鄭榮鈴

摘 要：基于高考生物探究能力考查的高考評價體系，“實驗思路”設(shè)計類問題是考查實驗探究能力的有效載體?！皩嶒炈悸贰痹O(shè)計問題在近幾年高考生物占有重要的地位。本文聚焦高考“實驗思路”設(shè)計，闡述“實驗思路”設(shè)計考查情況、類型、解題策略和教學(xué)建議，提升學(xué)生實驗探究能力。

關(guān)鍵詞：實驗思路;實驗探究;高考生物

實驗與探究能力的考查能充分體現(xiàn)學(xué)生的關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)和核心價值?！皩嶒炈悸贰痹O(shè)計類問題是考查實驗探究能力的有效載體。以新情境為背景，以實驗思路設(shè)計為載體，充分體現(xiàn)學(xué)生運用學(xué)科知識解決實際問題的能力。有效地設(shè)計“實驗思路”是學(xué)生存在的薄弱環(huán)節(jié)，加強此類問題分析、研究，教學(xué)指導(dǎo)是解決此類問題的重要途徑。筆者將從“實驗思路”設(shè)計考查情況、類型、解題策略和教學(xué)建議四個方面闡述，聚焦高考“實驗思路”設(shè)計，提升實驗探究能力。

一、高考生物“實驗思路”類問題考查情況

通過對2019—2021年三年高考生物“實驗思路”設(shè)計問題的考查情況分類、統(tǒng)計，2019年考查4題，2020年考查2題，2021年考查5題。通過比較、分析，相比于2020年高考，2019、2021年“實驗思路”設(shè)計問題考查占比較高。2021年高考多省市高考生物自主命題，考查了這一題型，凸顯出這類題型是高考生物試題的重要組成之一。

經(jīng)過多年高三教學(xué)實踐積累和高考學(xué)生答題情況反饋，高考學(xué)生在這類問題的錯誤主要集中在實驗對象選擇，自變量、因變量和無關(guān)變量處理，答題規(guī)范?；谝陨蠁栴}，如何設(shè)計實驗，如何規(guī)范答題，如何提高答題有效性，成為高考生物復(fù)習(xí)備考亟須解決的關(guān)鍵問題。在新高考評價體系下，重視新情境下解決問題的能力。在試題復(fù)雜的新情境下，厘清實驗設(shè)計思路，用生物學(xué)語言表述實驗設(shè)計是高考評價體系對學(xué)生的能力要求之一。高考生物學(xué)科要求學(xué)生能準(zhǔn)確地敘述實驗思路、分析解釋實驗結(jié)果和歸納總結(jié)實驗結(jié)論，是指引學(xué)生表達(dá)實驗與探究過程中的思維路徑[1]。這種考查形式是紙筆測試下實驗探究能力考查的重要途徑，符合學(xué)生理解層次和高中教學(xué)實際。

二、“實驗思路”設(shè)計問題的類型

科學(xué)實驗探究過程所涵蓋的問題剖析、思路建構(gòu)、方法選擇、結(jié)果分析、結(jié)論概括均需嚴(yán)密的邏輯思考、合適推理、歸納總結(jié)等[2]。高考生物對實驗與探究能力的考查可有效地實現(xiàn)對邏輯思維能力的測評，而“實驗思路”設(shè)計問題是考查實驗與探究能力的良好載體。

高考生物“實驗思路”設(shè)計問題，依據(jù)實驗運用的實驗思想方法、研究的問題和設(shè)問的方式綜合分析、歸納和總結(jié)，筆者將其可分為六類如下：研究單一自變量對因變量的影響，研究兩自變量間的關(guān)系（協(xié)同或拮抗關(guān)系）對因變量的影響，因變量不是A而是由B引起（A、B均代表自變量），運用對比實驗進行研究，區(qū)分研究對象的類型，探究最適X（X可表示溫度、物質(zhì)濃度、pH等）。

三、不同類型“實驗思路”設(shè)計問題解題策略

“實驗思路”設(shè)計問題明確要求學(xué)生能從實驗?zāi)康某霭l(fā)，以實驗材料、用具為載體，闡述如何進行實驗以達(dá)成實驗?zāi)康模祟悊栴}要求學(xué)生運用科學(xué)思維進行實驗探究[3]。筆者以高考試題和部分省市質(zhì)檢題為例分析、總結(jié)解題策略，幫助學(xué)生更加思路清晰、高效地解決這類問題，提高學(xué)生在高考新情境下的實驗探究能力。

