解答探究方案评价题的六条思路

曾芙英

【内容摘要】科学探究是科学课程的重要内容之一，探究方案设计直接决定探究的成败。探究方案评价题是科学中考的热点和难点，考生在考试中失分较多，主要是考生在解答时缺乏思路，具有盲目性。在具体开展科学探究时，首先对设计的探究方案做出恰当评价，然后根据评价对方案进行修改。可从探究课题的三类变量（自变量、应变量和控制变量）以及探究实验所应遵循的基本原则两方面入手，给出了探究方案评价的六条思路：看“自变量”是否“变”起来;看“应变量”能否正确测量;看“控制变量”是否被控制;看“控制变量”是否有效;看“实验样本、实验次数”是否足够多;看实验是否“环保、经济、安全”。据这六条思路，可把探究方案中存在的一般性问题找出来，且把方案中隐藏得很深的缺陷挖出来。

【关键词】核心素养  探究  方案  思路

科学学科核心素养的提出，其中科学探究是核心素养的内容之一，科学探究在中考中所占比分也较多。探究方案评价题是近几年各地科学中考的热点和难点问题，考生在考试中失分较多，究其原因是考生在解答这类试题时缺乏一定的思路，具有盲目性。以下是笔者几年来在教学实践中总结出来的解答这类试题的六条思路，供大家商讨。

思路一：看“自变量”是否“变”来。

科学探究，目的就是寻找应变量怎样随自变量的变化而变化。因此，在探究时必须要让自变量“变”起来。在探究方案评价题中，经常会通过其他途径一调节自变量。例如：科学兴趣小组为研究金鱼藻的光合作用，做了如下实验：第1步：将溴麝香草酚蓝和呈弱碱性的NaHCO3溶液配成蓝色液体，并向试管中通入一定量的二氧化碳气体，直到液体呈浅绿色。第2步：将配制好的浅绿色液体分别取等量加到4支试管中，2～4号试管中加入金鱼藻，1号试管不加金鱼藻，封闭各试管。第3步：测定实验结果。1小时后，距离50厘米的2号试管液体颜色为黄色，距离30厘米的3号试管液体颜色为浅绿色，距离20厘米的4号试管液体颜色为蓝色，预测1号试管在1小时后液体的颜色是什么才能说明以上所有实验结果是准确可靠的。【注：（1）溴麝香草酚蓝是一种酸碱指示剂，在弱酸性环境中呈黄色，弱碱性环境中呈蓝色，中性环境中呈浅绿色。（2）CO2的水溶液中含有CO2，H2CO3等微粒，当CO2减少时H2CO3也减少。】不加金鱼藻的1号试管为对照组，没有放绿色植物，不能进行光合作用，则液体中的二氧化碳的浓度不变，溶液的酸碱性也没有改变，从实验中可以知道颜色为“浅绿色”即原本颜色，因为这里的测量的“因变量”没有发生变化。由课题知，实验操作设置时试管距日光灯的距离不同，自变量就“变”起来，这里的真正自变量是光照强度，且距离越小，光照强度越强。这里的因变量的测量发生转换，实验结果测量的是1小时后液体的颜色，因变量是“光合作用的强度”。因此该实验目的为“探究金鱼藻的光合作用强度与光照强度的关系”，因为液体颜色变化来是光合作用强度与呼吸作用强同时作用的一个结果，所以这里的一个隐藏的因变量还有呼吸作用，“找到因变量”有光合作用强度和呼吸作用强度，可以分析4号试管液体颜色为蓝色的原因：“光合作用强度大于呼吸作用强度，溶液中二氧化碳减少，碳酸也减少，pH上升。”

思路二：看“应变量”能否正确测量。

当自变量发生变化时，必须正确测出应变量。在探究方案评价题中，命题人员会设置应变量不能正确测量的情境。

例1：为了探究小白鼠调节体温的中枢是否为下丘脑。第一步取两只生理状况相同的健康的成年小白鼠，并标记为A、B;第二步用一定的方法只破坏A鼠的下丘脑;第三步把A、B两鼠置于人工控制的温室中，调节室内温度为-2℃，在相对适宜且安静的条件下观察一段时间，每隔3小时分别测量一次体温，记录数据。首先分析一下该实验中的应变量是什么，即随环境温度改变，小白鼠的体温是否会发生变化，这里需要测量的应变量是体温的变化。显然以上实验过程中存在两点缺陷，其中之一就是应取幼年小白鼠，现象更明显。本实验所探究内容的应变量是小白鼠的体温调节，要知道小白鼠体温的变化情况，除了要测出它们在实验时的体温，还必须测出它们在实验前的体温。因此从“看应变量能否正确测量”的思路去考虑，可找出第二个缺陷：实验前没有先测定实验组A鼠和对照组B鼠的体温。

例2：细菌等微生物是土壤的成分之一，它必须从土壤中吸收含碳的物质、含氮的物质、水和无机盐等，以维持其生命活动。有的土壤细菌（以下简称为“X细菌”）能将环境中的尿素转化为氨气。为探究某土壤样品中是否含X细菌，某科学兴趣小组的同学做了如下实验：

（1）制备土壤浸出液。（2）在专业人士指导下配制培养基（内有除含氮物质外的其他必需物质），将培养基分装在A和B两个培养皿中。（3）在A培养皿中再加入_____，B培养皿不加。解析：根据控制变量法可知，在A培养皿中再加入尿素，B培养皿不加。（4）将等量土壤浸出液涂抹在A和B两个培养皿的培养基表面，并在适宜环境下培养一段时间。（5）在A和B两个培养皿中加入_____，观察颜色变化。实验结果：A培养基表面显红色，B培养基表面不显红色。

