基于“科学思维”的高考生物实验探究题解题策略

（四川省成都市郫都区嘉祥外国语学校 四川成都 611730）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中指出学科核心素养是学科育人价值的集中体现，生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。其中“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。伴随着改革的深入，高考对生物学科的考查更侧重学科的核心素养，凸显生物学本质。高考生物试题几乎都存在一定的情境嵌入，旨在让学生利用所学知识解释情境中的现象和涉及的问题，注重逻辑和证据，强调科学思维能力的考查。

分析近几年全国卷的生物高考试题，在“一体四层四翼”高考评价体系的基础上，非常重视对生物学实验的考查，高考中的实验探究题在命制上也出现了明显的转变，内容从简单的识记辨析延伸至对实验的分析、设计及评价等方面，能力从基础实验和基本技能的考查拓展到对上位能力和学科素养的考查，这也对学生的科学思维能力有了更高的要求。下面针对实验探究类题目总结了相关的答题思路和策略，意在帮助学生在“科学思维”能力的培养上进行针对性训练。

1 依据题干信息，明确实验目的

实验目的是实验内容的重要组成部分，是实验活动的目标和指南，也是解决实验问题的核心。学生在做实验探究题时首先要从题干信息中明确实验目的，才能从中分析出该实验的五大要素：（1）实验类型，从实验目的的第一个动词可确定该实验属于哪一类型；（2）实验材料，这也关系到实验方法和试剂的选择；（3）自变量，从实验目的中可知自变量的数目、类型（大小、含量、顺序等），但需注意自变量和设置操作的区别；（4）因变量，需注意因变量和检测指标的区别；（5）实验结果和结论，实验结论需紧扣实验目的，从实验类型中可知实验结果和结论的数目，若为验证类实验结果和结论唯一，若为探究类实验则不唯一。

高考试题中多为验证类或探究类实验，这两类实验更能考查学生的科学思维。部分试题会直接给出实验目的，也有些题目则考查实验目的（或实验课题）的书写。通过以上对实验目的要素分析，实验目的的书写模式可总结为：实验类型+自变量+实验对象+因变量+“……的影响（作用）”

【例1】（2013·浙江卷节选）某同学为研究甲状腺的功能，提出以下实验思路：①将若干只未成年小鼠分为2组，甲组不切除甲状腺（假手术），乙组切除甲状腺。②实验开始时和实验中每隔一段时间，分别测定每只小鼠的耗氧量和体长，并记录。③对测得的数据进行统计分析（要求与说明：假手术指手术但不切除甲状腺；耗氧量用单位时间的氧气消耗量表示；实验持续时间合适；实验条件均适宜）。

请回答：实验目的是______________________________________________________________________。

解析：第一步确定该实验类型为探究实验；第二步确定实验材料为小鼠；第三步准确找到实验的自变量，但需注意该题中“是否切除甲状腺”应为设置操作，而真正的自变量是“有无甲状腺激素”；第四步确定因变量，需注意的是题目中给出的“测定耗氧量和体长”应为因变量的检测指标，而准确的因变量则是检测指标所反映出来的“新陈代谢和生长发育”。分析完要素后就可以利用总结的模式写出实验目的：探究甲状腺激素对小鼠新陈代谢和生长发育的影响。

2 结合所学知识，确定实验原理

实验原理是实验设计的依据和思路，也是设计实验的基础。在研究实验时，只有明确实验原理，才能真正掌握实验关键点、操作要点，进而进行实验的设计。该题型一般会给出实验目的、步骤和现象，要求学生能分析出实验原理，以考查学生的逻辑推理和知识应用能力。实验原理的书写应涉及两大要素：（1）生物学知识；（2）自变量与检测指标，以及检测指标与因变量的关系。

【例2】（2018·全国I卷节选）将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。回答下列问题：

若在M培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，平板上长出菌落后可通过加入显色剂筛选出能产生淀粉酶的微生物，加入的显色剂是________。该方法能筛选出产生淀粉酶微生物的原理是___________________________________________________。

解析：若在该培养基中用淀粉取代蔗糖，接种土壤滤液并培养，平板上长出的菌落能够产生淀粉酶将淀粉作为碳源进行生长。产生淀粉酶的菌落可将周围的淀粉分解，而远离菌落的淀粉不会分解，因此第一空应该是能够检验淀粉的显色剂——碘液。第二空便是考查对实验原理的理解，按照上述的思考要素分析：（1）生物学原理是淀粉与碘液显蓝色，淀粉水解产物与碘液不显色；（2）自变量是不同菌落，检测指标是淀粉水解后是否形成透明圈，因变量是能否产生淀粉酶。分析后，利用关联词就能书写出规范的实验原理：因为淀粉与碘液显蓝色，淀粉水解产物不与碘液显色，所以产生淀粉酶的菌落周围淀粉被水解而形成透明圈。

