高考生物學(xué)實(shí)驗(yàn)題科學(xué)探究素養(yǎng)水平分析

申定健

(四川省綿竹市南軒中學(xué) 綿竹 618200)

為了準(zhǔn)確刻畫學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量和學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(新課標(biāo))將素養(yǎng)劃分為四個(gè)等級(jí)水平，并以此作為考試命題的重要依據(jù)。生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)更是學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)和發(fā)展的主要載體，高考更加注重以實(shí)驗(yàn)題形式考查科學(xué)思維、科學(xué)探究素養(yǎng)水平，這一考查趨勢(shì)在近幾年的全國(guó)卷生物學(xué)試題中得到了印證。鑒于此，筆者嘗試運(yùn)用科學(xué)探究素養(yǎng)水平考查分析高考實(shí)驗(yàn)試題，以求把握未來高考命題特點(diǎn)和趨勢(shì)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和備考提供參考。

1 科學(xué)探究素養(yǎng)分析

1.1 科學(xué)探究素養(yǎng)定義 新課標(biāo)將“科學(xué)探究”素養(yǎng)定義為學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對(duì)結(jié)果的交流與討論的能力[1]?？茖W(xué)探究素養(yǎng)要求學(xué)生應(yīng)在探究過程中，逐步增強(qiáng)對(duì)自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，提高實(shí)踐能力；在探究中，樂于并善于團(tuán)隊(duì)合作，勇于創(chuàng)新。

1.2 科學(xué)探究素養(yǎng)水平劃分和細(xì)化 以新課標(biāo)關(guān)于科學(xué)探究素養(yǎng)水平劃分為依據(jù)，結(jié)合科學(xué)探究素養(yǎng)組成的五項(xiàng)能力，將每項(xiàng)能力細(xì)分出四個(gè)等級(jí)(表1)。水平差異主要表現(xiàn)為學(xué)生在不同復(fù)雜程度的情境中運(yùn)用探究方法解決問題的程度，素養(yǎng)水平依級(jí)遞進(jìn)。一、二級(jí)水平解決問題的情境相對(duì)簡(jiǎn)單和解決問題的程度相對(duì)較低，作為生物學(xué)學(xué)科學(xué)業(yè)水平合格考試的考查要求和命題依據(jù)；三、四級(jí)水平解決問題的情境相對(duì)復(fù)雜和解決問題的程度要求較高，作為本學(xué)科學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試的考查要求和命題依據(jù)。

2 基于科學(xué)探究素養(yǎng)水平的高考實(shí)驗(yàn)試題分析

2.1 觀察能力考查實(shí)例(2017年高考全國(guó)I卷第2題) 下列關(guān)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)與成分的敘述，錯(cuò)誤的是(B)

A. 細(xì)胞膜的完整性可用臺(tái)盼藍(lán)染色法進(jìn)行檢測(cè)

B. 檢測(cè)氨基酸的含量可用雙縮脲試劑進(jìn)行顯色

C. 若要觀察處于細(xì)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(xué)探究素養(yǎng)中的觀察能力，依據(jù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)和細(xì)胞成分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和化學(xué)性質(zhì)，采用不同的染色方法進(jìn)行觀察和鑒定，歸屬于“能夠正確使用工具進(jìn)行觀察”，考查素養(yǎng)二級(jí)水平。

表1 科學(xué)探究五種能力素養(yǎng)水平劃分表

2.2 提出問題能力考查實(shí)例(2017年高考全國(guó)I卷第4題) 某同學(xué)將一定量的某種動(dòng)物的提取液(A)注射到實(shí)驗(yàn)小鼠體內(nèi)，注射后若干天，未見小鼠出現(xiàn)明顯的異常表現(xiàn)。將小鼠分成兩組，一組注射少量的A，小鼠很快發(fā)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(xiàn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)小鼠在第二次注射A后的表現(xiàn)，下列解釋合理的是(C)

