聚焦學(xué)科核心素養(yǎng) 破解高考實驗大題

宋立偉

摘要 明確實驗?zāi)康暮?，探究性實驗和驗證性實驗均可概括為分組、處理、觀察、結(jié)論，并結(jié)合高考真題給予學(xué)生實驗題答題指導(dǎo)，以期達(dá)到學(xué)生入題快、答題準(zhǔn)、得分高的目的。同時，建議從回歸教材實驗、研讀高考真題、規(guī)范學(xué)科語言3個方面進(jìn)行復(fù)習(xí)備考。

關(guān)鍵詞 探究性實驗 驗證性實驗 核心素養(yǎng) 高考真題

中圖分類號 G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)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(chǔ)知識和基本技能的同時，能夠?qū)W(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行全方位考查?？v觀近幾年全國新課標(biāo)卷生物試題，教材基礎(chǔ)實驗的考查主要涉及實驗原理、規(guī)律、方法、步驟及相關(guān)操作要領(lǐng)等，多以選擇題的形式呈現(xiàn)，難度較低，學(xué)生得分率較高。分析與設(shè)計類實驗的考查主要涉及實驗設(shè)計、實驗結(jié)果和結(jié)論的預(yù)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(xiàn)，題型難度較大、綜合性強，主要考查學(xué)科素養(yǎng)中的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。該類試題的答案文字多、邏輯性強、規(guī)范要求多，學(xué)生答題時常常存在“看不懂題”“沒有思路”“語言不規(guī)范”等問題，對實驗原理的闡述、實驗思路的表達(dá)、實驗步驟的完善、實驗方案的評價等一籌莫展，從而導(dǎo)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(jié)合高考真題給予學(xué)生實驗題答題指導(dǎo)，以期達(dá)到學(xué)生入題快、答題準(zhǔn)、得分高的目的，也為一線教師教學(xué)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(jié)果的前提下，通過自己實驗、探索、分析、研究得出結(jié)論，從而形成科學(xué)概念的一種認(rèn)知活動。有關(guān)探究性實驗各環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)，略顯繁瑣且學(xué)生不容易掌握。教學(xué)中，可以將其整合為3個環(huán)節(jié)：明確實驗?zāi)康?、實驗設(shè)計與操作、分析實驗結(jié)果得出實驗結(jié)論。

1.1環(huán)節(jié)一：明確實驗?zāi)康?/p>

學(xué)生在學(xué)習(xí)或考試答題涉及探究性實驗時，首先要明確的就是實驗?zāi)康摹Ｌ骄啃詫嶒灥哪康目梢愿爬檠芯炕蛱骄孔宰兞繉σ蜃兞康挠绊?。文字表述常為“為研?.....”“為探究......”“陳述事實，假設(shè)......，探究假設(shè)是否成立......”等。學(xué)生只有明確了實驗?zāi)康?，才能科學(xué)地設(shè)計實驗，完成答題。

1.2環(huán)節(jié)二：實驗設(shè)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(fā)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(shù)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(fù)的原則，以確保實驗結(jié)果可進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，保證實驗結(jié)果科學(xué)性和可靠性。本步驟規(guī)范的學(xué)科語言敘述為：“將若干長勢基本相同的植株或若干生長發(fā)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(jìn)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(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，以明確因變量的不同是自變量導(dǎo)致的。本步驟規(guī)范的學(xué)科語言敘述為：“對......組進(jìn)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(yīng)根據(jù)具體情境明確因變量的可觀測指標(biāo)。同時，各組的實驗時間、條件也應(yīng)相同且適宜。本步驟規(guī)范的學(xué)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(biāo)）......?！?/p>

1.3環(huán)節(jié)三：分析實驗結(jié)果得出實驗結(jié)論

在完成環(huán)節(jié)二后，便可對實驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，進(jìn)而得出實驗結(jié)論。本環(huán)節(jié)中，學(xué)生應(yīng)能準(zhǔn)確區(qū)分實驗結(jié)果和實驗結(jié)論的區(qū)別及相互關(guān)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(fù)影響3種情況。本步驟規(guī)范的學(xué)科語言敘述為：“若實驗結(jié)果......，則實驗結(jié)論為......”。

1.4應(yīng)用

綜上所述，在明確實驗?zāi)康暮?，探究性實驗的實驗設(shè)計環(huán)節(jié)可概括為分組、處理、觀察、結(jié)論，學(xué)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(fā)育的作用，某同學(xué)用垂體切除法進(jìn)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(fā)育的檢測指標(biāo)?；卮鹣铝袉栴}：

（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(jìn)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(yǎng)。

3。

4對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理與分析。

（2）實驗結(jié)果與分析：

B組大鼠生長發(fā)育的狀況不如A組，出現(xiàn)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(shù)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(jié)選）物質(zhì)W是一種含氮有機物，會污染土壤。W在培養(yǎng)基中達(dá)到一定量時培養(yǎng)基表現(xiàn)為不透明。某研究小組欲從土壤中篩選出能降解W的細(xì)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(shè)計實驗進(jìn)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(yù)期結(jié)果和結(jié)論。

（4）該小組將人工合成的一段DNA轉(zhuǎn)入大腸桿菌，使大腸桿菌產(chǎn)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(jìn)行如下實驗，請完善相關(guān)內(nèi)容。

