淺談驗證性實驗與探究性實驗的解答誤區

湖南 汪訓賢

實驗探究能力是《普通高等學校招生全國統一考試大綱》（以下簡稱《考試大綱》）要求考查的四種能力之一。實驗題在每一套高考試題中，都占據較大的比重。如2019年全國卷Ⅰ中，涉及實驗的題目有第2題、第6題、第29題、第32題、第37題等。湖南考生在以上5題的實驗部分，得分率很少超過50%，尤其是第29題第（3）小題（一道實驗設計題），得分率更低，究其原因，多種多樣，但最主要的原因是很多考生錯把驗證性實驗當作探究性實驗來設計。本文以2019年全國卷Ⅰ第29題為例，淺談驗證性實驗與探究性實驗的解答誤區。

1.驗證性實驗題實例分析

【示例】（2019年，全國卷Ⅰ，第29題）（12分）將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，葉片中的脫落酸（ABA）含量增高，葉片氣孔開度減小。回答下列問題。

（1）經干旱處理后，該植物根細胞的吸水能力_________________。

（2）與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的光合速率會______________________，出現這種變化的主要原因是_______________________。

（3）有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。

【答案】（1）增強（2分） （2）降低（2分）氣孔開度減小使供應給光合作用所需的CO2減少（2分） （3）取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經干旱處理后，再測定氣孔開度。預期結果是干旱處理前后氣孔開度不變（3分）；將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進行ABA處理，另一組作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。預期結果是ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變（3分）。

【試題評析】該題以“將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理”為背景，將滲透作用和光合作用有機結合起來，考查考生對滲透作用原理、影響光合作用速率因素的掌握情況，要求考生通過設計實驗驗證“干旱條件下，氣孔開度不是由缺水直接引起的，而是由脫落酸（ABA）引起的”。該題考查的內容是細胞代謝，是《普通高中生物學課程標準（2017年版）》和《考試大綱》都要求考生掌握的主干知識。考生解答該題時，必須具備較強的實驗設計能力和語言表達能力，這充分體現了對學科核心素養的科學思維和科學探究的考查。

2.湖南考生在該題的考試情況

考生看到該題后，很快就能書寫出第（1）小題的答案，對第（2）小題第1空的答案也能正確書寫，但書寫第2空時，就遇到阻力了，尤其是到了第（3）小題時，很多考生開始無從下手，以至于筆者抽查的500份試卷中，有79份試卷是空白的。

2.1 得分情況

2019年湖南省理科考生約有21萬人，在該題的平均得分情況如表1：

表1

2.2 主要失分原因

2.2.1 不能有效利用題干信息

考生在解釋第（2）小題光合速率會“降低”的原因時，題干中“干旱處理……葉片氣孔開度減小”是一條非常重要的信息，因為光合作用需要的原料CO2必須經氣孔進入葉肉細胞間隙才能被葉肉細胞利用，氣孔開度一旦減小，空氣中的CO2將減少進入或不能進入到細胞中，自然導致光合速率降低。

2.2.2 不能準確抓住實驗變量

實驗設計要求驗證“干旱條件下，氣孔開度不是由缺水直接引起的，而是由脫落酸（ABA）引起的”，設計實驗時，應該準確抓住兩個自變量，即是否缺水和是否有脫落酸（ABA）。部分考生的實驗設計不完整，大多數考生只驗證了不是由缺水直接引起的，或者只驗證了是由脫落酸（ABA）引起的。

2.2.3 錯把驗證性實驗當作探究性實驗來設計

很多考生審題時不仔細，沒有看清題干中的“設計實驗來驗證這一結論”，錯把驗證性實驗設計成了探究性實驗。如某考生的實驗設計書寫為實驗思路：取30株ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度后，均分成甲、乙、丙3組，甲組在正常條件下繼續培養，乙組和丙組培養過程中經干旱處理，與此同時，對丙組進行ABA處理。處理適宜時間（如4 h）后，再次測定氣孔開度。預期結果及結論（如表2）：

表2

該考生思路非常清晰，實驗設計合情合理，但他畫蛇添足，多了結果討論及結論這一環節，將驗證性實驗設計成了探究性實驗。湖南省的考生中，這類考生還有很多，之所以出現這類失誤，是由于這類考生沒有將驗證性實驗與探究性實驗區分開來。因此，教師在平時的教學中，尤其是在高三生物一輪復習過程中，需適時加強對考生實驗探究能力的培養。

3.“三駕馭”培養學生實驗能力

學生實驗能力的強弱，一方面需要學生自身的刻苦學習、準確領悟，另一方面也需要教師的精心設計、有意培養。

3.1 駕馭教材，滲透實驗

高三教師在生物一輪復習時，要做到通讀教材，精心備課，有意識地發掘教材中能夠培養學生實驗能力的知識點，在這些知識點上恰當地滲透一些實驗實例，以達到培養學生實驗能力的目的。這樣的知識點，在教材中比較多，如人教版教材必修1第3章第3節，“細胞核”中的“資料分析”；人教版教材必修2第3章第1節，“DNA是主要的遺傳物質”中的“實驗拓展”；人教版教材必修3第3章第1節，“植物生長素”中的“發現過程”等，只有教師處處留心，才可以大量發掘出教材中滲透實驗的知識點，培養學生的實驗能力。

3.2 駕馭課堂，潤物無聲

在一輪復習的課堂上，教師要帶領學生精讀教材內容，對教材中能夠滲透實驗的知識點，要提醒學生特別注意，甚至留足時間，讓學生運用該知識進行思維拓展，開展實驗設計，“潤物細無聲”地培養學生的實驗能力。例如，在復習“細胞核——系統的控制中心”一節內容時，課堂上教師帶著學生讀到“資料分析”中的資料1黑白美西螈的核移植實驗時，可以開展如下的實驗拓展：

科學家用黑白兩種美西螈（一種兩棲動物）做實驗，實驗過程如圖所示。回答下列問題。

（1）由該實驗結果可得出的初步結論是美西螈的膚色是由_________________控制的。

（2）該結論受到了某些人的質疑，原因是該實驗缺少對照實驗。為使實驗結論更加準確，可以運用反證法進行證明。其反證過程是_____________________________________。該反證實驗與前實驗形成了__________（填“空白”“自身”“相互”或“條件”）對照。

（3）在該對照實驗中自變量是____________________，無關變量是_______________________（至少寫出2項）。

【答案】（1）細胞核 （2）黑色美西螈的去核卵細胞與白色美西螈的細胞核結合 相互 （3）不同美西螈的去核卵細胞與細胞核 水質、溫度、陽光等

3.3 駕馭實驗，區分類型

一輪復習中，教師在運用教材、課堂滲透實驗，培養學生的實驗能力的同時，還需要指導他們區分實驗的類型。生物實驗可分為兩大類，即驗證性實驗和探究性實驗，二者的區分，有下列標準，供教師參考（如表3）。

表3

學生只有掌握了表3中的參考標準，才能準確區分驗證性實驗和探究性實驗，在設計實驗時，才能按照試題要求，有的放矢，準確無誤。