基于2010年高考实验探究试题分析谈实验探究教学开展与实验装备配置

李正福李春密谭 琳

1.北京师范大学 北京 100875 2.北京回民学校 北京 100053

☆专题：新课改后高考对高中理科实验教学的影响☆

基于2010年高考实验探究试题分析谈实验探究教学开展与实验装备配置

李正福1李春密1谭 琳2

1.北京师范大学 北京 100875 2.北京回民学校 北京 100053

按语：2010年高考是北京市实行高中新课程改革后的首次高考，之前部分省市也开展了高中新课程改革。本期本刊特约北京师范大学、首都师范大学的教育专家及相关省市一线高中理科任课教师，从不同层面、不同角度分析高考试卷，探究高考对高中理科实验教学产生的影响及应对策略。

本文通过分析2010年高考实验探究试题，梳理能力考查的要求，挖掘实验探究试题的特点，在此基础上给出实验探究教学建议，并对实验装备进行了探讨。

实验探究 高考试题 实验装备

倡导科学探究是本次基础教育课程改革的主要内容之一，其主要目的就是培养学生的科学探究能力，提升他们的科学素养。科学探究教学有多种方式，实验探究是理科教学中较为普遍的一种。将科学探究与科学实验结合起来，在探究中进行实验，或者依托实验进行探究，既能发展学生的实验能力，又可以比较全面地培养科学探究能力。如何考查和评价实验探究是当前理科教学中的重要问题，采用实验探究试题来考查学生的实验能力和探究能力不失为有益的尝试。有鉴于此，本文试图通过对高考实验探究试题的分析，归纳出该类试题的特点，并在此基础上对实验装备和实验探究教学提出建议，以期对理科教学以有益的启示。

一、高考对实验及探究能力的要求

生物、化学和物理是传统的理科科目，都属于自然学科，都以自然世界为主要研究对象，实验和探究是它们的共同特点。高考中进行探究能力考查也主要集中在这3门学科的试题中。新课改强调，实验和探究不仅是理科教学的重要内容和学习方式，也是理科教学应当达成的课程目标。新课改高考也对实验能力和探究能力明确提出了考试要求。为了说明在新课程改革后高考对实验能力和探究能力的考试要求，下面以首次进行新课改高考的北京为例，分析和比较《2010年普通高等学校全国统一考试北京卷考试说明》中生物、化学和物理3科的能力要求，各科考试的能力要求见表1。

表1 2010年北京高考理综三科的实验及探究能力的考试要求

从表1可以看出：

1.3个科目都对实验能力和探究能力提出了考试要求

实验和探究都是自然科学的基础，是自然科学发展的动力。在理科教学中，实验具有不可替代的重要作用和地位，科学探究也同样如此。因此，对实验能力和探究能力进行评价，并在选拔性考试中作为一项重要的考查内容而提出明确的要求，也是情理之中的。

2.实验能力的具体要求

3个学科对实验考查的内容和要求基本相同：一是指明了所要考查的实验内容，是教材所规定的实验；二是提出了能力要求，要求考生能够正确使用和选择实验仪器，能理解实验原理和方法，能掌握应用相关操作，能够收集、处理数据并对相关现象进行解释、分析、说明和评价；三是考查的实验类型有所改变，将探索性试验和设计性试验的考查划归于探究能力的要求之下。总体来说，实验能力的考查要求明确，体现了实验的基础性地位，突出了实验能力本身的内涵和意义，这将有助于高中理科的实验教学和实验备考。

3.科学探究能力的具体要求

3科均对学科问题的初步探究能力提出了要求，虽然详略不一，但主要都包括提出解决问题的思路和方案、构建模型、设计实验、进行实验、收集和处理数据、得出结论、进行解释和评价、进行修改和完善等方面。此外，物理学科还明确给出了信息获取、问题提出等方面的要求。

4.实验能力和探究能力的关系

3门学科的考试说明对于实验能力和探究能力的陈述，出现了合并陈述和分开陈述两种情况。化学和生物就采取了两种能力合并陈述。而物理学科却不这么处理，不仅将两种能力的要求分开描述，还将实验能力归于基础能力层次，将探究能力归于较高能力层次，即使在探究能力具体要求中出现了实验能力方面的内容，也只限于实验的设计。

科学探究的方式有许多种,实验只是其中的一种,还有其他的方式和途径,但是由于实验在探究中的重要作用以及通过实验进行探究所具有的实践性、完备性和丰富性,实验探究就成了探究教学最为主要的形式。探究能力的考查要依照探究教学的实际情况。从实验探究教学出发,借鉴实验能力考查的经验,并将实验能力和探究能力的考查进行一定程度的综合,实验探究试题就应运而生了,频繁出现在各种考题中,成为纸笔考试考查探究能力的主要方式。

