福建省生物中考實(shí)驗(yàn)探究部分試題答題及教學(xué)策略探析

摘 要：文章對2017年至2020年四年福建省生物中考實(shí)驗(yàn)探究部分試題進(jìn)行分析，從考點(diǎn)、答題誤區(qū)、解題方法、教學(xué)策略四方面進(jìn)行討論，為升學(xué)考試提供一定的方法指導(dǎo)，也為今后教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究試題;答題誤區(qū);解題方法;教學(xué)策略

生物學(xué)作為一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，科學(xué)探究是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)生命現(xiàn)象和生命規(guī)律所進(jìn)行的重要途徑、方法、過程。科學(xué)探究是重要的生物科學(xué)核心素養(yǎng)，學(xué)生在理解科學(xué)探究的過程和方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)踐，獲得科學(xué)探究的能力。同時(shí)，學(xué)生在探究過程中，養(yǎng)成合作學(xué)習(xí)的習(xí)慣，形成正確的科學(xué)觀，并在探究過程中進(jìn)一步落實(shí)科學(xué)思維的訓(xùn)練，也逐步形成探索自然科學(xué)的興趣和創(chuàng)新精神。科學(xué)探究過程一般包括：提出問題、做出假設(shè)、制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、得出結(jié)論、交流和表達(dá)，這也是發(fā)展科學(xué)探究能力的要求。

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）在發(fā)展科學(xué)探究能力部分對科學(xué)探究6個(gè)環(huán)節(jié)作出一定要求，初中生物學(xué)的科學(xué)探究活動(dòng)中，學(xué)生要掌握通過實(shí)驗(yàn)方法獲得事實(shí)、證據(jù)和可靠的數(shù)據(jù)，并分析判斷證據(jù)、數(shù)據(jù)，由科學(xué)思維方法推斷出科學(xué)的結(jié)論。課程標(biāo)準(zhǔn)是教材編寫和考試命題的依據(jù)，所以，教材大部分科學(xué)探究活動(dòng)都是以實(shí)驗(yàn)為主。“制定計(jì)劃”和“實(shí)施計(jì)劃”是中考對科學(xué)探究能力考查的兩個(gè)主要內(nèi)容。“制定計(jì)劃”的能力要求中，選擇材料用具、選出控制變量和設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)，在中考考試內(nèi)容的目標(biāo)層次要求為Ⅱ目標(biāo)層次，即能理解考查的知識(shí)與其他相關(guān)知識(shí)之間的聯(lián)系和區(qū)別，并且能綜合運(yùn)用其進(jìn)行分析、判斷、推理和評價(jià)。“實(shí)施計(jì)劃”在中考中則要求學(xué)生能設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲得可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和評價(jià)。以上是課程標(biāo)準(zhǔn)對科學(xué)探究的教學(xué)部分要求。

以下是歷年的福建省中考中，所考查科學(xué)探究過程計(jì)劃制定和實(shí)施環(huán)節(jié)所對應(yīng)的對照實(shí)驗(yàn)的部分內(nèi)容：

一、 找出實(shí)驗(yàn)變量的答題誤區(qū)

從中考的試題中可看出，考查內(nèi)容包括對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)置及實(shí)驗(yàn)原則。在實(shí)驗(yàn)探究中，實(shí)驗(yàn)變量貫穿于科學(xué)探究的過程。人教版七年級(jí)上冊生物學(xué)中提到的“實(shí)驗(yàn)變量”指的是在對照實(shí)驗(yàn)中，研究一種條件對研究對象的影響時(shí)，每一組實(shí)驗(yàn)只有這一條件不同，其他條件均相同，而這一條件為實(shí)驗(yàn)變量。在探究“二氧化碳是光合作用必須的原料嗎？”人教版高中《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》提出“實(shí)驗(yàn)過程中的變化因素為變量”“人為控制的對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行處理的因素為自變量”。初中生物學(xué)及下文提及的實(shí)驗(yàn)變量即為高中生物學(xué)的“自變量”。實(shí)驗(yàn)探究試題常設(shè)置“實(shí)驗(yàn)變量”的判斷及填寫，2017年至2020年，四年中考共出現(xiàn)2次，屬于簡單題，但學(xué)生往往不明白“變量的設(shè)置”和“變量”這兩者的關(guān)系，比如在2020年福建省生物中考卷“實(shí)驗(yàn)二設(shè)置的實(shí)驗(yàn)變量是_______________”，不少答案是“物質(zhì)A的有無”，筆者認(rèn)為“物質(zhì)A”“物質(zhì)A的濃度”這兩個(gè)答案相對于前者合適。實(shí)驗(yàn)變量一般是指某個(gè)條件或者因素，比如光照強(qiáng)度、食醋濃度、光照方式等等。某個(gè)條件或因素“有無”或“不同的物質(zhì)濃度”是這個(gè)實(shí)驗(yàn)變量的設(shè)置、處理，顯然兩者意義不同。同時(shí)，也有一部分同學(xué)會(huì)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤認(rèn)為“實(shí)驗(yàn)變量”，如何避開誤區(qū)見以下解題方法。

