例談科學(xué)實(shí)證在生物學(xué)試題中的應(yīng)用

馮文琪 李高峰

(陜西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 西安 710000)

1 科學(xué)探究類試題在培養(yǎng)實(shí)證精神中的作用

科學(xué)精神是中國(guó)學(xué)生六大核心素養(yǎng)之一，在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中明確指出，應(yīng)密切關(guān)注學(xué)生的科學(xué)探究能力養(yǎng)成[1]。科學(xué)始于問題，明于證據(jù)。在科學(xué)問題提出后，需要可靠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)加以證實(shí)。“科學(xué)實(shí)證”作為科學(xué)探究的重要依憑和關(guān)鍵組成，能夠驅(qū)動(dòng)探究活動(dòng)的發(fā)展；實(shí)證精神也愈加成為當(dāng)代青年必備的科學(xué)品質(zhì)。

生物學(xué)本就是依托科學(xué)實(shí)驗(yàn)，探求生命本質(zhì)，探索自然現(xiàn)象的學(xué)科。在我國(guó)2018年生物學(xué)高考中，充分發(fā)揮高考育人的特點(diǎn)，基于生物學(xué)學(xué)科核心知識(shí)，重點(diǎn)考查和培養(yǎng)學(xué)生的探究能力及實(shí)證精神。科學(xué)探究類題目多以科學(xué)實(shí)證為依托，即基于實(shí)證的探究，其證據(jù)多為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象；題目通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)、情境創(chuàng)設(shè)、圖表示意等多種途徑，考查學(xué)生面對(duì)科學(xué)證據(jù)時(shí)所表現(xiàn)出的現(xiàn)象解釋、信息提取、甄選評(píng)價(jià)、提煉結(jié)論等科學(xué)探究能力。

2 基于證據(jù)的生物學(xué)試題特征

2.1 解釋證據(jù)——透視解析實(shí)驗(yàn)證據(jù) 解釋證據(jù)類題目最為常見，主要考查學(xué)生能否解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象的合理存在。學(xué)生在面對(duì)實(shí)驗(yàn)證據(jù)時(shí)，需厘清變量間關(guān)系，提取關(guān)鍵信息，透視科學(xué)證據(jù)變化脈絡(luò)，結(jié)合生物學(xué)知識(shí)反思溯源，給予合理解釋。

例1 (2018年全國(guó)卷Ⅰ，第31題節(jié)選)為探究不同因素對(duì)尿量的影響，某同學(xué)用麻醉后的實(shí)驗(yàn)兔進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：

a. 記錄實(shí)驗(yàn)兔的尿量(單位： 滴/min)。

b. 耳緣靜脈注射垂體提取液0.5 mL，記錄尿量。

c. 待尿量恢復(fù)后，耳緣靜脈注射20%葡萄糖溶液15 mL，記錄尿量，取尿液做尿糖定性實(shí)驗(yàn)。

(1) 該同學(xué)發(fā)現(xiàn)，與a相比，b處理后實(shí)驗(yàn)兔尿量減少，其主要原因是。

例2 (2018年北京卷，第31題節(jié)選)因N、 P元素的污染物大量流入，我國(guó)某大型水庫(kù)曾連續(xù)爆發(fā)“水華”。為防治“水華”，在控制上游污染源的同時(shí)，研究人員依據(jù)生態(tài)學(xué)原理嘗試在水庫(kù)中投放以藻類和浮游動(dòng)物為食的鰱魚和鳙魚，對(duì)該水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，取得了明顯效果。

(3) 藻類吸收利用水體中的N、 P元素，浮游動(dòng)物以藻類為食，銀魚主要以浮游動(dòng)物為食，由圖可知，將鰱、鳙魚苗以一定比例投放到該水庫(kù)后，造成銀魚生物積累量，引起該變化的原因是。

2.2 推理證據(jù)——基于證據(jù)推測(cè)結(jié)論 證據(jù)推理類題目旨在考查學(xué)生能否基于實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)。學(xué)生應(yīng)以科學(xué)問題為切入點(diǎn)，以生物學(xué)知識(shí)為導(dǎo)引，以實(shí)驗(yàn)證據(jù)為線索，進(jìn)行嚴(yán)密推理和邏輯論證，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比與分析，創(chuàng)造性地分析實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

例3 (2018年全國(guó)卷Ⅱ，第30題節(jié)選)為了研究某種樹木樹冠上下層葉片光合作用的特性，某同學(xué)選取來(lái)自樹冠不同層的A、 B兩種葉片，分別測(cè)定其凈光合速率，結(jié)果如圖所示，據(jù)圖回答問題：

