基于“科學思維”的高考生物實驗探究題解題策略

（四川省成都市郫都區嘉祥外國語學校 四川成都 611730）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中指出學科核心素養是學科育人價值的集中體現，生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。其中“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。伴隨著改革的深入，高考對生物學科的考查更側重學科的核心素養，凸顯生物學本質。高考生物試題幾乎都存在一定的情境嵌入，旨在讓學生利用所學知識解釋情境中的現象和涉及的問題，注重邏輯和證據，強調科學思維能力的考查。

分析近幾年全國卷的生物高考試題，在“一體四層四翼”高考評價體系的基礎上，非常重視對生物學實驗的考查，高考中的實驗探究題在命制上也出現了明顯的轉變，內容從簡單的識記辨析延伸至對實驗的分析、設計及評價等方面，能力從基礎實驗和基本技能的考查拓展到對上位能力和學科素養的考查，這也對學生的科學思維能力有了更高的要求。下面針對實驗探究類題目總結了相關的答題思路和策略，意在幫助學生在“科學思維”能力的培養上進行針對性訓練。

1 依據題干信息，明確實驗目的

實驗目的是實驗內容的重要組成部分，是實驗活動的目標和指南，也是解決實驗問題的核心。學生在做實驗探究題時首先要從題干信息中明確實驗目的，才能從中分析出該實驗的五大要素：（1）實驗類型，從實驗目的的第一個動詞可確定該實驗屬于哪一類型；（2）實驗材料，這也關系到實驗方法和試劑的選擇；（3）自變量，從實驗目的中可知自變量的數目、類型（大小、含量、順序等），但需注意自變量和設置操作的區別；（4）因變量，需注意因變量和檢測指標的區別；（5）實驗結果和結論，實驗結論需緊扣實驗目的，從實驗類型中可知實驗結果和結論的數目，若為驗證類實驗結果和結論唯一，若為探究類實驗則不唯一。

高考試題中多為驗證類或探究類實驗，這兩類實驗更能考查學生的科學思維。部分試題會直接給出實驗目的，也有些題目則考查實驗目的（或實驗課題）的書寫。通過以上對實驗目的要素分析，實驗目的的書寫模式可總結為：實驗類型+自變量+實驗對象+因變量+“……的影響（作用）”

【例1】（2013·浙江卷節選）某同學為研究甲狀腺的功能，提出以下實驗思路：①將若干只未成年小鼠分為2組，甲組不切除甲狀腺（假手術），乙組切除甲狀腺。②實驗開始時和實驗中每隔一段時間，分別測定每只小鼠的耗氧量和體長，并記錄。③對測得的數據進行統計分析（要求與說明：假手術指手術但不切除甲狀腺；耗氧量用單位時間的氧氣消耗量表示；實驗持續時間合適；實驗條件均適宜）。

請回答：實驗目的是______________________________________________________________________。

解析：第一步確定該實驗類型為探究實驗；第二步確定實驗材料為小鼠；第三步準確找到實驗的自變量，但需注意該題中“是否切除甲狀腺”應為設置操作，而真正的自變量是“有無甲狀腺激素”；第四步確定因變量，需注意的是題目中給出的“測定耗氧量和體長”應為因變量的檢測指標，而準確的因變量則是檢測指標所反映出來的“新陳代謝和生長發育”。分析完要素后就可以利用總結的模式寫出實驗目的：探究甲狀腺激素對小鼠新陳代謝和生長發育的影響。

2 結合所學知識，確定實驗原理

實驗原理是實驗設計的依據和思路，也是設計實驗的基礎。在研究實驗時，只有明確實驗原理，才能真正掌握實驗關鍵點、操作要點，進而進行實驗的設計。該題型一般會給出實驗目的、步驟和現象，要求學生能分析出實驗原理，以考查學生的邏輯推理和知識應用能力。實驗原理的書寫應涉及兩大要素：（1）生物學知識；（2）自變量與檢測指標，以及檢測指標與因變量的關系。

【例2】（2018·全國I卷節選）將馬鈴薯去皮切塊，加水煮沸一定時間，過濾得到馬鈴薯浸出液。在馬鈴薯浸出液中加入一定量蔗糖和瓊脂，用水定容后滅菌，得到M培養基。回答下列問題：

若在M培養基中用淀粉取代蔗糖，接種土壤濾液并培養，平板上長出菌落后可通過加入顯色劑篩選出能產生淀粉酶的微生物，加入的顯色劑是________。該方法能篩選出產生淀粉酶微生物的原理是___________________________________________________。

解析：若在該培養基中用淀粉取代蔗糖，接種土壤濾液并培養，平板上長出的菌落能夠產生淀粉酶將淀粉作為碳源進行生長。產生淀粉酶的菌落可將周圍的淀粉分解，而遠離菌落的淀粉不會分解，因此第一空應該是能夠檢驗淀粉的顯色劑——碘液。第二空便是考查對實驗原理的理解，按照上述的思考要素分析：（1）生物學原理是淀粉與碘液顯藍色，淀粉水解產物與碘液不顯色；（2）自變量是不同菌落，檢測指標是淀粉水解后是否形成透明圈，因變量是能否產生淀粉酶。分析后，利用關聯詞就能書寫出規范的實驗原理：因為淀粉與碘液顯藍色，淀粉水解產物不與碘液顯色，所以產生淀粉酶的菌落周圍淀粉被水解而形成透明圈。

