2017福建省中考生物學實驗探究試題的命制與教學反思

高秋靜

(福建省廈門大學附屬實驗中學 363123)

張 鋒*

(福建省普通教育教學研究室 福州 350003)

“倡導探究性學習”是義務教育生物學課程的基本理念之一，以探究性學習為命題核心的探究性實驗題是通過紙筆測驗的形式對學生的科學探究能力進行考查的常用手段。此類試題可考查學生科學思維和科學過程和方法，能力要求較高。因此，探究性試題往往成為一份試卷的“壓軸題”。通過對此類試題命制的研究，不僅可開拓教師的試題命制能力，也有助于教學思路的拓展。福建省2017中考生物學試題第34題以研究煙焦油濃度變化對渦蟲移動速度的影響為試題情境，主要考查學生的科學探究能力，并結合選擇健康的生活方式的相關內容，啟發學生的進一步思考。本文從立意、情境及設問三個方面對2017年福建省中考生物試題第34題進行分析，希望對實踐教學有所啟示。

1 原題及材料來源

原題： 吸煙有害健康，戒煙難是因為吸煙者對煙焦油中的尼古丁等產生依賴。研究發現，煙焦油對渦蟲神經系統的影響與人相似。某科研小組將渦蟲作為實驗對象，研究煙焦油濃度變化對其移動速度的影響，實驗步驟如下： ①挑選體長相近的渦蟲40只，平均分成甲、乙兩組，分別放入濃度為0.03mg/mL、0.05mg/mL的煙焦油溶液中處理12h，使渦蟲對所處濃度的煙焦油產生依賴。②將甲組渦蟲隨機分成A、B兩組，每組10只，分別置于濃度0.03mg/mL、0.01mg/mL的煙焦油溶液中。將乙組渦蟲隨機分成C、D兩組，每組10只，分別置于濃度0.05mg/mL、0.03mg/mL的煙焦油溶液中。③測定每組渦蟲的移動速度，取平均值，結果如圖所示。研究人員在一定濃度范圍內又做了多組實驗，實驗現象一致。回答下列問題：

(1) A組和B組是一組________實驗，變量是________。

(2) 測定每組渦蟲的移動速度后，取平均值的目的是________。

(3) 比較A組和B組，C組和D組，渦蟲對煙焦油產生依賴的表現相似，即________。(2分)

(4) 由于對不同濃度煙焦油產生依賴，D組和________組渦蟲在同一濃度煙焦油溶液中移動速度不同。

(5) 青少年應當拒絕吸煙。請根據實驗談談其中的道理________。

本題的情境來源于2015年發表在《中國藥物依賴性雜志》的研究論文[1]。由于論文篇幅較長，文字表述專業晦澀，因此在保證科學性及提供充足的信息的前提下,命題者對文章進行了精心的裁剪和加工。文字部分保留了必要的背景介紹：“吸煙有害健康……煙焦油對渦蟲神經系統的影響與人相似”。實驗內容僅選取其中的慢性戒斷反應實驗的部分兩組實驗，實驗數據的細節稍作修改(實驗濃度從0.0294mg/mL改為0.03mg/mL， 0.0490mg/mL改為0.05mg/mL等)，并以柱形圖的形式呈現實驗結果，即對實驗內容做了適當簡化，表述通俗易懂，實驗結果直觀。

通過課程學習，學生對吸煙的危害有一定的了解，青少年吸煙問題也是學生身邊可能真實遇到的問題。在此基礎上，此題的情境材料用科學的探究過程及真實的實驗數據，進一步幫助學生認識吸煙的危害，認同選擇健康的生活方式的重要性，將情感態度價值觀教育滲透到試題中。

2 試題的設計及問答分析

本題圍繞科學探究能力的考查展開，各小題涉及的科學探究能力如表1。在這些能力考查落實過程中，首先要求學生具備從題干中獲取與處理信息的能力、圖表的分析能力；對實驗數據進行分析、比較的能力；邏輯推理能力；對實驗現象進行科學地描述和解釋，并在此基礎上歸納出生命科學規律的能力。

表1 該題考查的科學探究能力

第(1)小題需要學生根據題目信息，對比A組及B組的實驗設置。從實驗步驟②中不難發現，A、B兩組的差別在于煙焦油溶液的濃度不同，其他設置均相同，符合對照實驗的要求，不同的實驗設置即為實驗變量。

第(2)小題的設問主要為“是什么”類型，只需要學生能從記憶中提取相關知識點： 在重復實驗中，對重復實驗組數據取平均值的目的是減小誤差，即可完成。

從前面的分析可以看出，本題后3小題都是圍繞這個探究實驗的結果及結論展開，因此解題時需要明確本實驗設計各步驟間的邏輯關系。從題干可知，本實驗“研究煙焦油濃度變化對其移動速度的影響”中有個關鍵詞“變化”，即渦蟲會先后接受兩種濃度的煙焦油溶液處理(表2)。

