基于科學(xué)探究評價的試題分析及教學(xué)策略
——以“2021年成都市初中學(xué)業(yè)水平考試（生物學(xué)）試題”為例

四川省成都市第十一中學(xué) 易 琴

四川省成都市青羊區(qū)教育科學(xué)研究院 吳 強(qiáng)

隨著新課程改革的實施，初中學(xué)業(yè)水平考試（生物）試題有了變化，考查內(nèi)容更貼近社會發(fā)展要求，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。而科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的重要內(nèi)容，它以科學(xué)探究能力為主體，包含了對科學(xué)探究的認(rèn)知和相關(guān)情感意識的培養(yǎng)。因此，本文從科學(xué)探究評價的角度，以2021年成都市初中學(xué)業(yè)水平考試（生物學(xué)）試題為研究對象，分析科學(xué)探究試題的考查特點，剖析學(xué)生主要問題，以期實現(xiàn)高效復(fù)習(xí)與學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的有機(jī)結(jié)合，達(dá)到培養(yǎng)全面發(fā)展的人的目的。

一、聚焦科學(xué)探究要素中的目標(biāo)分析

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》里明確提出：科學(xué)探究包括能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及結(jié)果的交流與討論能力。《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》將科學(xué)探究解析為六個要素：提出問題、做出假設(shè)、制訂計劃、實施計劃、得出結(jié)論、表達(dá)與交流。根據(jù)布魯姆（Benjamin Bloom）教育目標(biāo)分類法，對2021年成都市初中學(xué)業(yè)水平考試（生物學(xué)）試題中所考查的科學(xué)探究要素基本要求進(jìn)行歸類時發(fā)現(xiàn)：試題主要聚焦點在“應(yīng)用水平”和“分析水平”，注重滲透過程性知識、元認(rèn)知知識，從低階思維逐漸上升到高階思維，分析問題得出結(jié)論并延伸（見表1）。

二、初中學(xué)業(yè)水平考試的科學(xué)探究試題例析

（一）科學(xué)探究要素之考查探究方法

科學(xué)探究基本方法包括：觀察法、實驗法、調(diào)查法、比較法、分類法、收集和分析資料法。初中生物學(xué)教材中有許多章節(jié)都滲透了科學(xué)探究方法，如用實驗方法研究渦蟲的行為，法布爾用觀察法研究昆蟲等。試題中對科學(xué)探究方法的考查更是靈活多樣，2021年成都市初中學(xué)業(yè)水平考試首先考查了學(xué)生對科學(xué)探究方法的掌握（見例1）。

表1 科學(xué)探究要素中的目標(biāo)分析

例1（2021年成都市初中學(xué)業(yè)水平考試第1題）衣藻是單細(xì)胞生物，細(xì)胞都有精致而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。為了清楚地觀察衣藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)，人們常常采用的方法是（ ）。

A.肉眼直接觀察 B.設(shè)計調(diào)查方案

C.用顯微鏡觀察 D.設(shè)置對照實驗

科學(xué)探究素養(yǎng)評價：本題以衣藻為對象，考查科學(xué)探究基本方法中的觀察法，即在自然狀態(tài)下，按照一定的計劃和目的，研究者用自己的感官或外在輔助手段，對客觀事物進(jìn)行系統(tǒng)的感知、考察和描繪，進(jìn)而得出或驗證科學(xué)結(jié)論。通過肉眼可以直接進(jìn)行科學(xué)觀察，也可以利用攝像機(jī)、照相機(jī)、電子測量儀等工具，或借助放大鏡、光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡等儀器精確觀察。衣藻是單細(xì)胞生物，大小在7微米 10微米，肉眼無法直接觀察。光學(xué)顯微鏡是由多種透鏡組合成的一種光學(xué)儀器，主要用于放大微小物體，在50倍物鏡、10倍目鏡下就可以清晰地看到衣藻的結(jié)構(gòu)，所以人們常常采用的方法是用顯微鏡觀察，故選C。