解析：该实验目的是探究某土壤样品中是否含X细菌，但是由于细菌微小，不能直接观察，需要间接测定，这里要用到一种转换的思想，即有的土壤细菌能将环境中的尿素转化为氨气，检验氨水的存在，应该使用无色酚酞试剂，所以在A和B两个培养皿中加入无色酚酞，观察颜色变化。

思路三：看“控制变量”是否被控制。

一次探究只能研究一个自变量和一个应变量之间的关系，其他变量必须被控制。控制变量没有被控制的情境出现在探究方案评价题中也是很常见的。例1：在探究胃蛋白酶的活性与溶液酸碱性的关系实验中，由于影响应变量的因素有多种，这个实验的应变量是胃蛋白酶的活性，实验的自变量为溶液酸碱性，當只探究其中一种因素时，则其他因素要控制相同，要求控制在一定温度下实验，即实验组与对照组中的温度等要相同。例2：在探究过氧化氢分解所需催化剂可以是二氧化锰、氯化铜、氯化铁、土豆中的过氧化氢酶及氧化铜等，若要探究土豆中的过氧化氢酶的催化效果，则需要控制实验组和对照组的过氧化氢溶液的体积和溶质质量分数相同。若要进一步探究催化剂与反应物接触面积大小对过氧化氢分解速率的影响，则实验组与对照组中的土豆应该为一组土豆不做处理，另一组土豆切成正方体的小块，这里的接触面积大小为实验的自变量，此时要控制土豆量要相同，过氧化氢的量要相同，过氧化氢溶液的溶质质量分数要相同，也就是其他无关变量要控制相同，避免其他因素会影响实验结果。

思路四：看“控制变量”是否有效。

有些实验，表面上看起来控制变量是被控制的，但仔细一分析就会发现被控制的变量是无效的，等于没有控制。在这方面，学生往往会忽视，应加以重视。例1：探究“唾液淀粉酶对淀粉的消化作用”，将实验组与对照组的温度分別搅拌后放入100℃沸水中保温10分钟。此步骤是一处明显错误，在这儿，温度是控制变量，温度是被控制的，但在100℃的情况下，唾液中的淀粉酶会失去活性，对实验结果产生干扰。也就是说，变量虽被控制，但变量无效。例2：探究无机盐是否会影响植物光合作用，对照组和实验组分别取两个相同的花盆，种植相同的绿色植物，并放置在相同且条件适宜的光照条件下进行实验，对A组喷洒不含无机盐的蒸馏水，B组喷洒含无机盐的蒸馏水，表面上好像控制了变量，实质A、B组的土壤中都含有无机盐，显然这样控制变量是无效的。

思路五：看“多次实验，多个数据”的原因。

实验样本或实验次数太少，实验结果具有偶然性，实验次数太少，没有多次测量求平均值，实验误差就大。在探究方案评价题中，出现实验样本、实验次数不足的情境是比较多的。例一：探究毛细现象（墨水沾到衣服上，很快就会渗入衣服，这种液体主动流进狭窄空间的现象称作“毛细现象”）中液面升高与细管的粗细关系。需要测量多组数据，即半径分别为r、1/2r和1/3r、1/4r、1/5r的细玻璃管立于水中，观察水位上升的情况并测量出液面上升高度。半径为号r的细管，上升高度为h半径为号1/2r的细管，上升高度为2h，半径为1/3r的细管，上升高度为3h，则半径为1/5r的细管，上升的高度为5h。这样可以得出结论，同种液体，液面上升的高度与细管的定量关系，因此答案为“同种液体，液面上升的高度与细管的半径成反比。”本题是多个数据可以找到普遍的定量的关系。例二：测量导体电阻实验时，分别测量三组电压电流为U1与I1、U2与I2、U3与I3，再求出R1、R2、R3，最后取平均值，该实验多次测量是为取平均值，减小实验误差。

思路六：看实验是否“环保、经济、安全”等。

实验要注意“环保、经济、安全”是我们进行科学探究所应该遵循的原则。所以命题人员也会在“环保、经济、安全”方面设置情境，以考查考生在这方面是否具有一定的意识。例如：研究橘树林有部分叶片发生卷曲现象，可能是柑橘害虫矢尖蚧或潜叶蛾危害造成的，实验要求在柑橘研究所的隔离大棚内，因矢尖蚧和潜叶蛾是柑橘害虫，若在实验时让它们逃到野外，就会危害当地的柑橘。这个实验探究过程主要是从“看实验是否环保、经济、安全等”的思路去考虑。

总而言之，实验探究题的解答，其实就是从实验探究的过程去考虑问题，理解概念，总结经验，实验探究题的解答也是重复运用思路的过程，更是一个重新思考的过程，唯有在反复实践中缜密思考，才能对思路运用自如，按照本文的六条思路去思考，能有效地解决中考中的探究方案评价题。科学探究是核心素养内容之一。教师在教学中搭建科学探究平台，开发精辟典型的探究素材，设计相关方评价问题，用灵活易操作的科学思维，促进学生真正理解核心素养中的科学探究相关概念。

【参考文献】

[1] 乔颖. 辽宁阜新市中学物理教师科学素养调查研究[D]. 长春：东北师范大学，2020.

[2] 张家辉. 试析地理学科核心素养体系[J]. 中学地理教学参考，2020（5）：4-7.

[3] 沈伟云. 基于科学思维培养的初中物理教学策略[J]. 物理教师，2018（10）：47-48.

（作者单位：浙江省安吉天略外国语学校）