《中国高考评价体系》下实验探究能力的考查与启示

广东 罗惠峰

新高考生物学科关键能力为理解能力、实验探究能力、解决问题能力和创新能力。其中，实验探究能力是生物学自然科学属性的鲜明体现。《中国高考评价体系》(以下简称《评价体系》)要求学生在对所学实验实践和学习后，能够对相关生物学问题进行科学探究，如分析问题、设计实验、预测结果并得出结论或作出解释，掌握科学探究的整个流程。2021年广东省普通高中学业水平选择性考试生物学试题(以下简称广东卷)对实验探究能力的考查，体现了《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》的学业质量要求。笔者尝试对广东卷中“实验探究能力”试题进行归类例析，并提出有效的备考策略。

1.“实验探究能力”试题特点及命题视角

广东卷中与实验探究相关的试题分值比例超过50%，充分凸显以实验为基础的生物学学科特色。在考查实验与探究能力时，既可以仅对思维进行考查，也可以对具体的实验原理、方法或操作步骤进行考查。实验试题的来源有教材基础实验、科学史经典实验、还有新情境下的实验探究(表1)。试题注重对关键能力的考查，如实验设计能力、逻辑思维能力、实验结果预测能力以及文字表达能力等。

表1 广东卷实验探究试题的分类

研究试题特点，发现试题的命题视角主要从以下几方面展开：明确实验目的，寻找实验变量；分析实验原理，构思实验思路；设计实验步骤，预测实验结果，分析实验结果，得出实验结论等，它们的相互关系如图1所示。

图1

2.归类例析“实验探究能力”试题

结合试题的命题视角和设问角度，笔者将广东卷中“实验探究能力”试题归类为分析问题、设计实验、预测结果并得出结论和作出解释四个考向，并举例分析，为实验探究类试题的复习备考提供参考方向。

2.1 分析问题

分析问题主要考查考生对实验目的、原理、方法和操作步骤的理解；相关实验操作技能的掌握；对实验现象和结果进行辨析和判断；对实验数据进行处理等。

【例1】(2021年，广东卷，第13题)保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开。适宜条件下，制作紫鸭跖草叶片下表皮临时装片，观察蔗糖溶液对气孔开闭的影响，图2为操作及观察结果示意图。下列叙述错误的是 ( )

A.比较保卫组胞细胞液浓度，③处理后>①处理后

B.质壁分离现象最可能出现在滴加②后的观察视野中

C.滴加③后有较多水分子进入保卫细胞

D.推测3种蔗糖溶液浓度高低为②>①>③

【试题分析】本题依据教材中植物细胞吸水和失水原理，以科学实验和探究情境考查到的植物细胞质壁分离及复原实验，主要考查考生依据实验观察到的现象推理出保卫细胞吸水或失水的状态，进而推理出三种蔗糖溶液浓度的高低。本题综合考查了考生实验探究能力中分析问题的能力，突出体现了综合性和创新性。

【解题思路】本题的解题关键是抓住题眼“保卫细胞吸水膨胀使植物气孔张开”，再结合教材中植物细胞吸水或失水原理进行判断：滴加①后细胞吸水情况变化不大，滴加②后细胞发生失水，滴加③后细胞明显吸水；进而推导出三种蔗糖溶液的浓度高低为②>①>③。

2.2 设计实验

设计实验主要考查考生运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法，进行设计实验或进行验证，写出实验思路和预期实验结果；对实验方案做出恰当的评价。

【例2】(2021年，广东卷，第14题)乙烯可促进香蕉果皮逐渐变黄、果肉逐渐变甜变软的成熟过程。同学们去香蕉种植合作社开展研学活动，以乙烯利溶液为处理剂，研究乙烯对香蕉的催熟过程，设计的技术路线如图3所示。下列分析正确的是 ( )

图3

A.对照组香蕉果实的成熟不会受到乙烯影响

B.实验材料应选择已经开始成熟的香蕉果实

C.根据实验安排第6次取样的时间为第10天

D.处理组3个指标的总体变化趋势基本一致

【试题分析】本题以研究乙烯对香蕉的催熟过程为切入点，对实验的影响因素、实验材料的选择、对照实验设计、实验关键细节、实验结果进行考查，引导考生对实验设计进行整体把握，突出体现了综合性和应用性。

【解题思路】本题的解题关键是结合所学知识判断影响实验的因素——内源性乙烯，实验材料的选择——未成熟的香蕉，因变量的检测——关注前测的对照作用。

【例3】(2021年，广东卷，第19题节选)目前，E是针对上述蛋白治疗高尿酸血症或痛风的常用临床药物。为研发新的药物，研究人员对天然化合物F的降尿酸作用进行了研究。给正常实验大鼠(有尿酸氧化酶)灌服尿酸氧化酶抑制剂，获得了若干只高尿酸血症大鼠，并将其随机分成数量相等的两组，一组设为模型组，另一组灌服F设为治疗组，一段时间后检测相关指标，结果如图4所示。

图4

(3)与空白对照组(灌服生理盐水的正常实验大鼠)相比，模型组的自变量是________。与其他两组比较，设置模型组的目的是______________。

(4)根据尿酸盐转运蛋白检测结果，推测F降低治疗组大鼠血清尿酸盐含量的原因可能是______________，减少尿酸盐重吸收。为进一步评价F的作用效果，本实验需要增设对照组，具体为______________。

