基于科学探究评价的试题分析及教学策略——以“2021年成都市初中学业水平考试（生物学）试题”为例

四川省成都市第十一中学 易 琴

四川省成都市青羊区教育科学研究院 吴 强

随着新课程改革的实施，初中学业水平考试（生物）试题有了变化，考查内容更贴近社会发展要求，注重培养学生的学科核心素养。而科学探究是生物学学科核心素养中的重要内容，它以科学探究能力为主体，包含了对科学探究的认知和相关情感意识的培养。因此，本文从科学探究评价的角度，以2021年成都市初中学业水平考试（生物学）试题为研究对象，分析科学探究试题的考查特点，剖析学生主要问题，以期实现高效复习与学生生物学核心素养发展的有机结合，达到培养全面发展的人的目的。

一、聚焦科学探究要素中的目标分析

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》里明确提出：科学探究包括能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、方案实施以及结果的交流与讨论能力。《义务教育生物学课程标准（2011年版）》将科学探究解析为六个要素：提出问题、做出假设、制订计划、实施计划、得出结论、表达与交流。根据布鲁姆（Benjamin Bloom）教育目标分类法，对2021年成都市初中学业水平考试（生物学）试题中所考查的科学探究要素基本要求进行归类时发现：试题主要聚焦点在“应用水平”和“分析水平”，注重渗透过程性知识、元认知知识，从低阶思维逐渐上升到高阶思维，分析问题得出结论并延伸（见表1）。

二、初中学业水平考试的科学探究试题例析

（一）科学探究要素之考查探究方法

科学探究基本方法包括：观察法、实验法、调查法、比较法、分类法、收集和分析资料法。初中生物学教材中有许多章节都渗透了科学探究方法，如用实验方法研究涡虫的行为，法布尔用观察法研究昆虫等。试题中对科学探究方法的考查更是灵活多样，2021年成都市初中学业水平考试首先考查了学生对科学探究方法的掌握（见例1）。

表1 科学探究要素中的目标分析

例1（2021年成都市初中学业水平考试第1题）衣藻是单细胞生物，细胞都有精致而复杂的结构。为了清楚地观察衣藻的形态结构，人们常常采用的方法是（ ）。

A.肉眼直接观察 B.设计调查方案

C.用显微镜观察 D.设置对照实验

科学探究素养评价：本题以衣藻为对象，考查科学探究基本方法中的观察法，即在自然状态下，按照一定的计划和目的，研究者用自己的感官或外在辅助手段，对客观事物进行系统的感知、考察和描绘，进而得出或验证科学结论。通过肉眼可以直接进行科学观察，也可以利用摄像机、照相机、电子测量仪等工具，或借助放大镜、光学显微镜、电子显微镜等仪器精确观察。衣藻是单细胞生物，大小在7微米 10微米，肉眼无法直接观察。光学显微镜是由多种透镜组合成的一种光学仪器，主要用于放大微小物体，在50倍物镜、10倍目镜下就可以清晰地看到衣藻的结构，所以人们常常采用的方法是用显微镜观察，故选C。

（二）科学探究内容之重视科学史实验

教材上许多经典的科学史实验是科学探究试题主要测试类型之一，如光合作用的探究历程（见例2）、基因的位置、血型的发现等科学史实，既能引导学生掌握科学探究过程，又能设置具体步骤检验学生的科学探究能力。

例2（2021年成都市初中学业水平考试第6题）德国科学家萨克斯在1864年做过这样的实验：先把绿叶放在暗处数小时，然后把叶片的一部分暴露在光下，另一部分遮光，过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，结果未遮光部分变成了蓝色，遮光部分未变蓝（见图1）。该实验能得出的结论是（ ）。