表2 渦蟲先后接受兩種濃度的煙焦油處理

第(3)小題要求學生根據柱形圖呈現的實驗數據對實驗現象進行描述。從圖中可知在甲組的兩個小組渦蟲的平均移動速度比較中，B組低于A組，同樣在乙組中情況相同，即D組低于C組。從實驗結果反推到實驗設計，可發現移動速度慢的組別的共同特征是： 處理2的濃度低于處理1的濃度。再結合題中步驟①提到的，處理1的目的是“使渦蟲對所處濃度的煙焦油產生依賴”。由此可以對實驗現象用文字表述為： 對一定濃度煙焦油產生依賴的渦蟲，置于更低濃度的煙焦油溶液中移動速度減慢。本題需要進行較長的文字表述，通過答案能反應不同的思維水平，并設置2分的得分進行SOLO分層評價，提高了試題的區分度。

第(4)小題思路與第(3)小題相反，即提供實驗現象的文字描述，要求找到支持這一現象的實驗數據。題干提示了D組和某組處理1不同(由于對不同濃度煙焦油產生依賴)，而處理2相同(在同一濃度煙焦油溶液中)，對照實驗設計可知，這組為A組。

第(5)小題需要學生根據實驗得出結論。這一結論在題干第一段中有提示“吸煙有害健康，戒煙難是因為吸煙者對煙焦油中的尼古丁等產生依賴。”由此得出根據此實驗，青少年應當拒絕吸煙的原因是： 吸煙者會對香煙產生依賴。

3 在教學中培養實驗探究能力的反思

3.1 強化學生的實驗能力 新課標倡導的探究性學習主要是通過實驗來完成的。驗證實驗、觀察實驗大多是讓學生在發現知識的同時訓練實驗技能，但對實驗結果的科學分析也有助于培養學生的探究能力。例如，人教版“觀察種子的結構”實驗中，觀察玉米種子結構時，教材中提到對玉米種子進行縱切后，在剖面上滴一滴碘酒，再用放大鏡仔細觀察剖面上的顏色變化。很多學生也會模仿這一步驟將碘酒滴在菜豆種子的子葉上，當發現實驗結果與假設不符時，學生就會想要了解為什么同是儲存營養物質的結構，玉米種子的胚乳遇碘變藍，而菜豆種子的子葉卻不變色。雖是一個小小的實驗操作，其實也包含了探究的過程，并且一個探究完成后又產生了一個新的問題，觸發下一步的探究。讓學生親歷實驗，才有發現問題、解決問題的可能。

探究實驗后大都搭配有“技能訓練”或“科學方法”，意在通過探究實驗使各項探究能力得到培養與鍛煉。例如，人教版教材中“探究酒精或煙草浸出液對水蚤心率的影響”實驗，教材內容僅提供可選的實驗材料及提示實驗過程中可能會遇到的問題，整個探究的過程從提出問題到最后的得出結論都需要學生自主完成。在完成這個探究的過程中，學生的各項探究技能都得到全面的訓練。尤其這是一個定量實驗，學生需要記錄數據、分析數據、解讀數據，并在數據的基礎上得出結論。在對數據的處理中，學生必然會用到取平均值的方法，面對同一實驗設置得出的多組數據，也能明白取平均值的意義。若做過這個實驗，上題第(2)小題便不難答出“減小誤差”。

3.2 關注教學中探究問題情境的營造 試題是一個測量單元，其中試題情境向答題者提供一個能使其表現出心理結構或能力的刺激環境。從情境材料的內容上看，試題情境包羅萬象，包括所有生物科學可能的應用領域。以PISA 2015科學測評的試題為例，其試題的情境材料關注科學在個人、社會和全球情境中的應用，如： 健康、自然資源、環境、危機、科學和技術前沿等。從情境材料的來源上看，它可來源于教材素材、科學史、科普文章、科技論文等。這些情境有學生體驗過或接觸過的情境、熟悉的相似情境，還有些情境是陌生的和復雜的。對學生的能力提出了不同層次的要求。這些做法都值得教師在教學中深刻反思，可在學生培養過程中將知識容納于情境之中，為學生的情境性學習創設條件，循序漸進地提高學生能力。

3.3 提升學生的資料分析能力 在教學過程中，教材是師生雙方接觸最多的文本資料，其中包含許多經過精心挑選的、適合學生認知水平的資料。以人教版教材為例，教材中的許多欄目(如“想一想，議一議”“資料分析”“科學家的故事”“技能訓練”等)呈現了豐富的文本資料。例如，人教版“光合作用吸收二氧化碳釋放氧氣”一節，為培養學生根據實驗現象，得出結論的能力提供了三個很好的資料。“想一想，議一議”包含了科學史上著名的海爾蒙特的柳樹實驗。材料中，海爾蒙特得出的結論是“水是合成柳樹體內有機物的原料”。可以引導學生思考本實驗設計是否合理，是否客觀地分析了實驗數據，實驗數據是否可以支持他的結論，海爾蒙特是否忽略了其他因素，其結論是否合理。其后，普利斯特利實驗，學生受已有知識的影響，易得出植物進行光合作用消耗二氧化碳產生氧氣的結論。而資料呈現的實驗現象并不涉及鐘罩內氧氣及二氧化碳含量的變化，故只能得出“植物能夠更新由于蠟燭燃燒或動物呼吸而變得污濁了的空氣”的結論。最后，本節末尾的“技能訓練”提供一個類似于本節金魚藻產生氧氣的演示實驗的熟悉情境，可引導學生通過表格中的數據得出結論。

(*通信作者)