（二）科學(xué)探究內(nèi)容之重視科學(xué)史實驗

教材上許多經(jīng)典的科學(xué)史實驗是科學(xué)探究試題主要測試類型之一，如光合作用的探究歷程（見例2）、基因的位置、血型的發(fā)現(xiàn)等科學(xué)史實，既能引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)探究過程，又能設(shè)置具體步驟檢驗學(xué)生的科學(xué)探究能力。

例2（2021年成都市初中學(xué)業(yè)水平考試第6題）德國科學(xué)家薩克斯在1864年做過這樣的實驗：先把綠葉放在暗處數(shù)小時，然后把葉片的一部分暴露在光下，另一部分遮光，過一段時間后，用碘蒸氣處理葉片，結(jié)果未遮光部分變成了藍(lán)色，遮光部分未變藍(lán)（見圖1）。該實驗?zāi)艿贸龅慕Y(jié)論是（ ）。

圖1

A.光是葉綠素形成的必需條件

B.光是綠葉合成淀粉的必需條件

C.綠葉在光下能夠釋放氧氣

D.綠葉進(jìn)行光合作用需要二氧化碳

科學(xué)探究素養(yǎng)評價：此題為教材科學(xué)史實驗“探究綠葉在光下合成淀粉”，屬于定性分析實驗，主要考查科學(xué)探究基本方法中的觀察法、比較法、實驗法。探究思路是制訂計劃選出要素中的控制變量和實驗對照，葉片遮光部分和暴露在光下的部分形成對照，遮光部分由于人為處理，是實驗組；暴露在光下的部分是對照組。用碘蒸氣熏蒸葉片后的實驗現(xiàn)象表明，葉片的未遮蓋部分遇碘變藍(lán)，說明這里產(chǎn)生了淀粉，用不透光紙遮蓋的部分遇碘沒有變藍(lán)，說明這部分葉片沒有淀粉產(chǎn)生，得出綠葉合成淀粉需要光，故選B。

（三）科學(xué)探究素材來源之聯(lián)系社會與生活

科學(xué)探究主觀題的設(shè)計通常與生活、社會緊密相關(guān)（見例3），目的是激發(fā)學(xué)生對生物學(xué)知識的探究興趣，體會生物學(xué)價值，重視學(xué)以致用，提升學(xué)生分析和解決實際生活問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)心社會、健康生活和保護(hù)生態(tài)文明的科學(xué)素養(yǎng)。

圖2

例3（2021年成都市初中學(xué)業(yè)水平考試第25題）“全民參與垃圾分類，共享環(huán)保低碳生活”。《成都市生活垃圾管理條例》已于2021年3月1日起正式實施，按該條例規(guī)定，生活垃圾應(yīng)分四類（可回收物、有害垃圾、廚余垃圾和其他垃圾）投放，但仍有一些市民未嚴(yán)格執(zhí)行分類標(biāo)準(zhǔn)，將廢舊電池隨意投放。研究表明，廢舊電池中的有害物質(zhì)從電池中溢出來，進(jìn)入土壤和水源，會影響植物和動物的生命活動，對人的神經(jīng)、消化、泌尿、運動等多個系統(tǒng)也會造成嚴(yán)重?fù)p害。某生物興趣小組設(shè)計了如下實驗來探究廢舊電池對植物生長的影響。

實驗步驟：①取一節(jié)廢舊電池，將外殼鋸開露出內(nèi)容物；②在A，B兩個培養(yǎng)皿中放入等量大蒜，加入等量清水沒過大蒜底部；③在A培養(yǎng)皿中放入鋸開的廢舊電池，B培養(yǎng)皿不放電池；④將A，B培養(yǎng)皿放置在光照等條件相同且適宜的地方，觀察比較蒜苗的生長情況。一周后，實驗結(jié)果如下。

回答下列問題：

（1）該生物興趣小組做出的假設(shè)是__________。

（2）該實驗過程中，設(shè)置B組的目的是________，兩組裝置都放在相同的環(huán)境中，目的是__________。為了使實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確，可以采取__________等措施減少實驗誤差。

