基于“科學(xué)思維”的高考生物實(shí)驗(yàn)探究題解題策略

（四川省成都市郫都區(qū)嘉祥外國(guó)語學(xué)校 四川成都 611730）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。其中“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。伴隨著改革的深入，高考對(duì)生物學(xué)科的考查更側(cè)重學(xué)科的核心素養(yǎng)，凸顯生物學(xué)本質(zhì)。高考生物試題幾乎都存在一定的情境嵌入，旨在讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解釋情境中的現(xiàn)象和涉及的問題，注重邏輯和證據(jù)，強(qiáng)調(diào)科學(xué)思維能力的考查。

分析近幾年全國(guó)卷的生物高考試題，在“一體四層四翼”高考評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上，非常重視對(duì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查，高考中的實(shí)驗(yàn)探究題在命制上也出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)變，內(nèi)容從簡(jiǎn)單的識(shí)記辨析延伸至對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析、設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)等方面，能力從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和基本技能的考查拓展到對(duì)上位能力和學(xué)科素養(yǎng)的考查，這也對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維能力有了更高的要求。下面針對(duì)實(shí)驗(yàn)探究類題目總結(jié)了相關(guān)的答題思路和策略，意在幫助學(xué)生在“科學(xué)思維”能力的培養(yǎng)上進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練。

1 依據(jù)題干信息，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)內(nèi)容的重要組成部分，是實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的目標(biāo)和指南，也是解決實(shí)驗(yàn)問題的核心。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)探究題時(shí)首先要從題干信息中明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，才能從中分析出該?shí)驗(yàn)的五大要素：（1）實(shí)驗(yàn)類型，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡牡谝粋€(gè)動(dòng)詞可確定該實(shí)驗(yàn)屬于哪一類型；（2）實(shí)驗(yàn)材料，這也關(guān)系到實(shí)驗(yàn)方法和試劑的選擇；（3）自變量，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹锌芍宰兞康臄?shù)目、類型（大小、含量、順序等），但需注意自變量和設(shè)置操作的區(qū)別；（4）因變量，需注意因變量和檢測(cè)指標(biāo)的區(qū)別；（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，實(shí)驗(yàn)結(jié)論需緊扣實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，從?shí)驗(yàn)類型中可知實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論的數(shù)目，若為驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論唯一，若為探究類實(shí)驗(yàn)則不唯一。

高考試題中多為驗(yàn)證類或探究類實(shí)驗(yàn)，這兩類實(shí)驗(yàn)更能考查學(xué)生的科學(xué)思維。部分試題會(huì)直接給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，也有些題目則考查實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ɑ驅(qū)嶒?yàn)課題）的書寫。通過以上對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊胤治?，?shí)驗(yàn)?zāi)康牡臅鴮懩Ｊ娇煽偨Y(jié)為：實(shí)驗(yàn)類型+自變量+實(shí)驗(yàn)對(duì)象+因變量+“……的影響（作用）”

【例1】（2013·浙江卷節(jié)選）某同學(xué)為研究甲狀腺的功能，提出以下實(shí)驗(yàn)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(shù)），乙組切除甲狀腺。②實(shí)驗(yàn)開始時(shí)和實(shí)驗(yàn)中每隔一段時(shí)間，分別測(cè)定每只小鼠的耗氧量和體長(zhǎng)，并記錄。③對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（要求與說明：假手術(shù)指手術(shù)但不切除甲狀腺；耗氧量用單位時(shí)間的氧氣消耗量表示；實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間合適；實(shí)驗(yàn)條件均適宜）。

請(qǐng)回答：實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖莀_____________________________________________________________________。

解析：第一步確定該實(shí)驗(yàn)類型為探究實(shí)驗(yàn)；第二步確定實(shí)驗(yàn)材料為小鼠；第三步準(zhǔn)確找到實(shí)驗(yàn)的自變量，但需注意該題中“是否切除甲狀腺”應(yīng)為設(shè)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(cè)定耗氧量和體長(zhǎng)”應(yīng)為因變量的檢測(cè)指標(biāo)，而準(zhǔn)確的因變量則是檢測(cè)指標(biāo)所反映出來的“新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育”。分析完要素后就可以利用總結(jié)的模式寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄考谞钕偌に貙?duì)小鼠新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