二、2010年高考实验探究试题的分析

在高考理科综合考试中，实验探究试题是科学探究能力考查的主要形式。将实验探究试题进行整理分析，找出其特点和规律，对于指导探究教学和高考备考都有重要的意义。2010年高考理科综合实验探究试题的情况见表2。

表2 2010年高考理科综合3科实验探究试题概况

实验探究试题在高考试卷中呈现出以下特点：

1.各卷各科均有实验探究试题

除全国卷I，II因为尚未进入新课改高考，其余各卷都是新课改高考试卷，都对科学探究能力提出了考试要求。各套理综试卷都有实验探究试题，分值在12～60分之间不等，有选择题、填空题、作图题、简答题、信息题等题型。有的试卷，3门学科均有实验探究试题,有的试卷只有某一学科或者某两门学科有该类试题。在新课改高考的13套试卷中，有6道化学实验探究试题，生物13道，物理8道。

2.以考查探究能力为主，兼顾实验能力

实验探究试题主要目的在于探究能力的考查，实验能力只是作为探究能力的一部分。实验探究试题,对于实验的考查多数集中在实验原理、实验步骤和实验操作方法上，物理部分试题还考查了数据的处理，基本上没有试题考查基本仪器的使用方法。

3.科学探究能力考查的特点

科学探究能力的组成要素，各学科之间存在着一定的差异，但是最为基本的要素却比较一致。表2中整理出各道试题所考查的探究能力要素，呈现出一些特点：第一，各题考查的探究能力要素多寡不一，有的试题只考查了某一个或者几个要素，有的试题考查的就比较全面；第二，有些探究能力要素出现的频次很高，比如分析与论证、设计实验，而另一些探究能力要素出现的频次较低，甚至受到纸笔测试的限制而无法考查，比如提出问题、交流与评价；第三，由于学科特点不同，不同学科考查的侧重点也不一样，比如物理学科对于数据的收集和处理要求较高，物理实验探究试题对这一要素考查的就比生物和化学要多一些；第四，科学探究能力要素的考查要求水平不一，有些要素的考查要求比较高，比如设计实验、控制变量，有些要素要求的比较一般，比如评估、猜想与预测。

4.实验探究试题取材科学、合理

实验探究试题的素材内容丰富，源于教材，但不拘于教材，体现了学科知识与社会、科技、生活的联系，反映了当前社会生产生活的现状和特点，考虑了各学科之间的联系。比如，化学试题对化工生产中相关化学知识的考查，物理试题对太阳能利用中的电学知识的考查，生物试题对诸如赤潮、抗旱等环保议题的关注。

实验探究试题在高考试卷中频繁出现，成为科学探究能力考查的主要方式，这种题型和考查方式在一段时间内还会继续存在。对实验探究试题的分析，把握其特点，了解其趋势，对于我们改进探究教学和高考备考都有重要的意义。

三、实验探究教学开展的建议

《考试说明》界定了高考对实验能力和探究能力的要求，实验探究试题呈现了考查的具体形式和内容。通过对它们的整理和分析，我们从中得到一些启示，用以改进实验探究教学，以期提高学生的探究能力和科学素养。

1.加强实验教学，培养实验能力

确保实验的正常进行是开展实验探究教与学的基本要求。实验是探究的主要途径，探究需要借助于实验来推进，如果实验不能正常进行，实验探究也就无从谈起。所以，必须加强实验教学，培养学生的实验能力。

实验能力的培养要注意四个方面。第一，引导学生对科学实验的兴趣。教师要有目的地引导学生，把他们的兴趣引向实验能力的发展上来；第二，加强对学生实验技能的训练。必须加强演示实验的示范讲解、分组实验的实操训练，严格要求，严格操练，使学生掌握实验仪器的主要性能和使用方法；第三，引导学生领会教材中科学实验的设计思想和实验方案。教材中的实验给出了设计实验的思想和进行实验的方法，教师必须引导学生对这些思想和方法进行必要的归纳和总结；第四，鼓励学生多做课外实验。学生通过课外实验可以独立操作实验器材、设计实验方案、选择实验仪器、分析实验数据、评价实验结果和对实验进行改进，因而可以更好地提高实验能力。

2.把握科学探究过程，全面提高科学探究能力

经过几年的摸索和尝试，科学探究能力的考查逐渐有了发展，考查范围覆盖了科学探究能力的多个要素。从2010年高考实验探究试题来看，考查了猜想与预测、设计实验、控制变量、进行实验、收集数据、处理数据、分析与论证、误差分析、评估与交流等方面内容。这就要求在教学中，应该着眼于科学探究的整个过程，重视每个探究要素的教学，全面培养学生科学探究能力。

