立足科学探究素养水平，探寻高考实验备考之路

四川 申定健

2017年12月，教育部发布了《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标），其中明确了生物学课程以发展学生学科核心素养为宗旨。基于核心素养的定义，生物学学科核心素养是指学生通过生物学学习而逐步形成的适应个人终身发展和社会发展所需的正确价值观念、必备品格和关键能力，其内容包含生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等四种素养。生物学科的四种核心素养中，科学探究和科学思维互为基础、相互影响，共同决定了生命观念和社会责任的形成。为了准确刻画学生学业质量和学业成就表现，新课标依据学生在学科核心素养四个维度的表现水平将四种素养分别划分了四个等级水平，并以此作为考试命题的重要依据，故学业水平考试和高考均要体现生物学科四种核心素养水平的考查目标。科学探究和科学思维还是生物学课程性质的重要体现，更是高考考查的重点。

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，高考将更加倾向于以实验题形式考查核心素养水平，这一考查趋势在近几年的全国卷生物试题中得到了印证。鉴于此，笔者尝试运用科学探究素养水平的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资料参考。

1.科学探究素养及能力素养水平的等级划分

1.1 科学探究素养的定义

2017年新课标将“科学探究”素养定义为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。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 科学探究过程和素养能力的组成

科学探究是生物课程学习和生物学研究的重要方式，同时也是学习科学知识、发展理性思维、形成科学态度和精神的一种过程，其本质过程是提出问题和解决问题，基本过程包括探究的问题、方法、过程、结果和交流。科学探究一般流程为提出问题→作出假设→制订方案→实施方案→得出结论→表达交流。科学探究素养由五项能力组成，包括观察能力、提出问题能力、制订并实施方案能力、获取证据或数据能力和表达交流能力。

1.3 科学探究能力素养水平的等级划分

以新课标中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，如表1所示。科学探究素养的每一级水平体现了不同学生的水平差异，主要表现为学生在不同复杂程度的情景中运用探究方法解决问题的程度，素养水平依级递进。在科学探究素养四个等级水平中，一、二级水平解决问题的情景相对简单，解决问题的程度相对较低，作为本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景相对复杂，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。现有《考试大纲》明确了高考主要考查理解能力、获取信息能力、实验与探究能力和综合运用知识能力，这四种能力均在科学探究素养的四个等级范围内，故科学探究素养四个等级水平可作为现有高考实验类题目的考查要求和分析依据。

表1 科学探究五种能力素养水平划分表

2.基于科学探究素养水平的高考实验试题分析实例

2.1 观察能力考查实例

【例1】（2017年，全国卷Ⅰ，第2题）下列关于细胞结构与成分的叙述，错误的是 （ ）

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

【解析】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、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”，考查二级素养水平。

【答案】B

2.2 提出问题能力考查实例

【例2】（2017年，全国卷Ⅰ，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（ ）

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

【解析】本题考查科学探究素养中的提出问题能力，题中给定的特定实验情境为“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”，考查三级素养水平。

【答案】C

2.3 制订并实施方案能力考查实例

【例3】（2017年，全国卷Ⅰ，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）

【解析】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”，考查三级素养水平。

【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检测其放射性。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检测其放射性。

（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。

2.4 获取证据或数据能力考查实例

【例4】（2017年，全国卷Ⅱ，第32题节选）人血友病是伴X隐性遗传病。现有一对非血友病的夫妇生出了两个非双胞胎女儿。大女儿与一个非血友病的男子结婚并生出了一个患血友病的男孩。小女儿与一个非血友病的男子结婚，并已怀孕。回答下列问题：

（1）用“◇”表示尚未出生的孩子，请画出该家系的系谱图，以表示该家系成员血友病的患病情况。

【解析】本题考查科学探究素养中的获取证据或数据能力，让学生采用作图方式将题干文字信息转换为熟悉的家系遗传系谱图，属于“选用恰当的方法如实记录和分析实验结果”， 考查二级素养水平。

【答案】（1） 如图

3.基本科学探究素养的教学建议

3.1 教学应注重科学探究素养的分类达成

培养学生的科学探究素养是生物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对实验教学提出了更高的教学要求，更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”和“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”和“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”和“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。

3.2 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，需将科学探究素养按照五项能力组成分别细化为四个等级水平（见表1），学生能力素养水平从低到高依级递进。教学时应认识到素养的低级水平是高级水平建构的基础，遵循素养水平递进关系，进行循序渐进的培养和提高。

3.3 教学应为探究性学习创设真实的情境

探究式教学是教学时落实科学探究素养培养的重要途径，而有效探究是基于真实情境进行的。学生在真实的情境中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。教师在实施探究式教学时，要结合具体的教学内容，为探究性学习创设真实的情境。教学过程中情境创设的形式有多种，包括提供相关的图文信息资料、数据，呈现生物的标本、模型、生活环境的图片或影像资料，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。例如，高三复习时可选取该年诺贝尔生理学或医学奖获得者研究的热点领域作为情境资料，运用高中生物知识、原理进行探究分析，既让学生关注了生物科技的前沿热点，又强化了科学探究能力素养的训练。

3.4 教学应注重对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。实验教学过程中，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。