的探究性實驗題是通過紙筆測驗的形式對學(xué)生的科學(xué)探究能力進行考查的常用手段。此類試題可考查學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)過程和方法，能力要求較高。因此，探究性試題往往成為一份試卷的“壓軸題”。通過對此類試題命制的研究，不僅可開拓教師的試題命制能力，也有助于教學(xué)思路的拓展。福建省2017中考生物學(xué)試題第34題以研究煙焦油濃度變化對渦蟲移動速度的影響為試題情境，主要考查學(xué)生的科學(xué)探究能力，并結(jié)合選擇健康的生活方式的相關(guān)內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生的進一步思考。本文從立意、情境及設(shè)問三個方面對2017年福建省中考生物試題第34題進行分析，希望對實踐教學(xué)有所啟示。

1 原題及材料來源

原題： 吸煙有害健康，戒煙難是因為吸煙者對煙焦油中的尼古丁等產(chǎn)生依賴。研究發(fā)現(xiàn)，煙焦油對渦蟲神經(jīng)系統(tǒng)的影響與人相似。某科研小組將渦蟲作為實驗對象，研究煙焦油濃度變化對其移動速度的影響，實驗步驟如下： ①挑選體長相近的渦蟲40只，平均分成甲、乙兩組，分別放入濃度為0.03mg/mL、0.05mg/mL的煙焦油溶液中處理12h，使渦蟲對所處濃度的煙焦油產(chǎn)生依賴。②將甲組渦蟲隨機分成A、B兩組，每組10只，分別置于濃度0.03mg/mL、0.01mg/mL的煙焦油溶液中。將乙組渦蟲隨機分成C、D兩組，每組10只，分別置于濃度0.05mg/mL、0.03mg/mL的煙焦油溶液中。③測定每組渦蟲的移動速度，取平均值，結(jié)果如圖所示。研究人員在一定濃度范圍內(nèi)又做了多組實驗，實驗現(xiàn)象一致。回答下列問題：

(1) A組和B組是一組________實驗，變量是________。

(2) 測定每組渦蟲的移動速度后，取平均值的目的是________。

(3) 比較A組和B組，C組和D組，渦蟲對煙焦油產(chǎn)生依賴的表現(xiàn)相似，即________。(2分)

(4) 由于對不同濃度煙焦油產(chǎn)生依賴，D組和________組渦蟲在同一濃度煙焦油溶液中移動速度不同。

(5) 青少年應(yīng)當(dāng)拒絕吸煙。請根據(jù)實驗談?wù)勂渲械牡览韄_______。

本題的情境來源于2015年發(fā)表在《中國藥物依賴性雜志》的研究論文[1]。由于論文篇幅較長，文字表述專業(yè)晦澀，因此在保證科學(xué)性及提供充足的信息的前提下,命題者對文章進行了精心的裁剪和加工。文字部分保留了必要的背景介紹：“吸煙有害健康……煙焦油對渦蟲神經(jīng)系統(tǒng)的影響與人相似”。實驗內(nèi)容僅選取其中的慢性戒斷反應(yīng)實驗的部分兩組實驗，實驗數(shù)據(jù)的細節(jié)稍作修改(實驗濃度從0.0294mg/mL改為0.03mg/mL， 0.0490mg/mL改為0.05mg/mL等)，并以柱形圖的形式呈現(xiàn)實驗結(jié)果，即對實驗內(nèi)容做了適當(dāng)簡化，表述通俗易懂，實驗結(jié)果直觀。

通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生對吸煙的危害有一定的了解，青少年吸煙問題也是學(xué)生身邊可能真實遇到的問題。在此基礎(chǔ)上，此題的情境材料用科學(xué)的探究過程及真實的實驗數(shù)據(jù)，進一步幫助學(xué)生認(rèn)識吸煙的危害，認(rèn)同選擇健康的生活方式的重要性，將情感態(tài)度價值觀教育滲透到試題中。

