初中生物学实验探究题命题的设问技术

谢亮

试题的三要素包括考查目标、刺激情景和设问3个维度。设问的质量直接决定了“考试和评价”能否发挥导向激励作用，促进核心素养落地，设问就是为达成考查目标服务的。为了达成考查诸多实验探究能力与科学思维的目标，命题者应立足于刺激情景特点，挖掘出符合考查目标的设问。

命题是学科教师的必备专业素养，命题研究是落实“教—学—评”一体化的重要路径。因而，广东省基础教育教研基地（初中生物·中山）的建设目标之一是提升学科教师的命题能力，为此开展了系列的培训及命题比赛等。笔者以“中山市初中学段生物学科选拔赛”命制的实验探究题为例，阐述命题的设问技术。

命题的背景材料（节选）：

长期以来，中国处理生活垃圾的方法主要是不做分类，直接填埋。结果，垃圾中的有毒有害物质污染空气、土地、水资源；垃圾堆积滋生蚊虫老鼠等有害生物，这些都严重损害人类健康。

后来，人们采用焚烧代替填埋。然而由于垃圾未经预先分类，大量的不可燃垃圾（如金属、玻璃制品，包括含水量很高的餐厨垃圾）被送进了焚烧炉。这导致焚烧温度不够高，含氯的厨余垃圾（例如食盐）、塑料垃圾（例如聚氯乙烯）产生剧毒致癌物质——二噁英。二噁英在自然环境中，很难降解消除，会随大气环流长距离迁移，经皮肤、呼吸道和消化道进入人体或其他生物体内。它会破坏人类免疫系统、导致甲状腺激素和类固醇激素分泌失衡，影响生殖功能，甚至导致癌症。更严重的是二噁英影响幼儿发育，导致胎儿畸形等。

在此背景下，从2019年07月01日起，上海成为中国第一个实施“垃圾强制分类投放”的城市。该市生活垃圾分为以下四类：

……

垃圾分类后，由于只把能烧的垃圾送进焚烧炉，焚烧温度将显著提高。当焚烧温度高于850℃时，二噁英就不会产生，产生的热量还可以发电……

基于背景材料，在中山市的四种填空题题型中，笔者选择探究垃圾焚烧的实验作为情境，命制了一道实验探究题。试题情境如下：

二噁英是一种剧毒致癌物质。很难在环境中降解消除，會通过各种途径进入人体和其他生物体内。如垃圾未分类，导致焚烧时温度不够高，含氯的厨余垃圾（例如食盐）、塑料垃圾（例如聚氯乙烯）较易产生二噁英。

为了弄清楚二噁英在垃圾焚烧时的形成原因，科学家们做了以下实验：

A：实验用具：塑料垃圾，城市落叶，专业焚烧炉，气体检测设备等。

B：实验过程及结果如下表：

一、确定实验变量，围绕变量进行设问

变量是指实验设计中可以被操作的特定条件。根据在实验中的作用可分为自变量、因变量和无关变量。根据实验要求，设计者能改变的变量叫自变量；随自变量的改变而改变的变量叫因变量，二者形成因果关系，实验目的就是获得并解释这种因果关系。另外，实验中可能还存在一些其他因素，会对结果造成影响，这些变量称为无关变量。实验中需要控制无关变量，以保证自变量与因变量的因果关系，增加实验科学性。在命制实验题时，只有首先弄清楚实验中的各种变量，才能准确分析实验步骤、实验结果等问题。

垃圾焚烧时形成二噁英的原因是什么呢？根据刺激情景，我们发现主要有两个原因：焚烧时垃圾的种类和焚烧时的温度。

垃圾的种类。我们在日常生产、生活中，产生的垃圾种类非常多：可回收垃圾有废金属、废塑料等，有害垃圾有废电池、废药品等，湿垃圾有剩饭剩菜、枯枝落叶等，还有除这三类以外的干垃圾。垃圾的类别作为实验的自变量，可选择的实验材料太过宽泛，容易造成难以控制无关变量的情况，从而干扰实验的结果。所以本实验分别从可回收垃圾中选择了“塑料垃圾”，湿垃圾中选择了“城市落叶”作为实验材料。

焚烧时的温度。日常的焚烧，温度一般在300℃～650℃之间，容易产生有毒气体。专业的垃圾焚烧炉通过使用二次热解气化技术，解决一次焚烧时产生的有害气体。要达到二次热解气化，必须确保炉内温度一直维持在850℃以上。所以，实验分为“普通焚烧（温度低）”和“专业高温焚烧（850℃以上）”。

在提出问题、进行假设、制订探究方案、获取事实和证据、形成结论等过程中，提出问题、作出假设、得出结论等三个实验探究能力的测量目标是一致的，都需要对实验设计方案的进行分析，寻找自变量与因变量的关系（提出问题）；实验是基于哪个自变量对因变量的影响而设计的（作出假设）；证实自变量与因变量有何具体关系（形成结论）。