A. 提取液中含有胰島素，導(dǎo)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(dòng)減弱

C. 提取液中含有過敏原，引起小鼠發(fā)生了過敏反應(yīng)

D. 提取液中含有呼吸抑制劑，可快速作用于小鼠呼吸系統(tǒng)

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

2.3 制訂并實(shí)施方案能力考查實(shí)例(2017年高考全國(guó)I卷第29題) 根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型，有些病毒對(duì)人類健康會(huì)造成很大危害，通常一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請(qǐng)利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類型： 簡(jiǎn)要寫出： (1)實(shí)驗(yàn)思路；(2)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論即可。(要求： 實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組)

參考答案(1)實(shí)驗(yàn)思路 甲組： 將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記尿嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并監(jiān)測(cè)其放射性。乙組： 將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并監(jiān)測(cè)其放射性。(2)結(jié)果及結(jié)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(xué)探究素養(yǎng)中的制訂并實(shí)施方案能力，題中給定條件為“宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料”，屬于典型的“基于給定的條件，設(shè)計(jì)并實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)方案”，考查素養(yǎng)三級(jí)水平。

2.4 獲取證據(jù)或數(shù)據(jù)能力考查實(shí)例(2017年高考全國(guó)III卷第5題) 某陸生植物種群的個(gè)體數(shù)量減少，若用樣方法調(diào)查其密度，下列做法合理的是(B)

A. 將樣方內(nèi)的個(gè)體進(jìn)行標(biāo)記后再計(jì)數(shù)

B. 進(jìn)行隨機(jī)取樣，適當(dāng)擴(kuò)大樣方的面積

C. 采用等距取樣法，適當(dāng)減少樣方數(shù)量

D. 采用五點(diǎn)取樣法，適當(dāng)縮小樣方的面積

分析： 本題考查科學(xué)探究素養(yǎng)中的獲取證據(jù)或數(shù)據(jù)能力，學(xué)生基于“某陸生植物種群的個(gè)體數(shù)量減少”情境，選用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄈ鐚?shí)記錄和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考查素養(yǎng)二級(jí)水平。

3 基于科學(xué)探究素養(yǎng)水平分析的高考實(shí)驗(yàn)命題特點(diǎn)

3.1 考查形式多樣且有所側(cè)重 目前，高考試題考查科學(xué)探究的五種能力素養(yǎng)有選擇題和非選擇題兩種形式。“觀察能力”側(cè)重以選擇題形式考查，類似的考查還有2016年全國(guó)III卷第2題、2014年全國(guó)I卷第4題和2016年江蘇卷第19題；對(duì)于考查“提出問題能力”非常典型的2017年全國(guó)I卷第4題，高考以選擇題的形式考查對(duì)給定的實(shí)驗(yàn)情境提出問題進(jìn)行演繹推理的“試題較少出現(xiàn)”，而且這類“新穎”試題是“高考生物試題希望達(dá)到的一個(gè)境界”，可代表未來高考命題的一種趨勢(shì)；“制訂并實(shí)施方案能力”側(cè)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(xué)探究素養(yǎng)考查的重要體現(xiàn)，類似的考查還有2017年全國(guó)III卷第32題和2016年全國(guó)I卷第32題；“獲取證據(jù)或數(shù)據(jù)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(guó)II卷第5題和2014年全國(guó)II卷第31題；“表達(dá)交流能力”在目前高考試題沒有具體考查體現(xiàn)，也是命題的難點(diǎn)。

