高考生物學實驗題科學探究素養水平分析

申定健

(四川省綿竹市南軒中學 綿竹 618200)

為了準確刻畫學生學業質量和學業成就表現，《普通高中生物學課程標準(2017年版)》(新課標)將素養劃分為四個等級水平，并以此作為考試命題的重要依據。生物學是一門以實驗為基礎的自然學科，生物學實驗更是學科核心素養培養和發展的主要載體，高考更加注重以實驗題形式考查科學思維、科學探究素養水平，這一考查趨勢在近幾年的全國卷生物學試題中得到了印證。鑒于此，筆者嘗試運用科學探究素養水平考查分析高考實驗試題，以求把握未來高考命題特點和趨勢，為實驗教學和備考提供參考。

1 科學探究素養分析

1.1 科學探究素養定義 新課標將“科學探究”素養定義為學生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[1]。科學探究素養要求學生應在探究過程中，逐步增強對自然現象的好奇心和求知欲，掌握科學探究的基本思路和方法，提高實踐能力；在探究中，樂于并善于團隊合作，勇于創新。

1.2 科學探究素養水平劃分和細化 以新課標關于科學探究素養水平劃分為依據，結合科學探究素養組成的五項能力，將每項能力細分出四個等級(表1)。水平差異主要表現為學生在不同復雜程度的情境中運用探究方法解決問題的程度，素養水平依級遞進。一、二級水平解決問題的情境相對簡單和解決問題的程度相對較低，作為生物學學科學業水平合格考試的考查要求和命題依據；三、四級水平解決問題的情境相對復雜和解決問題的程度要求較高，作為本學科學業水平等級考試的考查要求和命題依據。

2 基于科學探究素養水平的高考實驗試題分析

2.1 觀察能力考查實例(2017年高考全國I卷第2題) 下列關于細胞結構與成分的敘述，錯誤的是(B)

A. 細胞膜的完整性可用臺盼藍染色法進行檢測

B. 檢測氨基酸的含量可用雙縮脲試劑進行顯色

C. 若要觀察處于細胞分裂中期的染色體可用醋酸洋紅液染色

D. 斐林試劑是含有Cu2+的堿性溶液，可被葡萄糖還原成磚紅色分析： 本題考查科學探究素養中的觀察能力，依據細胞結構功能特點和細胞成分的結構特點和化學性質，采用不同的染色方法進行觀察和鑒定，歸屬于“能夠正確使用工具進行觀察”，考查素養二級水平。

表1 科學探究五種能力素養水平劃分表

2.2 提出問題能力考查實例(2017年高考全國I卷第4題) 某同學將一定量的某種動物的提取液(A)注射到實驗小鼠體內，注射后若干天，未見小鼠出現明顯的異常表現。將小鼠分成兩組，一組注射少量的A，小鼠很快發生了呼吸困難等癥狀；另一組注射生理鹽水，未見小鼠有異常表現。對實驗小鼠在第二次注射A后的表現，下列解釋合理的是(C)

A. 提取液中含有胰島素，導致小鼠血糖濃度降低

B. 提取液中含有乙酰膽堿，使小鼠骨骼肌活動減弱

C. 提取液中含有過敏原，引起小鼠發生了過敏反應

D. 提取液中含有呼吸抑制劑，可快速作用于小鼠呼吸系統

分析： 本題考查科學探究素養中的提出問題能力，題中給定特定實驗情境為“將注射過提取液(A)的實驗小鼠分為兩組，實驗組小鼠再次注射少量的A，很快發生了呼吸困難等癥狀，而注射生理鹽水的對照組小鼠未見小鼠有異常表現”，讓學生基于實驗情境提出可探究的生物學問題，采用假說演繹和推理的方法，驗證所提生物學問題的科學性和合理性。歸屬于“針對特定情境提出可探究的生物學問題”，考查素養三級水平。

2.3 制訂并實施方案能力考查實例(2017年高考全國I卷第29題) 根據遺傳物質的化學組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型，有些病毒對人類健康會造成很大危害，通常一種新病毒出現后需要確定該病毒的類型。假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換，請利用放射性同位素標記的方法，以體外培養的宿主細胞等為材料，設計實驗以確定一種新病毒的類型： 簡要寫出： (1)實驗思路；(2)預期實驗結果及結論即可。(要求： 實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)

參考答案(1)實驗思路 甲組： 將宿主細胞培養在含有放射性標記尿嘧啶的培養基中，之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒并監測其放射性。乙組： 將宿主細胞培養在含有放射性標記胸腺嘧啶的培養基中，之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒并監測其放射性。(2)結果及結論： 若甲組收集的病毒有放射性，乙組無，即為RNA病毒；反之為DNA病毒。

分析： 本題考查科學探究素養中的制訂并實施方案能力，題中給定條件為“宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換，利用放射性同位素標記的方法，以體外培養的宿主細胞等為材料”，屬于典型的“基于給定的條件，設計并實施探究實驗方案”，考查素養三級水平。