【试题分析】本题为创新型实验设计，考查考生开展实验探究的基本素养。重点考查了对实验原理的分析，实验方案设计，包括自变量的判断、设置各实验分组的目的、对照组的设计，实验结果分析等能力，突出体现了综合性、应用性和创新性。

【解题思路】本题的解题关键是判断模型组的自变量——尿酸氧化酶抑制剂，以及模型组的作用——既要比较空白对照组，又要比较治疗组。对照组的设置要根据实验目的“进一步评价F的作用效果”来确定自变量，其他无关变量应该保持相同且适宜，因此增设对照组应是除F换为E外，其他条件与模型组一致。

2.3 预测结果并得出结论

预测结果并得出结论是指在设计实验基础上，考查考生对具体实验现象的预测能力，以及通过逻辑思维概括归纳能力和文字表达能力。

【例4】(2021年，广东卷，第15题)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图5a)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图5b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是 ( )

a

b

A.t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)

B.t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)

C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关

D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大

【试题分析】本题创设具有鲜明特色的光合作用影响因素的实验探究情境，以文字、示意图和坐标图等形式考查考生对实验的分析能力以及运用新证据(实验结果)得出结论的高阶思维，突出体现了综合性和创新性。

【解题思路】本题的解题关键是根据题干和题图合理推断t1、t2的光补偿点和光饱和点的大小。由于t1的叶绿体相互遮挡较少，并位于细胞的向光面，t2的叶绿体相互遮挡较多，并远离向光面，由此推断t2比t1具有更高的光饱和点，t1比t2具有更低的光补偿点。

2.4 作出解释

作出解释就是对实验现象和结果进行分析、解释，在设问上层层递进，如“依据是”“原因是”，突出考查考生的科学思维素养。如前述例3的第(4)问就是对实验现象作出解释。

3.教学启示

为加强实验探究能力的培养，发展学生的生物学学科核心素养，基于教学实践笔者得出四点启示。

3.1 立足教材基础实验 夯实必备知识

“实验探究能力”试题的主要来源有“教材基础实验”“经典实验”“实验设计与分析”三个方面。其中，教材基础实验是学生的必备知识，是实验探究能力提升的根基。因此，在实验专题复习时，笔者首先引导学生对教材的基础实验进行梳理，归纳为物质提取鉴定类、显微观察类、实验探究类和模拟调查类等四类，进而明晰各实验目的、原理、方法、操作步骤、操作技能以及相关的方法和技能的综合运用。通过整合实验、联系对比，将零散的实验知识点串联起来，从而深化对基础实验的理解和运用。如显微观察类实验从实验原理、实验材料、实验试剂、实验现象等方面进行归纳总结(表2)。

表2 显微观察类实验的对比分析

3.2 感悟科学方法体系 提升关键能力

科学探究离不开科学方法。在进行实验专题复习时，教师引导学生感悟教材中的科学方法体系，比如从“探究植物细胞的吸水和失水”实验中明晰科学探究的一般步骤：提出问题、作出假设、明确实验设计思路、分析结果和得出结论、表达和交流等。再由此延伸拓展到具体问题的探究上，如何根据已有的知识和经验对某一问题做出合理的推断；明确实验目的是自变量对因变量的影响；实验原理则从发生的反应、自变量对因变量的影响、如何检验因变量的变化方面阐述；实验设计思路包括随机分组，自变量的设置、无关变量的控制和因变量的检测；根据实验目的和原理预测结果、得出结论，并能对其作出科学解释。通过感悟经典、体悟科学本质，切实发展学生的学科核心素养，提升关键能力，而不能机械和僵化地理解“科学探究”。

3.3 研究高考真题 引领规范作答

梳理近年高考真题中“实验探究能力”试题并分类整理，以题组形式进行训练，并设置变式训练，引导学生学会灵活运用生物学术语准确描述、规范作答。例如判断变异类型的遗传实验设计题的解题步骤为审题(审读题干，获取信息，明确实验目的)→假设(根据题干信息，假设该性状变异类型，写出可能的基因型)→杂交(选取合适的杂交组合，按照假设的各种类型写出遗传图解)→结论(根据不同杂交结果，确定变异类型)。同时，也要关注答题技巧：(1)根据实验目的，分类假设推理，依据假设推理出实验结果；(2)逆向作答，若由假设推出的结果为实验预期的结果，即假设可转化为结论。此外，对于“结果与结论”的描述，常表述为若出现……现象(结果)，则表明……(结论)。

3.4 精选考题 微专题训练巩固

为熟悉命题角度，训练学生的答题技能，规范答题表述，笔者深入研题，精心选题，引导学生进行微专题巩固训练。比如在遗传学实验专题复习时，设计“遗传规律的实验验证”“探究基因的位置实验设计”“经典遗传实验的变式”等微专题，以此训练学生认真审题、析题和解决实际问题的能力，切实提高学生实验探究的能力。

实验探究是培养生物学学科核心素养的重要途径，加强实验探究能力的考查，让考生沿着科学的探究历程，像科学家一样进行实验，促进学生实验探究能力和创新思维能力的培养。