2 試題的設(shè)計及問答分析

本題圍繞科學(xué)探究能力的考查展開，各小題涉及的科學(xué)探究能力如表1。在這些能力考查落實過程中，首先要求學(xué)生具備從題干中獲取與處理信息的能力、圖表的分析能力；對實驗數(shù)據(jù)進行分析、比較的能力；邏輯推理能力；對實驗現(xiàn)象進行科學(xué)地描述和解釋，并在此基礎(chǔ)上歸納出生命科學(xué)規(guī)律的能力。

表1 該題考查的科學(xué)探究能力

第(1)小題需要學(xué)生根據(jù)題目信息，對比A組及B組的實驗設(shè)置。從實驗步驟②中不難發(fā)現(xiàn)，A、B兩組的差別在于煙焦油溶液的濃度不同，其他設(shè)置均相同，符合對照實驗的要求，不同的實驗設(shè)置即為實驗變量。

第(2)小題的設(shè)問主要為“是什么”類型，只需要學(xué)生能從記憶中提取相關(guān)知識點： 在重復(fù)實驗中，對重復(fù)實驗組數(shù)據(jù)取平均值的目的是減小誤差，即可完成。

從前面的分析可以看出，本題后3小題都是圍繞這個探究實驗的結(jié)果及結(jié)論展開，因此解題時需要明確本實驗設(shè)計各步驟間的邏輯關(guān)系。從題干可知，本實驗“研究煙焦油濃度變化對其移動速度的影響”中有個關(guān)鍵詞“變化”，即渦蟲會先后接受兩種濃度的煙焦油溶液處理(表2)。

表2 渦蟲先后接受兩種濃度的煙焦油處理

第(3)小題要求學(xué)生根據(jù)柱形圖呈現(xiàn)的實驗數(shù)據(jù)對實驗現(xiàn)象進行描述。從圖中可知在甲組的兩個小組渦蟲的平均移動速度比較中，B組低于A組，同樣在乙組中情況相同，即D組低于C組。從實驗結(jié)果反推到實驗設(shè)計，可發(fā)現(xiàn)移動速度慢的組別的共同特征是： 處理2的濃度低于處理1的濃度。再結(jié)合題中步驟①提到的，處理1的目的是“使渦蟲對所處濃度的煙焦油產(chǎn)生依賴”。由此可以對實驗現(xiàn)象用文字表述為： 對一定濃度煙焦油產(chǎn)生依賴的渦蟲，置于更低濃度的煙焦油溶液中移動速度減慢。本題需要進行較長的文字表述，通過答案能反應(yīng)不同的思維水平，并設(shè)置2分的得分進行SOLO分層評價，提高了試題的區(qū)分度。

第(4)小題思路與第(3)小題相反，即提供實驗現(xiàn)象的文字描述，要求找到支持這一現(xiàn)象的實驗數(shù)據(jù)。題干提示了D組和某組處理1不同(由于對不同濃度煙焦油產(chǎn)生依賴)，而處理2相同(在同一濃度煙焦油溶液中)，對照實驗設(shè)計可知，這組為A組。

第(5)小題需要學(xué)生根據(jù)實驗得出結(jié)論。這一結(jié)論在題干第一段中有提示“吸煙有害健康，戒煙難是因為吸煙者對煙焦油中的尼古丁等產(chǎn)生依賴。”由此得出根據(jù)此實驗，青少年應(yīng)當(dāng)拒絕吸煙的原因是： 吸煙者會對香煙產(chǎn)生依賴。

3 在教學(xué)中培養(yǎng)實驗探究能力的反思

3.1 強化學(xué)生的實驗?zāi)芰?新課標(biāo)倡導(dǎo)的探究性學(xué)習(xí)主要是通過實驗來完成的。驗證實驗、觀察實驗大多是讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)知識的同時訓(xùn)練實驗技能，但對實驗結(jié)果的科學(xué)分析也有助于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。例如，人教版“觀察種子的結(jié)構(gòu)”實驗中，觀察玉米種子結(jié)構(gòu)時，教材中提到對玉米種子進行縱切后，在剖面上滴一滴碘酒，再用放大鏡仔細觀察剖面上的顏色變化。很多學(xué)生也會模仿這一步驟將碘酒滴在菜豆種子的子葉上，當(dāng)發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與假設(shè)不符時，學(xué)生就會想要了解為什么同是儲存營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，玉米種子的胚乳遇碘變藍，而菜豆種子的子葉卻不變色。雖是一個小小的實驗操作，其實也包含了探究的過程，并且一個探究完成后又產(chǎn)生了一個新的問題，觸發(fā)下一步的探究。讓學(xué)生親歷實驗，才有發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的可能。

