高考生物学实验题科学探究素养水平分析

申定健

(四川省绵竹市南轩中学 绵竹 618200)

为了准确刻画学生学业质量和学业成就表现，《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(新课标)将素养划分为四个等级水平，并以此作为考试命题的重要依据。生物学是一门以实验为基础的自然学科，生物学实验更是学科核心素养培养和发展的主要载体，高考更加注重以实验题形式考查科学思维、科学探究素养水平，这一考查趋势在近几年的全国卷生物学试题中得到了印证。鉴于此，笔者尝试运用科学探究素养水平考查分析高考实验试题，以求把握未来高考命题特点和趋势，为实验教学和备考提供参考。

1 科学探究素养分析

1.1 科学探究素养定义 新课标将“科学探究”素养定义为学生能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力[1]。科学探究素养要求学生应在探究过程中，逐步增强对自然现象的好奇心和求知欲，掌握科学探究的基本思路和方法，提高实践能力；在探究中，乐于并善于团队合作，勇于创新。

1.2 科学探究素养水平划分和细化 以新课标关于科学探究素养水平划分为依据，结合科学探究素养组成的五项能力，将每项能力细分出四个等级(表1)。水平差异主要表现为学生在不同复杂程度的情境中运用探究方法解决问题的程度，素养水平依级递进。一、二级水平解决问题的情境相对简单和解决问题的程度相对较低，作为生物学学科学业水平合格考试的考查要求和命题依据；三、四级水平解决问题的情境相对复杂和解决问题的程度要求较高，作为本学科学业水平等级考试的考查要求和命题依据。

2 基于科学探究素养水平的高考实验试题分析

2.1 观察能力考查实例(2017年高考全国I卷第2题) 下列关于细胞结构与成分的叙述，错误的是(B)

A. 细胞膜的完整性可用台盼蓝染色法进行检测

B. 检测氨基酸的含量可用双缩脲试剂进行显色

C. 若要观察处于细胞分裂中期的染色体可用醋酸洋红液染色

D. 斐林试剂是含有Cu2+的碱性溶液，可被葡萄糖还原成砖红色分析： 本题考查科学探究素养中的观察能力，依据细胞结构功能特点和细胞成分的结构特点和化学性质，采用不同的染色方法进行观察和鉴定，归属于“能够正确使用工具进行观察”，考查素养二级水平。

表1 科学探究五种能力素养水平划分表

2.2 提出问题能力考查实例(2017年高考全国I卷第4题) 某同学将一定量的某种动物的提取液(A)注射到实验小鼠体内，注射后若干天，未见小鼠出现明显的异常表现。将小鼠分成两组，一组注射少量的A，小鼠很快发生了呼吸困难等症状；另一组注射生理盐水，未见小鼠有异常表现。对实验小鼠在第二次注射A后的表现，下列解释合理的是(C)

A. 提取液中含有胰岛素，导致小鼠血糖浓度降低

B. 提取液中含有乙酰胆碱，使小鼠骨骼肌活动减弱

C. 提取液中含有过敏原，引起小鼠发生了过敏反应

D. 提取液中含有呼吸抑制剂，可快速作用于小鼠呼吸系统

分析： 本题考查科学探究素养中的提出问题能力，题中给定特定实验情境为“将注射过提取液(A)的实验小鼠分为两组，实验组小鼠再次注射少量的A，很快发生了呼吸困难等症状，而注射生理盐水的对照组小鼠未见小鼠有异常表现”，让学生基于实验情境提出可探究的生物学问题，采用假说演绎和推理的方法，验证所提生物学问题的科学性和合理性。归属于“针对特定情境提出可探究的生物学问题”，考查素养三级水平。

2.3 制订并实施方案能力考查实例(2017年高考全国I卷第29题) 根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型： 简要写出： (1)实验思路；(2)预期实验结果及结论即可。(要求： 实验包含可相互印证的甲、乙两个组)

参考答案(1)实验思路 甲组： 将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并监测其放射性。乙组： 将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并监测其放射性。(2)结果及结论： 若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。

分析： 本题考查科学探究素养中的制订并实施方案能力，题中给定条件为“宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料”，属于典型的“基于给定的条件，设计并实施探究实验方案”，考查素养三级水平。

2.4 获取证据或数据能力考查实例(2017年高考全国III卷第5题) 某陆生植物种群的个体数量减少，若用样方法调查其密度，下列做法合理的是(B)