科学探究能力的培养要注意五个方面。第一，科学探究能力由科学探究内容、科学探究的过程和科学探究能力的品质这3个维度组成，培养学生的科学探究能力应该注重3个维度的协调发展，逐步形成完整而合理的结构；第二，科学探究能力的培养必须贯穿于科学内容的教学与探究过程中，并且将能力品质的训练作为培养科学探究能力的突破口，要谨防科学探究中淡化理论思维的做法；第三，科学探究能力以科学知识和探究技能为基础，科学探究能力的发展离不开知识的理解和技能的掌握，抛开具体的知识进行空泛的科学探究，不利于探究能力的发展；第四，教材中设置了不同的探究活动，比如实验探究和理论探究，不同的探究活动可以有针对地培养探究能力的不同要素，教师要挖掘教材中的探究活动，有计划、有步骤地培养各个要素；第五，引导学生将课内探究与课外探究结合起来，将课内学习的内容应用到课外探究中去，独立开展探究活动，锻炼自己的探究能力。

3.开展形式多样的实验探究活动，强化实验探究训练

实验探究的形式多种多样，可以是课内的实验探究也可以是课外的实验探究，可以是学生自主探究也可以是在教师指导下的实验探究，可以历经整个探究过程也可以着重某些探究环节。具体来说，实验探究类型有：演示实验探究、分组实验探究、边学边实验探究、课外实验探究。演示实验探究主要在于展示规范的实验操作、激发学生探究兴趣、引导学生观察现象、启发学生提出问题；学生通过分组实验探究，可以训练规范的实验技能、体验完整的科学探究、领悟实验设计的思想和方法；边学边实验探究将教师的主导作用和学生的主体地位结合起来，学生在教师的引导下围绕着科学问题，通过科学实验进行科学探究，在探究过程中可以很好地交流与合作，展开较为深入的讨论和思考；课外实验探究具有较强的独立性和实践性，通过课外实验探究可以培养学生自主学习、勇于探究和严谨的科学态度。在教学中，要充分开展多种形式的实验探究，通过不同形式的实验探究，在探究目的、实验器材、探究方案、操作过程、数据分析、主体性、创新性等方面加强学生探究能力的训练。

4.突出训练学生探究设计能力、数据分析处理能力和分析与论证能力

高考实验探究试题呈现出的一个特点就是，探究设计能力、数据分析处理能力和分析与论证能力的考查频次多、要求高、内容广泛。2010年高考中，实验探究试题对探究设计能力的考查有10道题，对分析与论证的考查有19道题，对数据分析处理的考查有9道题。探究方案设计能力、分析与论证能力和数据分析处理能力都是进行科学探究的重要环节，是衡量学生科学探究能力高低的重要指标，是历年高考考查的重点，应当引起理科教学的充分重视。在教学中，要创设条件，对学生加强方案设计、分析与论证、数据收据与处理等方面的训练。根据《课程标准》对这些探究能力要素的教学要求，在实验探究过程中，尽量让学生亲身经历方案设计的过程，分析实验要解决的主要问题，提出解决这些问题的各种方案的优劣，通过筛选、优化、组合形成探究方案，在探究结束时还要评价这个方案。对实验数据进行分析处理，需要明确数据处理的基本方向、科学原理、数学思路、处理方法、处理手段等各个方面，要引导学生发现数据之间的关系，要掌握列表法、图像法、公式法等数据处理方法，能够对实验结果进行客观、准确、简洁、清晰地描述，能够合乎逻辑地得出正确的结论。

实验探究的灵魂是科学探究，途径是科学实验，保障是掌握基本的实验技能。实验探究教学要重视学生实验能力的提高，培养他们的实验技能，确保实验能够顺利进行，同时也必须牢牢抓住科学探究，积极创造科学情景，引导学生开展各个角度、多个层面的科学探究。在实验探究教学的过程中，既要依托实验进行科学探究，也要在探究过程中不断促进实验能力和探究能力的发展，特别是方案设计能力和数据处理分析能力。只有这样，才能真正发挥实验探究的教育功能，在教学过程中培养学生的能力，提高他们的科学素养。

四、高中理科实验装备配置的建议

实验装备是开展实验教学的物质基础和必要保障。兵马未动，粮草先行。实验探究是一种新型的实验教学形式，开展实验探究，既需要依托已有的实验装备，充分发挥它们的功能和作用，也需要开发新的仪器和设备,满足实验探究教学的特殊要求。