探究實驗后大都搭配有“技能訓(xùn)練”或“科學(xué)方法”，意在通過探究實驗使各項探究能力得到培養(yǎng)與鍛煉。例如，人教版教材中“探究酒精或煙草浸出液對水蚤心率的影響”實驗，教材內(nèi)容僅提供可選的實驗材料及提示實驗過程中可能會遇到的問題，整個探究的過程從提出問題到最后的得出結(jié)論都需要學(xué)生自主完成。在完成這個探究的過程中，學(xué)生的各項探究技能都得到全面的訓(xùn)練。尤其這是一個定量實驗，學(xué)生需要記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、解讀數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得出結(jié)論。在對數(shù)據(jù)的處理中，學(xué)生必然會用到取平均值的方法，面對同一實驗設(shè)置得出的多組數(shù)據(jù)，也能明白取平均值的意義。若做過這個實驗，上題第(2)小題便不難答出“減小誤差”。

3.2 關(guān)注教學(xué)中探究問題情境的營造 試題是一個測量單元，其中試題情境向答題者提供一個能使其表現(xiàn)出心理結(jié)構(gòu)或能力的刺激環(huán)境。從情境材料的內(nèi)容上看，試題情境包羅萬象，包括所有生物科學(xué)可能的應(yīng)用領(lǐng)域。以PISA 2015科學(xué)測評的試題為例，其試題的情境材料關(guān)注科學(xué)在個人、社會和全球情境中的應(yīng)用，如： 健康、自然資源、環(huán)境、危機、科學(xué)和技術(shù)前沿等。從情境材料的來源上看，它可來源于教材素材、科學(xué)史、科普文章、科技論文等。這些情境有學(xué)生體驗過或接觸過的情境、熟悉的相似情境，還有些情境是陌生的和復(fù)雜的。對學(xué)生的能力提出了不同層次的要求。這些做法都值得教師在教學(xué)中深刻反思，可在學(xué)生培養(yǎng)過程中將知識容納于情境之中，為學(xué)生的情境性學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)條件，循序漸進地提高學(xué)生能力。

3.3 提升學(xué)生的資料分析能力 在教學(xué)過程中，教材是師生雙方接觸最多的文本資料，其中包含許多經(jīng)過精心挑選的、適合學(xué)生認(rèn)知水平的資料。以人教版教材為例，教材中的許多欄目(如“想一想，議一議”“資料分析”“科學(xué)家的故事”“技能訓(xùn)練”等)呈現(xiàn)了豐富的文本資料。例如，人教版“光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣”一節(jié)，為培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象，得出結(jié)論的能力提供了三個很好的資料。“想一想，議一議”包含了科學(xué)史上著名的海爾蒙特的柳樹實驗。材料中，海爾蒙特得出的結(jié)論是“水是合成柳樹體內(nèi)有機物的原料”。可以引導(dǎo)學(xué)生思考本實驗設(shè)計是否合理，是否客觀地分析了實驗數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)是否可以支持他的結(jié)論，海爾蒙特是否忽略了其他因素，其結(jié)論是否合理。其后，普利斯特利實驗，學(xué)生受已有知識的影響，易得出植物進行光合作用消耗二氧化碳產(chǎn)生氧氣的結(jié)論。而資料呈現(xiàn)的實驗現(xiàn)象并不涉及鐘罩內(nèi)氧氣及二氧化碳含量的變化，故只能得出“植物能夠更新由于蠟燭燃燒或動物呼吸而變得污濁了的空氣”的結(jié)論。最后，本節(jié)末尾的“技能訓(xùn)練”提供一個類似于本節(jié)金魚藻產(chǎn)生氧氣的演示實驗的熟悉情境，可引導(dǎo)學(xué)生通過表格中的數(shù)據(jù)得出結(jié)論。

(*通信作者)