（3）比較A，B兩組實驗結(jié)果，你能得出的結(jié)論是__________。

根據(jù)該實驗結(jié)果，你認(rèn)為廢舊電池應(yīng)該投放到下列四個垃圾箱（見圖3）中的__________。

（4）假如你是所在社區(qū)的“垃圾分類指導(dǎo)員”，你會采取哪些方式引導(dǎo)社區(qū)居民進(jìn)行垃圾分類？___________________（至少答出兩條）。

圖3

科學(xué)探究素養(yǎng)評價：此題不再局限于教材上的探究實驗，是一道與生活密切相關(guān)的開放性題目。第（1）問中是考查科學(xué)探究要素中做出的假設(shè)，根據(jù)探究題目“探究廢舊電池對植物生長的影響”，結(jié)合已有知識和經(jīng)驗，學(xué)生均可做出假設(shè)“廢舊電池浸出液會影響大蒜的生長”。第（2）問中，依據(jù)實驗步驟主要考查科學(xué)探究的三個重要原則，即對照原則、單一變量原則、重復(fù)原則。A培養(yǎng)皿中放入鋸開的廢舊電池，B培養(yǎng)皿不放電池，即B培養(yǎng)皿中的種子只浸泡在清水中，兩組形成對照。為了確保實驗結(jié)果是由廢舊電池浸出液引起的，就應(yīng)當(dāng)使這兩組種子所處液體環(huán)境不同，其他條件都相同，以此避免無關(guān)變量干擾實驗結(jié)果，即遵循單一變量原則。為了使實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確，通常要進(jìn)行重復(fù)實驗，減少實驗誤差，增強(qiáng)實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的可信度。第（3）問中，比較實驗結(jié)果，得出結(jié)論。A培養(yǎng)皿中大蒜及蒜根腐爛說明廢舊電池浸出液有害，會影響大蒜的生長，應(yīng)該投放到有害垃圾箱中，故丁正確。第（4）個問題，作為社區(qū)“垃圾分類指導(dǎo)員”，首先要起到宣傳動員的作用，因此可借助互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)新聞推送、張貼垃圾分類海報、知識競賽等多種方式調(diào)動社區(qū)群眾的積極性，讓社區(qū)居民明確垃圾分類的意義、方法、注意事項，有效進(jìn)行垃圾分類。本題滲透實驗探究能力、綜合分析能力的考查，屬于典型考查科學(xué)探究素養(yǎng)的試題。

三、學(xué)生主要存在的問題

（一）缺少情境體驗，科學(xué)探究興味索然

在學(xué)習(xí)科學(xué)探究時，大部分課堂教學(xué)將探究等同于實驗，即對照書上現(xiàn)象、結(jié)論一步步完成，導(dǎo)致學(xué)生缺乏科學(xué)探究興趣。如例2考查科學(xué)家薩克斯做“探究綠葉在光下合成淀粉”的實驗，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很少甚至沒有體驗過類似科學(xué)史探究實驗，因此，他們往往會因為記憶的不準(zhǔn)確而誤選。甚至當(dāng)考題出現(xiàn)新情境時，由于學(xué)生缺乏科學(xué)探究興趣也會導(dǎo)致他們無法將所掌握的知識順利遷移至新情境中。

（二）缺少親身參與，科學(xué)探究能力薄弱

對教材上固定的科學(xué)史探究素材，學(xué)生大多只顧識記探究實驗結(jié)論，忽視對探究過程的思考、質(zhì)疑、證實，沒有通過親身參與科學(xué)探究來體驗和感悟其本質(zhì)與特點。如例3在探究廢舊電池對植物生長的影響時，學(xué)生可能會出現(xiàn)實驗?zāi)康摹⒉襟E設(shè)計不準(zhǔn)確的問題，這些都暴露出學(xué)生在制訂計劃、實施計劃等實驗探究方面能力薄弱。由于動手實踐機(jī)會少，學(xué)生無法準(zhǔn)確掌握新情境中的設(shè)計思路，容易造成理解上的偏差。

