聚焦學科核心素養 破解高考實驗大題

宋立偉

摘要 明確實驗目的后，探究性實驗和驗證性實驗均可概括為分組、處理、觀察、結論，并結合高考真題給予學生實驗題答題指導，以期達到學生入題快、答題準、得分高的目的。同時，建議從回歸教材實驗、研讀高考真題、規范學科語言3個方面進行復習備考。

關鍵詞 探究性實驗 驗證性實驗 核心素養 高考真題

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

實驗題是高考生物試題中常考不衰的題型之一，在考查基礎知識和基本技能的同時，能夠對學科核心素養進行全方位考查。縱觀近幾年全國新課標卷生物試題，教材基礎實驗的考查主要涉及實驗原理、規律、方法、步驟及相關操作要領等，多以選擇題的形式呈現，難度較低，學生得分率較高。分析與設計類實驗的考查主要涉及實驗設計、實驗結果和結論的預測分析以及實驗評價等。這類試題背景常常來自科研實驗，命題視角較高，多以非選擇題的形式呈現，題型難度較大、綜合性強，主要考查學科素養中的科學思維和科學探究能力。該類試題的答案文字多、邏輯性強、規范要求多，學生答題時常常存在“看不懂題”“沒有思路”“語言不規范”等問題，對實驗原理的闡述、實驗思路的表達、實驗步驟的完善、實驗方案的評價等一籌莫展，從而導致得分率較低。

為提高高考實驗題的得分率，下面將探究性實驗和驗證性實驗化繁為簡，并結合高考真題給予學生實驗題答題指導，以期達到學生入題快、答題準、得分高的目的，也為一線教師教學提供參考。

1探究性實驗

探究性實驗是指實驗者在不知曉實驗結果的前提下，通過自己實驗、探索、分析、研究得出結論，從而形成科學概念的一種認知活動。有關探究性實驗各環節及解答的常見錯誤見表1。

教師若按表1所示的探究性實驗6環節進行教學，略顯繁瑣且學生不容易掌握。教學中，可以將其整合為3個環節：明確實驗目的、實驗設計與操作、分析實驗結果得出實驗結論。

1.1環節一：明確實驗目的

學生在學習或考試答題涉及探究性實驗時，首先要明確的就是實驗目的。探究性實驗的目的可以概括為研究或探究自變量對因變量的影響。文字表述常為“為研究......”“為探究......”“陳述事實，假設......，探究假設是否成立......”等。學生只有明確了實驗目的，才能科學地設計實驗，完成答題。

1.2環節二：實驗設計與操作

1.2.1取材、分組、編號

探究性實驗所用的實驗材料要相同（相似）。植物材料為長勢基本相同的植株，動物材料為生長發育情況（性別、體重、體長、年齡等）基本相同的個體。分組時各組材料數量要相等，但各組不能僅為一株植物或一個動物個體。要注意平行重復的原則，以確保實驗結果可進行統計學分析，保證實驗結果科學性和可靠性。本步驟規范的學科語言敘述為：“將若干長勢基本相同的植株或若干生長發育狀況基本相同的個體分......組并編號為......”。

1.2.2自變量處理

完成取材、分組、編號后，按研究目的進行自變量處理開展實驗研究。本步驟要遵循單一變量的原則，同時要排除無關變量對實驗結果的影響，以明確因變量的不同是自變量導致的。本步驟規范的學科語言敘述為：“對......組進行......處理”。

1.2.3觀察因變量

觀察因變量，即觀察自變量處理后對實驗材料的影響，本步驟應根據具體情境明確因變量的可觀測指標。同時，各組的實驗時間、條件也應相同且適宜。本步驟規范的學科語言敘述為：“在相同且適宜的條件下或在實驗要求的條件下，一段時間后，觀察并記錄（因變量的觀測指標）......。”

1.3環節三：分析實驗結果得出實驗結論

在完成環節二后，便可對實驗結果進行統計分析，進而得出實驗結論。本環節中，學生應能準確區分實驗結果和實驗結論的區別及相互關系。探究性實驗中自變量對因變量可能存在無影響、正影響、負影響3種情況。本步驟規范的學科語言敘述為：“若實驗結果......，則實驗結論為......”。

1.4應用

綜上所述，在明確實驗目的后，探究性實驗的實驗設計環節可概括為分組、處理、觀察、結論，學生可通過以下的高考真題切身體會。

【例1】（2018·全國II卷·29）為研究垂體對機體生長發育的作用，某同學用垂體切除法進行實驗。在實驗過程中，用幼齡大鼠為材料，以體重變化作為生長發育的檢測指標。回答下列問題：

（1）請完善下面的實驗步驟：

1將若干只大鼠隨機分為A、B兩組后進行處理，A組（對照組）的處理是，B組的處理是。

2將上述兩組大鼠置于相同的適宜條件下飼養。

3。

4對所得數據進行統計處理與分析。

（2）實驗結果與分析：

B組大鼠生長發育的狀況不如A組，出現這種差異的原因是由于B組的處理使大鼠缺失了來源于垂體的激素和激素。

參考答案：（1）1手術但不切除垂體切除垂3每隔一定時間，測定并記錄兩組大鼠的體重體

（2）生長促甲狀腺

【例2】（2019年·全國II卷·37節選）物質W是一種含氮有機物，會污染土壤。W在培養基中達到一定量時培養基表現為不透明。某研究小組欲從土壤中篩選出能降解W的細菌。