3 把握实验要素，拟定实验思路

实验思路是对学生科学思维能力的具体呈现形式，也是对理解分析能力、信息收集与处理能力、语言表达能力等方面的综合考查。在近几年高考中，考查实验思路的试题这也是常考题型。对于这种题型，首先要明确实验目的，然后根据题干信息确定实验方法和实验材料。最后一步也是最重要的一步，就是找准实验的自变量、因变量和无关变量。实验思路与实验步骤不同，无需写出具体操作方法。实验思路的书写通常包含以下三步骤：（1）取材、分组编号；（2）设置对照；（3）培养和观察。

【例3】（2019·全国I卷）有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，请以该种植物的ABA缺失突变体（不能合成ABA）植株为材料，设计实验来验证这一结论，要求简要写出实验思路。

解析：首先对该题进行分析：（1）实验目的：验证干旱条件下气孔开度减小不是缺水引起的，而是于ABA引起的。（2）实验材料：不能合成ABA的突变体植物。（3）实验方法：无特殊要求即正常种植、处理（4）变量处理：①自变量：正常/干旱；有ABA/无ABA（从实验目的可知该实验有两个自变量，这也是该实验设计最关键的地方）。②因变量：气孔开度。③无关变量：植株的生长状况、种植的温度、时间等。根据以上分析，利用上述总结的书写步骤就可以完整写出该实验思路：取长势一致的ABA缺失突变体若干，随机平均分为A组和B组（选材、分组编号）。A组正常处理、B组干旱处理，再将B组中的缺失突变体随机均分为C、D两组，C组不做处理，D组进行ABA处理（设置对照）。以上四组在相同的条件下培养并测定气孔开度（培养观察）。

4 观察分析结果，得出实验结论

实验结果是根据实验数据或实验现象对客观事实的具体描述，即对因变量检测结果的描述。实验结论是根据实验结果进行归纳和推理而获得的定性表述，可能是对实验结果的解释，或是对实验结果的进一步推测和升华，且实验结论要与实验目的相对应。实验结果与结论的书写需注意以下几点：（1）注意该实验的类型，验证性实验只需一种结论，而探究性实验要考虑不同结果下的多种结论。（2）明确自变量和检测指标，并将实验组和对照组现象进行对比，从而得出结果。（3）注意术语的使用，如基本相同/无显著差异，显著高于/低于等。

【例4】（2017·北京卷节选）疟原虫是一种单细胞动物。它能使人患疟疾，引起周期性高热。寒颤和出汗退热等临床症状，严重时致人死亡。临床应用青蒿素治疗疟疾取得了巨大成功，但其抗疟机制尚未完全明了。我国科学家进行了如下实验。

组别__1__2__3____4___实验材料疟原虫的_线粒体仓鼠细胞_的线粒体_____实验处理不加入青蒿素加入青蒿素______________不加入青蒿素_____________加入青蒿素______________实验结果（线粒体膜电位的相对值）100 60____________100___________97____________

① 1、2组结果表明____________；由3、4组结果可知青蒿素对仓鼠细胞线粒体膜电位无明显影响。据此可以得出的结论是________________________。

解析：该题第一空就是对实验结果的描述，实验1和实验2的自变量是有无青蒿素，检测指标是线粒体膜电位的相对值。通过1、2组对比可得出结论是：青蒿素能显著降低疟原虫线粒体膜电位。第二空是对实验结论的分析，由于1、2组和3、4组区别在于实验材料的不同，青蒿素能降低疟原虫线粒体膜电位而对仓鼠无明显作用。通过进一步推测可知，该实验结论是：青蒿素对降低线粒体膜电位具有专一性（或青蒿素对线粒体膜电位的影响具有物种间的差异）。

5 实验探究题备考启示

教材是知识与能力的载体，在高考生物试题中出现的很多材料信息均是来自教材实验，或是对教材中的材料信息进行加工，用来创设高考实验题的情境。因此，在实验教学时，教师必须注重教科书中的基础实验，同时充分挖掘课本内容中的实验素材，熟悉并掌握考纲所列实验的原理和步骤，领会并运用经典科学史实验的方法和技能。在日常的练习中，教师可将教材中的内容、最新科研成果、社会实际问题改编成实验探究题进行考查，还可以对科学家的经典实验进行再发现、再认识。这样学生科学思维能力的提升才会水到渠成。

在备考练习中，教师还应要求学生书写快速、表述清晰、用词专业，每一道实验题都要做好分析和总结。完成好实验探究题既需要扎实的基础知识，还需要科学思维和语言组织能力，部分题目还要需要标准化模型，因此掌握实验题解题策略是很必要的，这样才能达到最佳的解题效果。