2.4 獲取證據或數據能力考查實例(2017年高考全國III卷第5題) 某陸生植物種群的個體數量減少，若用樣方法調查其密度，下列做法合理的是(B)

A. 將樣方內的個體進行標記后再計數

B. 進行隨機取樣，適當擴大樣方的面積

C. 采用等距取樣法，適當減少樣方數量

D. 采用五點取樣法，適當縮小樣方的面積

分析： 本題考查科學探究素養中的獲取證據或數據能力，學生基于“某陸生植物種群的個體數量減少”情境，選用恰當的方法如實記錄和分析實驗結果，考查素養二級水平。

3 基于科學探究素養水平分析的高考實驗命題特點

3.1 考查形式多樣且有所側重 目前，高考試題考查科學探究的五種能力素養有選擇題和非選擇題兩種形式。“觀察能力”側重以選擇題形式考查，類似的考查還有2016年全國III卷第2題、2014年全國I卷第4題和2016年江蘇卷第19題；對于考查“提出問題能力”非常典型的2017年全國I卷第4題，高考以選擇題的形式考查對給定的實驗情境提出問題進行演繹推理的“試題較少出現”，而且這類“新穎”試題是“高考生物試題希望達到的一個境界”，可代表未來高考命題的一種趨勢；“制訂并實施方案能力”側重以非選擇題的問答題形式考查，也是高考越來越注重科學探究素養考查的重要體現，類似的考查還有2017年全國III卷第32題和2016年全國I卷第32題；“獲取證據或數據能力”采用選擇題和非選擇題形式靈活考查，類似的考查還有2016年全國II卷第5題和2014年全國II卷第31題；“表達交流能力”在目前高考試題沒有具體考查體現，也是命題的難點。

3.2 考查能力界于二、三級水平之間 從上述考查實例分析可以看出，現有高考考查科學探究素養水平界于各項能力的二、三級水平之間。目前高考錄取率已達70%，升學已成為高中畢業生主要途徑，二、三級水平的素養考查，符合當前高考選拔功能的要求。從一份高考試卷整體來看，科學探究素養的五項能力都可以按照不同水平進行分類考查，不同素養水平在試卷均有較好的體現，有利于不同水平學生對不同等級素養發揮。應當注意的是，高考考查“制訂并實施方案的能力”均是三級水平，能力水平要求較高，可以較好區分不同水平的學生。高考實驗題尤其是遺傳部分的實驗題更加傾向于采用“給定條件設計并實施探究實驗方案”的方式命題，這也是未來高考命題的主要方式。

4 討論與建議

4.1 教學應注重科學探究素養的分類達成 培養學生科學探究素養是生物學實驗教學的價值追求，也是實驗教學的預期目標。科學探究素養所涵蓋的能力，需要通過每節實驗課或實驗活動來逐步培養形成。教師在制訂實驗的教學計劃時，應全面考慮科學探究素養的有效完成和落實，對于不同的實驗內容，在落實科學探究素養五項能力培養時應該有所側重。

例如，教材“觀察DNA、 RNA在細胞中的分布”“用顯微鏡觀察多種多樣的細胞”等觀察類實驗應注重培養學生觀察能力，“調查常見的人類遺傳病”“種群密度的取樣調查”等調查類實驗應注重培養學生獲取數據能力，“探究影響酶活性的因素”“探究植物生長調節劑對扦插枝條生根的作用”等探究類實驗注重培養學生提出問題和制訂并實施方案能力。

4.2 教學應為探究性學習創設真實的情境 探究式教學是教學落實科學探究素養培養的重要途徑，有效探究基于真實情境進行。學生在真實的情境才能表現出真實的關鍵能力和必備品格，情境越真實越能反應學生的核心素養水平[2]。為此，教師在實施探究式教學中，要結合具體的教學內容，為探究性學習創設真實的情境。從學生的生活經驗、經歷中提出探究性的問題，從社會關注的與生物學有關的熱點問題切入，尤其是高三復習備考時更應注重創新探究情境。

4.3 教學應遵循素養水平遞進關系進行培養 要對學生科學探究素養水平進行精細刻畫，從低到高依級遞進。教學應認識到素養的低級水平是高級水平建構基礎，遵循素養水平遞進關系進行循序漸進的培養和提高。參照高考考查能力水平要求，將素養按照五項能力水平進行細化，將更加有利于科學描述和評價學生素養水平層次，從而真正做到對每一位學生有針對性和差異性的培養。

4.4 教學應注重學生表達交流能力的培養 探究式教學鼓勵學生參與設計實驗，并完成多種類型的實驗，包括： 觀察類實驗、驗證類實驗、調查類實驗、探究類實驗、模型制作以及模擬實驗。實驗教學中，學生以小組為單位，針對具體情境提出可探究的生物學問題，自行設計并完成實驗，如實記錄實驗結果，使用多種方法分析實驗數據，得出符合科學事實的實驗結論，最終形成書面的實驗報告和科技小論文，開展班級或學校作品展覽會或說明會，提高學生表達交流的能力。如此，既能滿足高考實驗設計考查的語言表達能力要求，也為學生進一步學習和走入社會奠定基礎。