（3）土壤中的某些微生物可以利用空氣中的氮氣作為氮源。若要設計實驗進一步確定甲、乙菌能否利用空氣中的氮氣作為氮源，請簡要寫出實驗思路、預期結果和結論。

（4）該小組將人工合成的一段DNA轉入大腸桿菌，使大腸桿菌產生能降解W的酶（酶E）。為了比較酶E與天然酶降解W能力的差異，該小組擬進行如下實驗，請完善相關內容。

1在含有一定濃度W的固體培養基上，A處滴加酶E的緩沖液，B處滴加含有相同濃度天然酶的緩沖液，C處滴加，三處滴加量相同。

2一段時間后，測量透明圈的直徑。若C處沒有出現透明圈，說明;若A、B處形成的透明圈直徑大小相近，說明。

參考答案：（3）實驗思路：將甲、乙菌分別接種在無氮源培養基上，在適宜條件下培養一段時間。預期結果及結論：若細菌能生長（出現菌落），則說明該細菌能利用空氣中的氮氣作為氮源。

（4）緩沖液緩沖液不能降解W酶E與天然酶降解W的能力相近

2驗證性實驗

驗證性實驗是指實驗者針對已知的實驗結果而

進行的以驗證實驗結果、鞏固和加強有關知識內容、培養實驗操作能力為目的的重復性實驗。驗證性實驗同樣可以遵循探究性實驗的3個環節進行。與探究性實驗不同的是，環節一不是探究自變量對因變量的影響，而是驗證自變量對因變量的影響，規范的學科語言敘述為：“為驗證......”“某假設......，驗證......”等。環節三的實驗結果要驗證實驗目的。但二者的實驗操作過程基本一致，實驗設計環節同樣可以高度概括為分組、處理、觀察、結論。

【例3】（2019·全國I卷·29節選）將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，葉片中的脫落酸（ABA）含量增高，葉片氣孔開度減小，回答下列問

題。（3）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。請以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。

參考答案：實驗思路為取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經干旱處理后，再測定氣孔開度;預期結果為干旱處理前后氣孔開度不變。將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進行ABA處理，另一組作為對照組一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度，預期結果為ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。

【例4】（2019·全國III卷·29節選）氮元素是植物生長的必需元素，合理施用氮肥可提高農作物的產量。回答下列問題。

（2）農作物吸收氮元素的主要形式有銨態氮（NH4+）和硝態氮（NO3-）。已知作物甲對同一種營養液（以硝酸銨為唯一氮源）中NH4+和NO3-的吸收具有偏好性（NH4+和NO3-同時存在時，對一種離子的吸收量大于另一種）。請設計實驗對這種偏好性進行驗證，要求簡要寫出實驗思路、預期結果和結論。

參考答案：

實驗思路：配制營養液（以硝酸銨為唯一氮源），用該營養液培養作物甲，一段時間后，檢測營養液中NH4+和NO3-剩余量。

預期結果和結論：（1）若營養液中NO3-剩余量小于NH4+剩余量，則說明作物甲偏好吸收NO3-;（2）若營養液中NH4+剩余量小于NO3-剩余量，則說明作物甲偏好吸收NH4+。

3備考策略

3.1回歸教材實驗

“題在書外，理在書中”，高考試題注重試題問題出于教材，而答案又回歸教材的原則，充分體現了教材在高中生物學學習過程中的核心地位和重要性。在復習教材實驗時，教師不僅要引導學生學會按照一定的形式對實驗進行分類梳理，并且要使學生細化、系統化其中所呈現出的共性規律。有條件的學校可以組織學生到實驗室重做教材中的實驗，使學生再次通過實驗操作和親身體驗，對實驗原理、實驗材料、實驗步驟等進行分析與討論。這樣既能使學生深化對教材實驗的理解，又可以使學生形成科學嚴謹的實驗設計思想和原則。同時，教材中的經典實驗更是實驗復習備考的重中之重。經典實驗不僅在生命科學發展中占有重要地位，更能反映生命科學研究中的科學思維過程，可以培養學生的高階實驗素養。

3.2研讀高考真題

高考試題是命題專家組集體智慧的結晶，試題在命題角度、題量、題型、難度等方面都進行了充分考慮和精心設計，試題材料新穎、立意高、設問準確，充分體現了“一核四層四翼”的高考評價體系要求，能夠全面檢測學生的學科知識和思維品質。借助上文的方法，學生在反復研讀歷年高考實驗真題時，通過不斷地總結和體會，會發現總有部分內容屬于高頻考點，也能理解命題專家的思路。

3.3規范學科語言

?應對試題，學生能否寫出科學、嚴謹、簡潔的學科語言是學科核心素養的重要體現。高考實驗題既能對學生基礎知識進行考查，也是對學生邏輯思維、語言表達能力、學科核心素養的考驗。近年來，因填空式作答極大地限制了學生思維水平的發揮，無法準確考查學生的學科素養，不利于高校人才選拔和引導中學教學，因此高考中實驗題填空式作答正逐漸轉變為問答式作答。課堂是塑造學生學科語言習慣的重要場所，教師要以身作則，避免口語化的表述，充分調動學生積極性，鼓勵學生發表觀點并進行同學間互評，引起學生對學科語言的關注。教師可講解學科語言特點、規范答題句式，利于學生對相對單一的具體問題采用規范的專業術語直接作答，也便于學生由表及里地厘清作答思路，依據邏輯，利用長句式進行精準表述。學習掌握學科語言不能到高三復習備考階段才開始，而是入學之初，教師就應當逐步滲透學科語言教育。經過三年的學習、反復的練習，學生定會熟練、準確、科學地使用學科語言進行答題。

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