实验可以设问如下：①本实验研究的问题是什么？②实验方案所依据的猜想与假设是什么？③通过实验，形成的结论是什么？

参考答案：①是什么原因使垃圾焚烧时会产生二噁英。②二噁英的产生与焚烧垃圾的种类和焚烧时的温度有关系。③焚烧时垃圾的种类和焚烧时的温度会影响二噁英的产生。

因为提出问题、进行假设、形成结论这3个实验探究能力的测量目标是一致的，在实际命题中，往往只需要对其中一点进行设问即可。

二、聚焦对照实验，围绕实验设计进行设问

对照实验包含实验组和对照组。为了确保实验结果只是由于自变量的不同而引起的，应当使对照实验的两组除自变量以外，其他条件都要相同。根据实验的需要可以设置一组对照，也可以设置两组或两组以上的对照。

刺激情景中提到：“如垃圾未分类，导致焚烧时温度不够高，含氯的厨余垃圾（例如食盐）、塑料垃圾（例如聚氯乙烯）较易产生二噁英。”基于此，实验设计为：甲组（普通焚烧塑料垃圾）与乙组（普通焚烧城市落叶）形成一组对照实验；甲组（普通焚烧塑料垃圾）与丙组（专业高温焚烧塑料垃圾）形成一组对照实验。

聚焦对照实验，围绕实验设计进行设问，实验可设问如下：①甲组与_____组对照，变量是焚烧垃圾的种类。②甲组与乙组形成对照，变量是_____。③为了研究焚烧温度对于二噁英形成的影响，可将甲组与丙组设计为一组对照试验，①处应加入的物质是_____。④表（见上页）中空白处应加入的物质是_____，理由是_____。

参考答案：①乙。②垃圾的种类。③塑料垃圾100g。④塑料垃圾100g；单一变量原则/控制温度这一个变量。

上述两题考查的相同背景知识的实验设计能力，只是设问角度不同，题目难度也有所不同。其中，①和③都是基础设问，学生只需对表格中的情景进行简单分析即可作答；而②和④都需要学生有一定的归纳、推理能力，②中对于变量的填写，刺激情景中没有明确提及，需要学生自己归纳总结。我们在命题时，可根据实际情况，选择相应难度的设问。

三、逻辑推理适恰，围绕归纳演绎进行设问

推理是科学探究过程中的一种综合能力，是科学思维的具体体现。科学思维是指尊重證据和事实，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法去认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。在实验过程中，必须根据实验的结果做出合理的推理，才可能形成结论。要想使推理的结果更可靠，就需要实验者仔细观察和测量，把结果尽可能详尽地记录下来。同时，要全方位考虑各种因素对实验的影响，择取最可靠的推理作为结论。

正是因为各种因素  的存在影响着推理的合理性，所以在命题时，可以将其作为测量目标，通过设问“推理是否有不足之处”来考查推理、演绎能力。

实验可设问如下：①通过实验发现，普通焚烧城市落叶时无二噁英产生。某同学由此推测：农民焚烧农作物秸秆也无二噁英产生。老师认为，这样的推理不够合理，理由是：_____。②某同学根据推测：农民焚烧农作物秸秆不会产生二噁英。老师认为，要使推理合理，需要一个前提条件，即：_____。

参考答案：①农作物秸秆可能含有合成二噁英的原料（如含氯物质）。②农作物秸秆不含合成二噁英的原料（如含氯物质）。注：研究表明，使用农药会使秸秆燃烧释放二噁英。

如上两个问题测量目标是一致的，只是设问的形式不同而已，所以应答也基本一致。测量目标的关键点就是在于演绎推理是否合理，而演绎推理的合理性就在于对整个实验的综合分析，特别是对变量的辨析。此处由“普通焚烧城市落叶不产生二噁英”，推理出“焚烧农作物秸秆也不产生二噁英”，这样的推理需要一个前提条件，这种隐藏的前提条件给推理者带来了“负面”推理效果。当然，从命题的角度来看，正是这种“负面”效果，为命题提供了丰富的设问素材。

四、联系生活实际，围绕社会责任进行设问

社会责任是指基于对生物学的认识及对科学、技术、社会、环境相互关系的理解，参与个人和社会事务的讨论，做出理性解释和判断，解决生产生活问题的责任担当和能力。生物实验探究题命题时，也应注意指引学生关注与生物学相关的社会问题，初步形成主动参与社会决策的意识。

此题可以设问如下：作为中学生的我们，在垃圾分类方面，可以怎么做？请写出两点。

参考答案：①加强理论学习，明白垃圾的种类。②以身作则，分类投放垃圾。③提醒父母及身边同学等，注意垃圾分类。④参与社区公益等活动中，加强宣传垃圾分类等（此题具有开放性，答案不是唯一，只要做法合理，符合中学生身份即可）。

此题旨在引导学生热爱自然，提高保护环境的意识，在检查学生语言表达的同时，突出对生物学科核心素养，特别是对学生社会责任感培养情况的考查，了解学生能否用生物学的视角，主动参与解决社会的实际问题。

生物学实验探究题以其较强的甄别功能在“广东省初中学业水平考试（生物学）”中占据了重要的位置。其内含的科学探究能力是多元的，复杂的。对于实验探究题的命题，测量目标在于确定实验变量、完善实验设计、明晰逻辑推理、紧扣学科素养等方面去挖掘，这是实验探究题命题的设问技术，也是教师日常教学与复习的工作重点。

注：本文系广东省基础教育教研基地项目（初中生物·中山）研究成果