A. 将样方内的个体进行标记后再计数

B. 进行随机取样，适当扩大样方的面积

C. 采用等距取样法，适当减少样方数量

D. 采用五点取样法，适当缩小样方的面积

分析： 本题考查科学探究素养中的获取证据或数据能力，学生基于“某陆生植物种群的个体数量减少”情境，选用恰当的方法如实记录和分析实验结果，考查素养二级水平。

3 基于科学探究素养水平分析的高考实验命题特点

3.1 考查形式多样且有所侧重 目前，高考试题考查科学探究的五种能力素养有选择题和非选择题两种形式。“观察能力”侧重以选择题形式考查，类似的考查还有2016年全国III卷第2题、2014年全国I卷第4题和2016年江苏卷第19题；对于考查“提出问题能力”非常典型的2017年全国I卷第4题，高考以选择题的形式考查对给定的实验情境提出问题进行演绎推理的“试题较少出现”，而且这类“新颖”试题是“高考生物试题希望达到的一个境界”，可代表未来高考命题的一种趋势；“制订并实施方案能力”侧重以非选择题的问答题形式考查，也是高考越来越注重科学探究素养考查的重要体现，类似的考查还有2017年全国III卷第32题和2016年全国I卷第32题；“获取证据或数据能力”采用选择题和非选择题形式灵活考查，类似的考查还有2016年全国II卷第5题和2014年全国II卷第31题；“表达交流能力”在目前高考试题没有具体考查体现，也是命题的难点。

3.2 考查能力界于二、三级水平之间 从上述考查实例分析可以看出，现有高考考查科学探究素养水平界于各项能力的二、三级水平之间。目前高考录取率已达70%，升学已成为高中毕业生主要途径，二、三级水平的素养考查，符合当前高考选拔功能的要求。从一份高考试卷整体来看，科学探究素养的五项能力都可以按照不同水平进行分类考查，不同素养水平在试卷均有较好的体现，有利于不同水平学生对不同等级素养发挥。应当注意的是，高考考查“制订并实施方案的能力”均是三级水平，能力水平要求较高，可以较好区分不同水平的学生。高考实验题尤其是遗传部分的实验题更加倾向于采用“给定条件设计并实施探究实验方案”的方式命题，这也是未来高考命题的主要方式。

4 讨论与建议

4.1 教学应注重科学探究素养的分类达成 培养学生科学探究素养是生物学实验教学的价值追求，也是实验教学的预期目标。科学探究素养所涵盖的能力，需要通过每节实验课或实验活动来逐步培养形成。教师在制订实验的教学计划时，应全面考虑科学探究素养的有效完成和落实，对于不同的实验内容，在落实科学探究素养五项能力培养时应该有所侧重。

例如，教材“观察DNA、 RNA在细胞中的分布”“用显微镜观察多种多样的细胞”等观察类实验应注重培养学生观察能力，“调查常见的人类遗传病”“种群密度的取样调查”等调查类实验应注重培养学生获取数据能力，“探究影响酶活性的因素”“探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用”等探究类实验注重培养学生提出问题和制订并实施方案能力。

4.2 教学应为探究性学习创设真实的情境 探究式教学是教学落实科学探究素养培养的重要途径，有效探究基于真实情境进行。学生在真实的情境才能表现出真实的关键能力和必备品格，情境越真实越能反应学生的核心素养水平[2]。为此，教师在实施探究式教学中，要结合具体的教学内容，为探究性学习创设真实的情境。从学生的生活经验、经历中提出探究性的问题，从社会关注的与生物学有关的热点问题切入，尤其是高三复习备考时更应注重创新探究情境。

4.3 教学应遵循素养水平递进关系进行培养 要对学生科学探究素养水平进行精细刻画，从低到高依级递进。教学应认识到素养的低级水平是高级水平建构基础，遵循素养水平递进关系进行循序渐进的培养和提高。参照高考考查能力水平要求，将素养按照五项能力水平进行细化，将更加有利于科学描述和评价学生素养水平层次，从而真正做到对每一位学生有针对性和差异性的培养。

4.4 教学应注重学生表达交流能力的培养 探究式教学鼓励学生参与设计实验，并完成多种类型的实验，包括： 观察类实验、验证类实验、调查类实验、探究类实验、模型制作以及模拟实验。实验教学中，学生以小组为单位，针对具体情境提出可探究的生物学问题，自行设计并完成实验，如实记录实验结果，使用多种方法分析实验数据，得出符合科学事实的实验结论，最终形成书面的实验报告和科技小论文，开展班级或学校作品展览会或说明会，提高学生表达交流的能力。如此，既能满足高考实验设计考查的语言表达能力要求，也为学生进一步学习和走入社会奠定基础。