二、 找出實(shí)驗(yàn)變量的解題方法

在初中實(shí)驗(yàn)探究試題中，一般可通過題干找出對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)變量。題干常出現(xiàn)“研究/探究/了解某條件或因素的變化對實(shí)驗(yàn)對象的影響”這一描述探究目的的內(nèi)容，從中可判斷出實(shí)驗(yàn)變量。如2017年中考34題“某科研小組將渦蟲作為實(shí)驗(yàn)對象，研究煙焦油濃度的變化對其移動(dòng)速度的影響”，“研究”所銜接的條件或因素即本實(shí)驗(yàn)的變量。2019年中考34題：為找到治理鉻污染的有效方法，科研人員選用若干組斑馬魚，在濃度為79.30mg/L的鉻污染水體中投加不同量的生物硫鐵，統(tǒng)計(jì)96小時(shí)后斑馬魚的存活率，結(jié)果如下圖：

題干沒有“研究/探究/了解……對……的影響”直接的提示內(nèi)容，但題干提到“不同量的生物硫鐵”“斑馬魚在鉻污染水體中的存活率”。顯然，生物硫鐵的量是人為控制、對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行處理的因素，結(jié)合下圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果柱狀圖的橫軸，得知“生物硫鐵投加比”為實(shí)驗(yàn)變量。可見，從圖表的橫縱軸獲取實(shí)驗(yàn)變量也是方法之一。另外，根據(jù)單一變量原則，從對照實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、步驟中找出唯一不同的條件即實(shí)驗(yàn)變量，而不是將結(jié)果誤當(dāng)自變量，這也是避開將“因變量”誤當(dāng)“自變量”誤區(qū)的便捷方法。

（一）“對照實(shí)驗(yàn)”的答題誤區(qū)

義務(wù)教育《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》所附案例“西瓜蟲有耳朵嗎？”屬于對比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中涉及實(shí)驗(yàn)變量是對西瓜蟲的刺激方式。對比實(shí)驗(yàn)一般指實(shí)驗(yàn)變量對實(shí)驗(yàn)對象的影響是未知的，所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)即為對比實(shí)驗(yàn)，每一組既是實(shí)驗(yàn)組，也是其他組的對照組，也稱相互對照實(shí)驗(yàn)。如探究酵母菌的細(xì)胞呼吸方式;2017年中考題34題A組和B組設(shè)置為“將甲組渦蟲隨機(jī)分成A、B兩組，每組10只，分別置于濃度0.03mg·mL-1、0.01mg·mL-1的煙焦油溶液中”，兩個(gè)設(shè)置是一組對比實(shí)驗(yàn)。若要確定某個(gè)因素對實(shí)驗(yàn)對象的影響，常以一組未施加該因素且已知實(shí)驗(yàn)結(jié)果的操作為對照組，該因素經(jīng)控制處理的一組為實(shí)驗(yàn)組，這樣的實(shí)驗(yàn)即為對照實(shí)驗(yàn)。如已知許多作物在春天播種而非冬天，我們已知較高的溫度適合種子萌發(fā)，提示我們低溫可能抑制種子萌發(fā)。此時(shí)，以溫度為變量而進(jìn)行的對照實(shí)驗(yàn)便是對照實(shí)驗(yàn)。2018年以不同濃度的食醋處理泡菜，有一個(gè)是食醋濃度為0的實(shí)驗(yàn)為一空白對照，與其他實(shí)驗(yàn)組形成對照。在初中科學(xué)學(xué)科教學(xué)中，生物學(xué)首次提到“對照實(shí)驗(yàn)”。所以，受首因效應(yīng)的影響，學(xué)生容易將“對照實(shí)驗(yàn)”誤認(rèn)為“對比實(shí)驗(yàn)”。