2 結(jié)合所學(xué)知識(shí)，確定實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的依據(jù)和思路，也是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。在研究實(shí)驗(yàn)時(shí)，只有明確實(shí)驗(yàn)原理，才能真正掌握實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)、操作要點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。該題型一般會(huì)給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、步驟和現(xiàn)象，要求學(xué)生能分析出實(shí)驗(yàn)原理，以考查學(xué)生的邏輯推理和知識(shí)應(yīng)用能力。實(shí)驗(yàn)原理的書寫應(yīng)涉及兩大要素：（1）生物學(xué)知識(shí)；（2）自變量與檢測(cè)指標(biāo)，以及檢測(cè)指標(biāo)與因變量的關(guān)系。

【例2】（2018·全國(guó)I卷節(jié)選）將馬鈴薯去皮切塊，加水煮沸一定時(shí)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(yǎng)基?；卮鹣铝袉栴}：

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

解析：若在該培養(yǎng)基中用淀粉取代蔗糖，接種土壤濾液并培養(yǎng)，平板上長(zhǎng)出的菌落能夠產(chǎn)生淀粉酶將淀粉作為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)。產(chǎn)生淀粉酶的菌落可將周圍的淀粉分解，而遠(yuǎn)離菌落的淀粉不會(huì)分解，因此第一空應(yīng)該是能夠檢驗(yàn)淀粉的顯色劑——碘液。第二空便是考查對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，按照上述的思考要素分析：（1）生物學(xué)原理是淀粉與碘液顯藍(lán)色，淀粉水解產(chǎn)物與碘液不顯色；（2）自變量是不同菌落，檢測(cè)指標(biāo)是淀粉水解后是否形成透明圈，因變量是能否產(chǎn)生淀粉酶。分析后，利用關(guān)聯(lián)詞就能書寫出規(guī)范的實(shí)驗(yàn)原理：因?yàn)榈矸叟c碘液顯藍(lán)色，淀粉水解產(chǎn)物不與碘液顯色，所以產(chǎn)生淀粉酶的菌落周圍淀粉被水解而形成透明圈。

3 把握實(shí)驗(yàn)要素，擬定實(shí)驗(yàn)思路

實(shí)驗(yàn)思路是對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的具體呈現(xiàn)形式，也是對(duì)理解分析能力、信息收集與處理能力、語言表達(dá)能力等方面的綜合考查。在近幾年高考中，考查實(shí)驗(yàn)思路的試題這也是?？碱}型。對(duì)于這種題型，首先要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模缓蟾鶕?jù)題干信息確定實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)材料。最后一步也是最重要的一步，就是找準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量和無關(guān)變量。實(shí)驗(yàn)思路與實(shí)驗(yàn)步驟不同，無需寫出具體操作方法。實(shí)驗(yàn)思路的書寫通常包含以下三步驟：（1）取材、分組編號(hào)；（2）設(shè)置對(duì)照；（3）培養(yǎng)和觀察。

【例3】（2019·全國(guó)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(qǐng)以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一結(jié)論，要求簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路。

解析：首先對(duì)該題進(jìn)行分析：（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)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(shí)驗(yàn)材料：不能合成ABA的突變體植物。（3）實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍搶?shí)驗(yàn)有兩個(gè)自變量，這也是該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的地方）。②因變量：氣孔開度。③無關(guān)變量：植株的生長(zhǎng)狀況、種植的溫度、時(shí)間等。根據(jù)以上分析，利用上述總結(jié)的書寫步驟就可以完整寫出該實(shí)驗(yàn)思路：取長(zhǎng)勢(shì)一致的ABA缺失突變體若干，隨機(jī)平均分為A組和B組（選材、分組編號(hào)）。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(jī)均分為C、D兩組，C組不做處理，D組進(jìn)行ABA處理（設(shè)置對(duì)照）。以上四組在相同的條件下培養(yǎng)并測(cè)定氣孔開度（培養(yǎng)觀察）。