图1

A.光是叶绿素形成的必需条件

B.光是绿叶合成淀粉的必需条件

C.绿叶在光下能够释放氧气

D.绿叶进行光合作用需要二氧化碳

科学探究素养评价：此题为教材科学史实验“探究绿叶在光下合成淀粉”，属于定性分析实验，主要考查科学探究基本方法中的观察法、比较法、实验法。探究思路是制订计划选出要素中的控制变量和实验对照，叶片遮光部分和暴露在光下的部分形成对照，遮光部分由于人为处理，是实验组；暴露在光下的部分是对照组。用碘蒸气熏蒸叶片后的实验现象表明，叶片的未遮盖部分遇碘变蓝，说明这里产生了淀粉，用不透光纸遮盖的部分遇碘没有变蓝，说明这部分叶片没有淀粉产生，得出绿叶合成淀粉需要光，故选B。

（三）科学探究素材来源之联系社会与生活

科学探究主观题的设计通常与生活、社会紧密相关（见例3），目的是激发学生对生物学知识的探究兴趣，体会生物学价值，重视学以致用，提升学生分析和解决实际生活问题的能力，培养学生关心社会、健康生活和保护生态文明的科学素养。

图2

例3（2021年成都市初中学业水平考试第25题）“全民参与垃圾分类，共享环保低碳生活”。《成都市生活垃圾管理条例》已于2021年3月1日起正式实施，按该条例规定，生活垃圾应分四类（可回收物、有害垃圾、厨余垃圾和其他垃圾）投放，但仍有一些市民未严格执行分类标准，将废旧电池随意投放。研究表明，废旧电池中的有害物质从电池中溢出来，进入土壤和水源，会影响植物和动物的生命活动，对人的神经、消化、泌尿、运动等多个系统也会造成严重损害。某生物兴趣小组设计了如下实验来探究废旧电池对植物生长的影响。

实验步骤：①取一节废旧电池，将外壳锯开露出内容物；②在A，B两个培养皿中放入等量大蒜，加入等量清水没过大蒜底部；③在A培养皿中放入锯开的废旧电池，B培养皿不放电池；④将A，B培养皿放置在光照等条件相同且适宜的地方，观察比较蒜苗的生长情况。一周后，实验结果如下。

回答下列问题：

（1）该生物兴趣小组做出的假设是__________。

（2）该实验过程中，设置B组的目的是________，两组装置都放在相同的环境中，目的是__________。为了使实验结果更加准确，可以采取__________等措施减少实验误差。

（3）比较A，B两组实验结果，你能得出的结论是__________。

根据该实验结果，你认为废旧电池应该投放到下列四个垃圾箱（见图3）中的__________。

（4）假如你是所在社区的“垃圾分类指导员”，你会采取哪些方式引导社区居民进行垃圾分类？___________________（至少答出两条）。

图3

科学探究素养评价：此题不再局限于教材上的探究实验，是一道与生活密切相关的开放性题目。第（1）问中是考查科学探究要素中做出的假设，根据探究题目“探究废旧电池对植物生长的影响”，结合已有知识和经验，学生均可做出假设“废旧电池浸出液会影响大蒜的生长”。第（2）问中，依据实验步骤主要考查科学探究的三个重要原则，即对照原则、单一变量原则、重复原则。A培养皿中放入锯开的废旧电池，B培养皿不放电池，即B培养皿中的种子只浸泡在清水中，两组形成对照。为了确保实验结果是由废旧电池浸出液引起的，就应当使这两组种子所处液体环境不同，其他条件都相同，以此避免无关变量干扰实验结果，即遵循单一变量原则。为了使实验结果更加准确，通常要进行重复实验，减少实验误差，增强实验现象、数据的可信度。第（3）问中，比较实验结果，得出结论。A培养皿中大蒜及蒜根腐烂说明废旧电池浸出液有害，会影响大蒜的生长，应该投放到有害垃圾箱中，故丁正确。第（4）个问题，作为社区“垃圾分类指导员”，首先要起到宣传动员的作用，因此可借助互联网转发新闻推送、张贴垃圾分类海报、知识竞赛等多种方式调动社区群众的积极性，让社区居民明确垃圾分类的意义、方法、注意事项，有效进行垃圾分类。本题渗透实验探究能力、综合分析能力的考查，属于典型考查科学探究素养的试题。