(1) 從圖可知，A葉片是樹冠(填“上層”或“下層”)的葉片，判斷依據(jù)是。

2.3 應(yīng)用證據(jù)——基于證據(jù)遷移應(yīng)用 應(yīng)用證據(jù)類題目廣泛聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際，主要考查學(xué)生能否應(yīng)用科學(xué)證據(jù)解決實(shí)際問題。通過(guò)學(xué)生的主觀思考轉(zhuǎn)換證據(jù)價(jià)值，從輸入到輸出，從理論到應(yīng)用。一改傳統(tǒng)實(shí)證探究只有理論的單向軌，轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚撆c實(shí)踐并行的雙向軌，旨在培養(yǎng)學(xué)生加工處理實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并將其遷移應(yīng)用于生活實(shí)踐的能力。

例4 (2018年全國(guó)卷Ⅰ，第30題節(jié)選)甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強(qiáng)度的變化趨勢(shì)如圖所示。

(3) 甲、乙兩種植物中，更適合在林下種植的是。

2.4 鑒別證據(jù)——甄選實(shí)驗(yàn)證據(jù) 鑒別證據(jù)類題目主要考查學(xué)生對(duì)于證據(jù)信息的鑒別甄選能力。在處理紛雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，學(xué)生應(yīng)首先對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的審核，甄選出有效證據(jù)，識(shí)別超出合理誤差范圍的異常證據(jù)，并由此對(duì)探究過(guò)程進(jìn)行診斷反思。

例5 (2018年全國(guó)卷Ⅰ，第37題節(jié)選)(4)甲、乙兩位同學(xué)用稀釋涂布平板法測(cè)定某一土壤樣品中微生物的數(shù)量，在同一稀釋倍數(shù)下得到以下結(jié)果： 甲同學(xué)涂布了3個(gè)平板，統(tǒng)計(jì)的菌落數(shù)分別是110、140和149，取平均值133；乙同學(xué)涂布了3個(gè)平板，統(tǒng)計(jì)的菌落數(shù)分別是27、169和176，取平均值124。有人認(rèn)為這兩位同學(xué)的結(jié)果中，乙同學(xué)的結(jié)果可信度低，其原因是。

3 啟示與反思

3.1 邏輯論證，注重概念自主構(gòu)建 實(shí)證是科學(xué)理論的基本支撐和關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)。教師應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)實(shí)證為線索，對(duì)科學(xué)問題進(jìn)行大膽的猜測(cè)和推理，將問題和證據(jù)建立邏輯論證的關(guān)系，從而促使學(xué)生將生物學(xué)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)證據(jù)建立聯(lián)結(jié)，對(duì)科學(xué)現(xiàn)象做出新的解釋，通過(guò)實(shí)證的方式主動(dòng)建構(gòu)科學(xué)概念。

3.2 思維聚焦，探究設(shè)計(jì)指向創(chuàng)新 在科學(xué)實(shí)證中，建議設(shè)置促進(jìn)科學(xué)思維達(dá)成的創(chuàng)新式探究，教師需精選適合探究的知識(shí)內(nèi)容，幫助學(xué)生通過(guò)科學(xué)論證的方式自主建構(gòu)概念、認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，從而加強(qiáng)對(duì)生物學(xué)知識(shí)的理解，便于學(xué)生習(xí)慣在探究性學(xué)習(xí)中獲得知識(shí)、提高能力。同時(shí)，也可消除學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)未知的畏難情緒。

3.3 遷移運(yùn)用，探究情境聯(lián)系生活 《勸學(xué)》有云：“君子性非異也，善假于物也?！笨茖W(xué)教育亦如此，期望學(xué)生能夠善于運(yùn)用科學(xué)實(shí)證以助力問題的解決；故此，教學(xué)中要多訓(xùn)練學(xué)生在真實(shí)情境驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行實(shí)證分析，搭建“實(shí)證”通往“實(shí)踐”的橋梁，切實(shí)將實(shí)證精神應(yīng)用于日常問題的解決中，內(nèi)化為學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)。

3.4 科學(xué)實(shí)探，夯實(shí)實(shí)踐論證能力 理論源于實(shí)踐，學(xué)生若要保持對(duì)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的敏感度，還需扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)根基。在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)打破“黑板上做實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)陋習(xí)，增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)比重。學(xué)生在探究時(shí)，親歷數(shù)據(jù)搜集、現(xiàn)象分析、信息處理、推理總結(jié)、應(yīng)用遷移等一系列實(shí)證過(guò)程，從而在實(shí)踐中思考，在反思中成長(zhǎng)，在潛移默化中形成科學(xué)實(shí)證精神。