3.2 考查能力界于二、三級(jí)水平之間 從上述考查實(shí)例分析可以看出，現(xiàn)有高考考查科學(xué)探究素養(yǎng)水平界于各項(xiàng)能力的二、三級(jí)水平之間。目前高考錄取率已達(dá)70%，升學(xué)已成為高中畢業(yè)生主要途徑，二、三級(jí)水平的素養(yǎng)考查，符合當(dāng)前高考選拔功能的要求。從一份高考試卷整體來看，科學(xué)探究素養(yǎng)的五項(xiàng)能力都可以按照不同水平進(jìn)行分類考查，不同素養(yǎng)水平在試卷均有較好的體現(xiàn)，有利于不同水平學(xué)生對(duì)不同等級(jí)素養(yǎng)發(fā)揮。應(yīng)當(dāng)注意的是，高考考查“制訂并實(shí)施方案的能力”均是三級(jí)水平，能力水平要求較高，可以較好區(qū)分不同水平的學(xué)生。高考實(shí)驗(yàn)題尤其是遺傳部分的實(shí)驗(yàn)題更加傾向于采用“給定條件設(shè)計(jì)并實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)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(xué)應(yīng)注重科學(xué)探究素養(yǎng)的分類達(dá)成 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值追求，也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)?？茖W(xué)探究素養(yǎng)所涵蓋的能力，需要通過每節(jié)實(shí)驗(yàn)課或?qū)嶒?yàn)活動(dòng)來逐步培養(yǎng)形成。教師在制訂實(shí)驗(yàn)的教學(xué)計(jì)劃時(shí)，應(yīng)全面考慮科學(xué)探究素養(yǎng)的有效完成和落實(shí)，對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在落實(shí)科學(xué)探究素養(yǎng)五項(xiàng)能力培養(yǎng)時(shí)應(yīng)該有所側(cè)重。

例如，教材“觀察DNA、 RNA在細(xì)胞中的分布”“用顯微鏡觀察多種多樣的細(xì)胞”等觀察類實(shí)驗(yàn)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，“調(diào)查常見的人類遺傳病”“種群密度的取樣調(diào)查”等調(diào)查類實(shí)驗(yàn)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生獲取數(shù)據(jù)能力，“探究影響酶活性的因素”“探究植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)扦插枝條生根的作用”等探究類實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生提出問題和制訂并實(shí)施方案能力。

4.2 教學(xué)應(yīng)為探究性學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境 探究式教學(xué)是教學(xué)落實(shí)科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的重要途徑，有效探究基于真實(shí)情境進(jìn)行。學(xué)生在真實(shí)的情境才能表現(xiàn)出真實(shí)的關(guān)鍵能力和必備品格，情境越真實(shí)越能反應(yīng)學(xué)生的核心素養(yǎng)水平[2]。為此，教師在實(shí)施探究式教學(xué)中，要結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，為探究性學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境。從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)歷中提出探究性的問題，從社會(huì)關(guān)注的與生物學(xué)有關(guān)的熱點(diǎn)問題切入，尤其是高三復(fù)習(xí)備考時(shí)更應(yīng)注重創(chuàng)新探究情境。

4.3 教學(xué)應(yīng)遵循素養(yǎng)水平遞進(jìn)關(guān)系進(jìn)行培養(yǎng) 要對(duì)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)水平進(jìn)行精細(xì)刻畫，從低到高依級(jí)遞進(jìn)。教學(xué)應(yīng)認(rèn)識(shí)到素養(yǎng)的低級(jí)水平是高級(jí)水平建構(gòu)基礎(chǔ)，遵循素養(yǎng)水平遞進(jìn)關(guān)系進(jìn)行循序漸進(jìn)的培養(yǎng)和提高。參照高考考查能力水平要求，將素養(yǎng)按照五項(xiàng)能力水平進(jìn)行細(xì)化，將更加有利于科學(xué)描述和評(píng)價(jià)學(xué)生素養(yǎng)水平層次，從而真正做到對(duì)每一位學(xué)生有針對(duì)性和差異性的培養(yǎng)。

4.4 教學(xué)應(yīng)注重學(xué)生表達(dá)交流能力的培養(yǎng) 探究式教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并完成多種類型的實(shí)驗(yàn)，包括： 觀察類實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)、調(diào)查類實(shí)驗(yàn)、探究類實(shí)驗(yàn)、模型制作以及模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生以小組為單位，針對(duì)具體情境提出可探究的生物學(xué)問題，自行設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用多種方法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出符合科學(xué)事實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最終形成書面的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和科技小論文，開展班級(jí)或?qū)W校作品展覽會(huì)或說明會(huì)，提高學(xué)生表達(dá)交流的能力。如此，既能滿足高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考查的語言表達(dá)能力要求，也為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和走入社會(huì)奠定基礎(chǔ)。