三、学生主要存在的问题

（一）缺少情境体验，科学探究兴味索然

在学习科学探究时，大部分课堂教学将探究等同于实验，即对照书上现象、结论一步步完成，导致学生缺乏科学探究兴趣。如例2考查科学家萨克斯做“探究绿叶在光下合成淀粉”的实验，学生在学习过程中很少甚至没有体验过类似科学史探究实验，因此，他们往往会因为记忆的不准确而误选。甚至当考题出现新情境时，由于学生缺乏科学探究兴趣也会导致他们无法将所掌握的知识顺利迁移至新情境中。

（二）缺少亲身参与，科学探究能力薄弱

对教材上固定的科学史探究素材，学生大多只顾识记探究实验结论，忽视对探究过程的思考、质疑、证实，没有通过亲身参与科学探究来体验和感悟其本质与特点。如例3在探究废旧电池对植物生长的影响时，学生可能会出现实验目的、步骤设计不准确的问题，这些都暴露出学生在制订计划、实施计划等实验探究方面能力薄弱。由于动手实践机会少，学生无法准确掌握新情境中的设计思路，容易造成理解上的偏差。

四、培养学生科学探究素养的策略

（一）精心组织科学史素材，激发学生探究兴趣

生物学科学史记录着科学家们探索生命现象的过程与方法，经过编者恰当选择后呈现在教材中，教师若能抓好科学史素材，可以让学生了解当时生物学的发展逻辑，理解科学探究的本质及特点，培养探究兴趣。即使学生不能完全迁移运用，也能从中感受到科学家投身科学工作的精神，进而积极学习科学探究精神与品质。如在学习植物光合作用时，教材从柳苗生长之谜引入，探究植物是否是“吃土”长大的，于是科学家海尔蒙特设计了一个简单而又巧妙的实验发现“水才是使植物增重的物质”。之后科学家普利斯特利、英格豪斯、萨克斯等都做了不同的实验来探究光合作用的生理活动，犹如一个个生动的故事等着我们去讲述。

（二）重视探究性实验，培养学生的探究能力

学生有了探究兴趣，还需要获得探究能力。在目前课堂教学中，大多以验证性实验教学为主。因此，教师适当增加探究性实验，合理设计探究活动具有重要意义。如在潮湿又温暖的季节，食物很容易生霉，尤其是在成都这样一个城市里。根据生物学教材《生物与环境的相互影响》这一节的教学内容，教师可以给学生布置课后实验：探究温度和湿度对霉菌生长的影响。实验器材只涉及家用冰箱、面包片（或其他食材），无需化学试剂，操作简单，但可以让学生自己提出问题，进行猜想与假设“霉菌适合在温暖潮湿的环境生长”，在此基础上制订计划，设置对照组“第一组为干燥、温暖环境下的面包片；第二组为潮湿、温暖环境下的面包片”，其他条件相同进行探究实验，记录现象，得出结论，课堂上展示并交流，撰写分析报告等。让学生以研究者的身份展开科学探究，使其建立起完整科学的知识结构，培养科学探究能力，让学生能主动参与多种有趣生物学现象的探索，做到“学起于思，思源于疑”。

（三）联系生产生活，提升学生的意志品质

随着经济发展和城市化进程的加快，培养学生树立保护生态环境意识、关爱他人、关爱生命，是教育的首要目标。因此，教师在课堂教学中应联系生产生活，创设实际生活情境。此外，教师也可以选取身边具体生活环境的变化作为生物学试题情境，延伸其可能出现的考查形式，真正实现陶行知先生的“生活即教育，用生活来教育，为生活而教育”，培养未来合格接班人。

综上所述，初中学业水平考试中科学探究试题包涵科学探究的基本方法、科学史实验、素材来源于生活与社会等方面内容，提高了对学生分析综合能力、推理验证能力和迁移运用能力的要求。因此，教师在指导学生探究活动时，既要通过教材探究实验合理提升学生的科学探究能力，又要重视设计以真实情境为依托的完整探究活动，培养学生的科学精神与品质。