四、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的策略

（一）精心組織科學(xué)史素材，激發(fā)學(xué)生探究興趣

生物學(xué)科學(xué)史記錄著科學(xué)家們探索生命現(xiàn)象的過程與方法，經(jīng)過編者恰當(dāng)選擇后呈現(xiàn)在教材中，教師若能抓好科學(xué)史素材，可以讓學(xué)生了解當(dāng)時生物學(xué)的發(fā)展邏輯，理解科學(xué)探究的本質(zhì)及特點，培養(yǎng)探究興趣。即使學(xué)生不能完全遷移運用，也能從中感受到科學(xué)家投身科學(xué)工作的精神，進(jìn)而積極學(xué)習(xí)科學(xué)探究精神與品質(zhì)。如在學(xué)習(xí)植物光合作用時，教材從柳苗生長之謎引入，探究植物是否是“吃土”長大的，于是科學(xué)家海爾蒙特設(shè)計了一個簡單而又巧妙的實驗發(fā)現(xiàn)“水才是使植物增重的物質(zhì)”。之后科學(xué)家普利斯特利、英格豪斯、薩克斯等都做了不同的實驗來探究光合作用的生理活動，猶如一個個生動的故事等著我們?nèi)ブv述。

（二）重視探究性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

學(xué)生有了探究興趣，還需要獲得探究能力。在目前課堂教學(xué)中，大多以驗證性實驗教學(xué)為主。因此，教師適當(dāng)增加探究性實驗，合理設(shè)計探究活動具有重要意義。如在潮濕又溫暖的季節(jié)，食物很容易生霉，尤其是在成都這樣一個城市里。根據(jù)生物學(xué)教材《生物與環(huán)境的相互影響》這一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，教師可以給學(xué)生布置課后實驗：探究溫度和濕度對霉菌生長的影響。實驗器材只涉及家用冰箱、面包片（或其他食材），無需化學(xué)試劑，操作簡單，但可以讓學(xué)生自己提出問題，進(jìn)行猜想與假設(shè)“霉菌適合在溫暖潮濕的環(huán)境生長”，在此基礎(chǔ)上制訂計劃，設(shè)置對照組“第一組為干燥、溫暖環(huán)境下的面包片；第二組為潮濕、溫暖環(huán)境下的面包片”，其他條件相同進(jìn)行探究實驗，記錄現(xiàn)象，得出結(jié)論，課堂上展示并交流，撰寫分析報告等。讓學(xué)生以研究者的身份展開科學(xué)探究，使其建立起完整科學(xué)的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，讓學(xué)生能主動參與多種有趣生物學(xué)現(xiàn)象的探索，做到“學(xué)起于思，思源于疑”。

（三）聯(lián)系生產(chǎn)生活，提升學(xué)生的意志品質(zhì)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，培養(yǎng)學(xué)生樹立保護(hù)生態(tài)環(huán)境意識、關(guān)愛他人、關(guān)愛生命，是教育的首要目標(biāo)。因此，教師在課堂教學(xué)中應(yīng)聯(lián)系生產(chǎn)生活，創(chuàng)設(shè)實際生活情境。此外，教師也可以選取身邊具體生活環(huán)境的變化作為生物學(xué)試題情境，延伸其可能出現(xiàn)的考查形式，真正實現(xiàn)陶行知先生的“生活即教育，用生活來教育，為生活而教育”，培養(yǎng)未來合格接班人。

綜上所述，初中學(xué)業(yè)水平考試中科學(xué)探究試題包涵科學(xué)探究的基本方法、科學(xué)史實驗、素材來源于生活與社會等方面內(nèi)容，提高了對學(xué)生分析綜合能力、推理驗證能力和遷移運用能力的要求。因此，教師在指導(dǎo)學(xué)生探究活動時，既要通過教材探究實驗合理提升學(xué)生的科學(xué)探究能力，又要重視設(shè)計以真實情境為依托的完整探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與品質(zhì)。