1.加强实验室建设

实验室是学校基本的办学条件之一，也是重要的课程资源。随着课程改革的不断推进，实验室的功能和地位越来越得到凸显和强化。这就要求，实验室应提供按照国家课程标准规定的实验内容和要求开设实验课的环境和条件，应满足进行课堂演示实验和学生分组实验的要求。学校应根据选用的国家课程、地方课程和校本课程教材来满足教学需要，采取按国家和地方相关标准选配、定制、自制的方法,配齐配足课程教学中演示实验、分组实验、教学训练和综合实践活动所需要的教学仪器设备。做好教学仪器设备更新工作,逐步提高学校的装备水平。

2.健全实验室人员队伍

实验室人员是实验室建设的主力军，应该重视实验室人员队伍建设，健全实验室人员队伍，形成合理的实验室人员管理和培训机制。就目前来看，实验室人员主要包括实验教师、技术人员和管理人员，他们承担着实验室建设和保证实验教学正常开展的重要任务。实验室工作是一项具有较强专业要求的工作，需要一定的专业知识和技能，实验室人员应该具备相应的学历水平和专业背景，还需要不断地参加教育培训。这次课程改革，实验教学和装备有较大的改变，需要实验室人员在理念和行动上有所改进，要求他们必须学习和领悟课程改革的精神，按照不同学科的具体要求展开创造性的工作。

3.配足实验仪器和实验材料

实验仪器和实验材料，是学生直接学习的重要内容，学生对实验仪器和药品的掌握程度是实验教学最终效果的直接体现。对实验仪器的使用，对药品性质的把握，是高考经久不衰的热点，这在今年的高考试题中也可以得到验证。从教学装备来说，理科教学仪器可以分为9类(见表3)，不同种类的教学仪器在教学中发挥着不同的功能。

表3 高中理科教学仪器分类

实验教学的重要目的之一，就是让学生了解实验仪器的原理和正确使用的方法，掌握实验材料和药品的特点和性质，并在一定条件下能够选用合适的仪器和药品完成科学实验。这就要求在教学中，学生必须亲自动手进行实验，完成教材规定的测定性实验、验证性实验和探究性实验，在实验中掌握操作方法、观察实验现象、了解实验材料的性质，不断提高实验技能和能力。为了保证每个学生都能够有机会做实验和训练实验技能与能力，实验室应该配备足够的基本实验仪器和实验材料，主要包括通用类中的电源、测量类、专用仪器类、玻璃仪器类、药品类和其他材料和工具类等实验仪器。同时，地方教育行政部门要加大对中小学实验室建设的投入，要为实验室建设和实验教学提供相应的经费保障，要保证实验教学中的易损品和易耗品能够得到及时地补充，确保实验教学足量高质地开展。

4.重视数字化实验系统

数字化实验系统在实验设计原理、操作方法、现象观察、数据采集与处理等方面较传统实验技术都有较大的改进和突破，成为实验教学的得力工具。将数字化实验系统与传统实验技术相结合，可以更好地开展科学探究。数字化实验系统能够将以往不易观察到的实验现象展现出来，记录其变化过程，呈现其特点，有助于挖掘其中蕴含的变化规律。同时，数字化实验系统在数据采集和处理上也极为便捷，可以即时采集数据，提高了数据收集和处理的效率。正因为这样，数字化实验系统在实验教学中得到广泛的应用，应用数字化实验系统进行科学探究更成为探究教学的热点，也频繁出现在近几年高考试题中，引起越来越多的关注。

作为科学探究重要形式之一的实验探究，牢牢抓住了自然科学的两大特点—实验和探究，将实验和探究结合起来，以探究为灵魂，以实验为工具，在理科教学中担当起科学探究能力培养的重要任务。实验室建设和实验仪器装备是开展实验探究教学的物质基础和条件保障，既要加强实验室的常规工作，也要根据课程改革的要求进行改进和创新。只有切实开展了实验探究教学，才能使学生能够深刻理解科学探究，才能真正培养学生的实验能力和探究能力，才能使他们的科学素养得到提升，最终实现理科教育的根本目的。

[1]教育部关于印发《中小学实验室规程》的通知[Z/OL].http://www.gov.cn/gongbao/content/2010/content_1612365.htm.

[2]北京教育考试院.普通高等学校招生全国统一考试北京卷考试说明理科[M].北京：开明出版社，2009

[3]廖伯琴，张大昌.普通高中物理课程标准解读[M].湖北：湖北教育出版社，2004

[4]乔际平，邢红军.物理教育心理学[M].广西：广西教育出版社，2002

[5]李春密，梁洁，蔡美洁.中学生科学探究能力结构模型初探[J].课程•教材•教法，2004，6：86～90

[6]张鹏.传感器走进课堂 全新的掌上移动实验室—北京师范大学教授、国家高中化学课标负责人、化学教育专家王磊女士[J].中国现代教育装备，2008，10：164～165

李正福，在读博士研究生。李春密，教授，博士，博士生导师。谭琳，硕士，物理教师。