（二）“對照實(shí)驗(yàn)”答題方法

2017年中考題便是對“對照實(shí)驗(yàn)”的考查，由于這兩個(gè)組缺少空白對照或條件對照，煙焦油濃度對已形成依賴的實(shí)驗(yàn)對象的影響是未知的，兩組形成相互對照，即對比實(shí)驗(yàn)，回答“對照”或“對比”均可。2018年34題“（2）設(shè)置食醋濃度為0的組，目的是_______________”，對實(shí)驗(yàn)對象不進(jìn)行處理，是空白對照組，填“對照”。從定義上可知，無論是對比實(shí)驗(yàn)還是對照實(shí)驗(yàn)，每個(gè)組的設(shè)置都為與其他組或者對照組形成對照，排除無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)的影響，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度提高，并獲知“變量”對實(shí)驗(yàn)對象的影響。因而，在問變量處于自然狀態(tài)、未處理的組或?qū)ψ兞窟M(jìn)行控制處理的組在實(shí)驗(yàn)中起到何作用時(shí)，一般都可認(rèn)為起“對照作用”。實(shí)際上，對照實(shí)驗(yàn)和對比實(shí)驗(yàn)區(qū)分并不是考查的重點(diǎn)，主要考查學(xué)生是否能判斷對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)置。

（三）“重復(fù)實(shí)驗(yàn)”相關(guān)問題的答題誤區(qū)

通過改變實(shí)驗(yàn)變量得到的對實(shí)驗(yàn)對象的影響——實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可能由于實(shí)驗(yàn)對象的個(gè)體差異或具體操作中的失誤而受到影響，這就需要通過重復(fù)實(shí)驗(yàn)的方法來證明實(shí)驗(yàn)結(jié)果，相同實(shí)驗(yàn)條件下每組增加實(shí)驗(yàn)樣本是一種重復(fù)即平行重復(fù)，以避免偶然性;增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)也是重復(fù)。重復(fù)性實(shí)驗(yàn)的意義是為盡可能的消除非處理因素所造成的誤差，以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度。2017年34題（2）測定每組渦蟲的移動(dòng)速度后，取平均值的目的是_______________，考查多次測量取平均值的意義——減少誤差。一部分考生答避免偶然因素，將平行重復(fù)的意義和重復(fù)實(shí)驗(yàn)取平均值的意義混淆。

三、 教學(xué)策略

實(shí)驗(yàn)變量貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程，探究問題、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施、實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出都是為獲知探究的某個(gè)條件或因素對實(shí)驗(yàn)對象的影響，因而學(xué)會(huì)確定實(shí)驗(yàn)變量的意義重大。分析以上四年中考題，對變量的判斷及表述是基本能力，實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)活動(dòng)中，教師應(yīng)通過問題、練習(xí)鞏固學(xué)生這方面的能力。在實(shí)驗(yàn)之后再次強(qiáng)調(diào)“變量”的概念，促進(jìn)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)變量的正確描述。同時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生相互評價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施是否符合科學(xué)性原則、可行性原則、對照性原則、重復(fù)性原則、單一變量原則等原則。實(shí)驗(yàn)前后可通過教材探究活動(dòng)安排的“討論”部分，加強(qiáng)對學(xué)生的科學(xué)思維訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)置單一變量的意義，借此培養(yǎng)科學(xué)思維，幫助學(xué)生更好地理解對照實(shí)驗(yàn)、重復(fù)實(shí)驗(yàn)增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度的重要意義。

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作者簡介：謝金珠，福建省漳州市，漳州一中分校。