4 觀察分析結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象對(duì)客觀事實(shí)的具體描述，即對(duì)因變量檢測(cè)結(jié)果的描述。實(shí)驗(yàn)結(jié)論是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納和推理而獲得的定性表述，可能是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋，或是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的進(jìn)一步推測(cè)和升華，且實(shí)驗(yàn)結(jié)論要與實(shí)驗(yàn)?zāi)康南鄬?duì)應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論的書寫需注意以下幾點(diǎn)：（1）注意該實(shí)驗(yàn)的類型，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)只需一種結(jié)論，而探究性實(shí)驗(yàn)要考慮不同結(jié)果下的多種結(jié)論。（2）明確自變量和檢測(cè)指標(biāo)，并將實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，從而得出結(jié)果。（3）注意術(shù)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(jié)選）瘧原蟲是一種單細(xì)胞動(dòng)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(yán)重時(shí)致人死亡。臨床應(yīng)用青蒿素治療瘧疾取得了巨大成功，但其抗瘧機(jī)制尚未完全明了。我國(guó)科學(xué)家進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。

組別__1__2__3____4___實(shí)驗(yàn)材料瘧原蟲的_線粒體倉(cāng)鼠細(xì)胞_的線粒體_____實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果（線粒體膜電位的相對(duì)值）100 60____________100___________97____________

① 1、2組結(jié)果表明____________；由3、4組結(jié)果可知青蒿素對(duì)倉(cāng)鼠細(xì)胞線粒體膜電位無明顯影響。據(jù)此可以得出的結(jié)論是________________________。

解析：該題第一空就是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的描述，實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2的自變量是有無青蒿素，檢測(cè)指標(biāo)是線粒體膜電位的相對(duì)值。通過1、2組對(duì)比可得出結(jié)論是：青蒿素能顯著降低瘧原蟲線粒體膜電位。第二空是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析，由于1、2組和3、4組區(qū)別在于實(shí)驗(yàn)材料的不同，青蒿素能降低瘧原蟲線粒體膜電位而對(duì)倉(cāng)鼠無明顯作用。通過進(jìn)一步推測(cè)可知，該實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：青蒿素對(duì)降低線粒體膜電位具有專一性（或青蒿素對(duì)線粒體膜電位的影響具有物種間的差異）。

5 實(shí)驗(yàn)探究題備考啟示

教材是知識(shí)與能力的載體，在高考生物試題中出現(xiàn)的很多材料信息均是來自教材實(shí)驗(yàn)，或是對(duì)教材中的材料信息進(jìn)行加工，用來創(chuàng)設(shè)高考實(shí)驗(yàn)題的情境。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師必須注重教科書中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)充分挖掘課本內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)素材，熟悉并掌握考綱所列實(shí)驗(yàn)的原理和步驟，領(lǐng)會(huì)并運(yùn)用經(jīng)典科學(xué)史實(shí)驗(yàn)的方法和技能。在日常的練習(xí)中，教師可將教材中的內(nèi)容、最新科研成果、社會(huì)實(shí)際問題改編成實(shí)驗(yàn)探究題進(jìn)行考查，還可以對(duì)科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再發(fā)現(xiàn)、再認(rèn)識(shí)。這樣學(xué)生科學(xué)思維能力的提升才會(huì)水到渠成。

在備考練習(xí)中，教師還應(yīng)要求學(xué)生書寫快速、表述清晰、用詞專業(yè)，每一道實(shí)驗(yàn)題都要做好分析和總結(jié)。完成好實(shí)驗(yàn)探究題既需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，還需要科學(xué)思維和語言組織能力，部分題目還要需要標(biāo)準(zhǔn)化模型，因此掌握實(shí)驗(yàn)題解題策略是很必要的，這樣才能達(dá)到最佳的解題效果。