3 把握實驗要素，擬定實驗思路

實驗思路是對學生科學思維能力的具體呈現形式，也是對理解分析能力、信息收集與處理能力、語言表達能力等方面的綜合考查。在近幾年高考中，考查實驗思路的試題這也是常考題型。對于這種題型，首先要明確實驗目的，然后根據題干信息確定實驗方法和實驗材料。最后一步也是最重要的一步，就是找準實驗的自變量、因變量和無關變量。實驗思路與實驗步驟不同，無需寫出具體操作方法。實驗思路的書寫通常包含以下三步驟：（1）取材、分組編號；（2）設置對照；（3）培養和觀察。

【例3】（2019·全國I卷）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。

解析：首先對該題進行分析：（1）實驗目的：驗證干旱條件下氣孔開度減小不是缺水引起的，而是于ABA引起的。（2）實驗材料：不能合成ABA的突變體植物。（3）實驗方法：無特殊要求即正常種植、處理（4）變量處理：①自變量：正常/干旱；有ABA/無ABA（從實驗目的可知該實驗有兩個自變量，這也是該實驗設計最關鍵的地方）。②因變量：氣孔開度。③無關變量：植株的生長狀況、種植的溫度、時間等。根據以上分析，利用上述總結的書寫步驟就可以完整寫出該實驗思路：取長勢一致的ABA缺失突變體若干，隨機平均分為A組和B組（選材、分組編號）。A組正常處理、B組干旱處理，再將B組中的缺失突變體隨機均分為C、D兩組，C組不做處理，D組進行ABA處理（設置對照）。以上四組在相同的條件下培養并測定氣孔開度（培養觀察）。

4 觀察分析結果，得出實驗結論

實驗結果是根據實驗數據或實驗現象對客觀事實的具體描述，即對因變量檢測結果的描述。實驗結論是根據實驗結果進行歸納和推理而獲得的定性表述，可能是對實驗結果的解釋，或是對實驗結果的進一步推測和升華，且實驗結論要與實驗目的相對應。實驗結果與結論的書寫需注意以下幾點：（1）注意該實驗的類型，驗證性實驗只需一種結論，而探究性實驗要考慮不同結果下的多種結論。（2）明確自變量和檢測指標，并將實驗組和對照組現象進行對比，從而得出結果。（3）注意術語的使用，如基本相同/無顯著差異，顯著高于/低于等。

【例4】（2017·北京卷節選）瘧原蟲是一種單細胞動物。它能使人患瘧疾，引起周期性高熱。寒顫和出汗退熱等臨床癥狀，嚴重時致人死亡。臨床應用青蒿素治療瘧疾取得了巨大成功，但其抗瘧機制尚未完全明了。我國科學家進行了如下實驗。

組別__1__2__3____4___實驗材料瘧原蟲的_線粒體倉鼠細胞_的線粒體_____實驗處理不加入青蒿素加入青蒿素______________不加入青蒿素_____________加入青蒿素______________實驗結果（線粒體膜電位的相對值）100 60____________100___________97____________

① 1、2組結果表明____________；由3、4組結果可知青蒿素對倉鼠細胞線粒體膜電位無明顯影響。據此可以得出的結論是________________________。

解析：該題第一空就是對實驗結果的描述，實驗1和實驗2的自變量是有無青蒿素，檢測指標是線粒體膜電位的相對值。通過1、2組對比可得出結論是：青蒿素能顯著降低瘧原蟲線粒體膜電位。第二空是對實驗結論的分析，由于1、2組和3、4組區別在于實驗材料的不同，青蒿素能降低瘧原蟲線粒體膜電位而對倉鼠無明顯作用。通過進一步推測可知，該實驗結論是：青蒿素對降低線粒體膜電位具有專一性（或青蒿素對線粒體膜電位的影響具有物種間的差異）。

5 實驗探究題備考啟示

教材是知識與能力的載體，在高考生物試題中出現的很多材料信息均是來自教材實驗，或是對教材中的材料信息進行加工，用來創設高考實驗題的情境。因此，在實驗教學時，教師必須注重教科書中的基礎實驗，同時充分挖掘課本內容中的實驗素材，熟悉并掌握考綱所列實驗的原理和步驟，領會并運用經典科學史實驗的方法和技能。在日常的練習中，教師可將教材中的內容、最新科研成果、社會實際問題改編成實驗探究題進行考查，還可以對科學家的經典實驗進行再發現、再認識。這樣學生科學思維能力的提升才會水到渠成。

在備考練習中，教師還應要求學生書寫快速、表述清晰、用詞專業，每一道實驗題都要做好分析和總結。完成好實驗探究題既需要扎實的基礎知識，還需要科學思維和語言組織能力，部分題目還要需要標準化模型，因此掌握實驗題解題策略是很必要的，這樣才能達到最佳的解題效果。