1在含有一定濃度W的固體培養(yǎng)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(xiàn)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(yǎng)基上，在適宜條件下培養(yǎng)一段時間。預(yù)期結(jié)果及結(jié)論：若細(xì)菌能生長（出現(xiàn)菌落），則說明該細(xì)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(jié)果而

進(jìn)行的以驗證實驗結(jié)果、鞏固和加強有關(guān)知識內(nèi)容、培養(yǎng)實驗操作能力為目的的重復(fù)性實驗。驗證性實驗同樣可以遵循探究性實驗的3個環(huán)節(jié)進(jìn)行。與探究性實驗不同的是，環(huán)節(jié)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(guī)范的學(xué)科語言敘述為：“為驗證......”“某假設(shè)......，驗證......”等。環(huán)節(jié)三的實驗結(jié)果要驗證實驗?zāi)康?。但二者的實驗操作過程基本一致，實驗設(shè)計環(huán)節(jié)同樣可以高度概括為分組、處理、觀察、結(jié)論。

【例3】（2019·全國I卷·29節(jié)選）將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進(jìn)行干旱處理，該植物根細(xì)胞中溶質(zhì)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(shè)計實驗來驗證這一結(jié)論。要求簡要寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)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(jīng)干旱處理后，再測定氣孔開度;預(yù)期結(jié)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(jìn)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(yù)期結(jié)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(jié)選）氮元素是植物生長的必需元素，合理施用氮肥可提高農(nóng)作物的產(chǎn)量?；卮鹣铝袉栴}。

（2）農(nóng)作物吸收氮元素的主要形式有銨態(tài)氮（NH4+）和硝態(tài)氮（NO3-）。已知作物甲對同一種營養(yǎng)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(shè)計實驗對這種偏好性進(jìn)行驗證，要求簡要寫出實驗思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論。

參考答案：

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

預(yù)期結(jié)果和結(jié)論：（1）若營養(yǎng)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(yǎng)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(xiàn)了教材在高中生物學(xué)學(xué)習(xí)過程中的核心地位和重要性。在復(fù)習(xí)教材實驗時，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會按照一定的形式對實驗進(jìn)行分類梳理，并且要使學(xué)生細(xì)化、系統(tǒng)化其中所呈現(xiàn)出的共性規(guī)律。有條件的學(xué)?？梢越M織學(xué)生到實驗室重做教材中的實驗，使學(xué)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(jìn)行分析與討論。這樣既能使學(xué)生深化對教材實驗的理解，又可以使學(xué)生形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計思想和原則。同時，教材中的經(jīng)典實驗更是實驗復(fù)習(xí)備考的重中之重。經(jīng)典實驗不僅在生命科學(xué)發(fā)展中占有重要地位，更能反映生命科學(xué)研究中的科學(xué)思維過程，可以培養(yǎng)學(xué)生的高階實驗素養(yǎng)。

3.2研讀高考真題

高考試題是命題專家組集體智慧的結(jié)晶，試題在命題角度、題量、題型、難度等方面都進(jìn)行了充分考慮和精心設(shè)計，試題材料新穎、立意高、設(shè)問準(zhǔn)確，充分體現(xiàn)了“一核四層四翼”的高考評價體系要求，能夠全面檢測學(xué)生的學(xué)科知識和思維品質(zhì)。借助上文的方法，學(xué)生在反復(fù)研讀歷年高考實驗真題時，通過不斷地總結(jié)和體會，會發(fā)現(xiàn)總有部分內(nèi)容屬于高頻考點，也能理解命題專家的思路。

3.3規(guī)范學(xué)科語言

?應(yīng)對試題，學(xué)生能否寫出科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、簡潔的學(xué)科語言是學(xué)科核心素養(yǎng)的重要體現(xiàn)。高考實驗題既能對學(xué)生基礎(chǔ)知識進(jìn)行考查，也是對學(xué)生邏輯思維、語言表達(dá)能力、學(xué)科核心素養(yǎng)的考驗。近年來，因填空式作答極大地限制了學(xué)生思維水平的發(fā)揮，無法準(zhǔn)確考查學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，不利于高校人才選拔和引導(dǎo)中學(xué)教學(xué)，因此高考中實驗題填空式作答正逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閱柎鹗阶鞔?。課堂是塑造學(xué)生學(xué)科語言習(xí)慣的重要場所，教師要以身作則，避免口語化的表述，充分調(diào)動學(xué)生積極性，鼓勵學(xué)生發(fā)表觀點并進(jìn)行同學(xué)間互評，引起學(xué)生對學(xué)科語言的關(guān)注。教師可講解學(xué)科語言特點、規(guī)范答題句式，利于學(xué)生對相對單一的具體問題采用規(guī)范的專業(yè)術(shù)語直接作答，也便于學(xué)生由表及里地厘清作答思路，依據(jù)邏輯，利用長句式進(jìn)行精準(zhǔn)表述。學(xué)習(xí)掌握學(xué)科語言不能到高三復(fù)習(xí)備考階段才開始，而是入學(xué)之初，教師就應(yīng)當(dāng)逐步滲透學(xué)科語言教育。經(jīng)過三年的學(xué)習(xí)、反復(fù)的練習(xí)，學(xué)生定會熟練、準(zhǔn)確、科學(xué)地使用學(xué)科語言進(jìn)行答題。

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