“實驗思路”設(shè)計問題的解題一般流程。從試題中確定實驗?zāi)康?依托實驗?zāi)康恼页鲎宰兞?、因變量和無關(guān)變量;處理自變量，選擇合適的實驗對象，根據(jù)自變量設(shè)置實驗組與對照組;處理因變量，因變量需將相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為可觀察或測量、統(tǒng)計的指標(biāo);控制各組無關(guān)變量相同;預(yù)期實驗結(jié)果，可通過實驗原理將假設(shè)的實驗結(jié)論逆向演繹、推導(dǎo)。

（一）研究單一自變量對因變量的影響

單一自變量“實驗思路”是指實驗?zāi)康闹袃H有一個自變量的“實驗思路”類問題。該類問題的關(guān)鍵是找準(zhǔn)實驗自變量，以此為實驗設(shè)計的起點，以探究或驗證自變量對因變量的影響。實驗對象和用具的選擇、無關(guān)變量的控制也是影響實驗成敗的因素。有時完成實驗需要在特定的條件下（無關(guān)變量）才能實現(xiàn)，因此實驗設(shè)計時還需考慮特定的條件以達(dá)成實驗?zāi)康?。例?020年高考山東卷第22題（4）設(shè)計實驗驗證破壞腦—脾神經(jīng)通路可降低小鼠的體液免疫能力。小鼠只有受到抗原刺激才可進行體液免疫，而題中要驗證體液免疫能力的變化，必須給小鼠刺激抗原，故注射抗原作為無關(guān)變量。實驗組與對照組均需要進行注射抗原處理，否則無法達(dá)成實驗?zāi)康摹?/p>

（二）研究兩自變量間的關(guān)系對因變量的影響

研究兩自變量間的關(guān)系對因變量的影響，兩自變量間的關(guān)系是指兩自變量間存在某自變量促進或抑制另一自變量而影響實驗結(jié)果，或者兩者間存在協(xié)同作用或者抑制作用。研究兩自變量間的關(guān)系首先需要研究兩自變量分別對實驗的影響，需要設(shè)置一組空白對照組與自變量形成對照;其次再研究二者間的關(guān)系，兩自變量均進行相應(yīng)的處理以達(dá)成實驗?zāi)康?。例如?021年高考山東卷第23（3），已知長期束縛會引起小鼠過度緊張、焦慮。請設(shè)計實驗驗證上述調(diào)節(jié)機制中長期束縛及腎上腺對黑毛小鼠體毛的影響。是否長期束縛和是否去除腎上腺均屬于自變量，不做處理作為對照，長期束縛處理、去除腎上腺處理、去除腎上腺+長期束縛處理三組分別作為實驗組，通過實驗組間的相互比較以說明長期束縛和腎上腺二者之間的關(guān)系。

（三）因變量不是A而是由B引起

“因變量不是A而是由B引起”類實驗思路問題，其中的A和B均代表自變量。學(xué)生通常在分析實驗?zāi)康臅r認(rèn)為B是自變量而忽略了A，這是學(xué)生在實驗設(shè)計時出現(xiàn)的主要問題，因此找準(zhǔn)實驗的自變量是該類實驗設(shè)計的關(guān)鍵。A、B均為實驗的自變量，因此實驗設(shè)計時需分別為A、B設(shè)置對照進行實驗探究或驗證。例如，2019年高考全國I卷第29題（3），“有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設(shè)計實驗來驗證這一結(jié)論”。本實驗自變量為是否缺水和是否由ABA引起，既需要對缺水進行驗證，也需要對ABA進行驗證。

“因變量不是A而是由B引起”類實驗思路問題，實驗中含有A、B兩個自變量，也可采用A、B兩個自變量相互組合的方式進行實驗分組驗證或探究。據(jù)此實驗可分成三組，即正常澆水、干旱處理、干旱+ABA處理。

（四）運用對比實驗進行研究

運用對比實驗進行研究是指運用對比實驗的思想方法設(shè)計實驗。實驗探究時無須另設(shè)對照組，對比實驗的兩組或多組實驗相互對照，以進一步驗證、探究實驗結(jié)果由何種因素所致。例如，2017年高考全國I卷第29題，利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計實驗以確定一種新病毒的類型（DNA病毒還是RNA病毒）。DNA特有堿基是胸腺嘧啶，RNA特有堿基是尿嘧啶。分別將胸腺嘧啶、尿嘧啶用放射性同位素標(biāo)記，兩組形成對比實驗以確定病毒的類型。

（五）區(qū)分研究對象的類型

區(qū)分研究對象的類型是指根據(jù)實驗對象的特點，運用實驗的方法區(qū)分研究對象。此類實驗設(shè)計的關(guān)鍵是“去同求異”，即找出兩個研究對象之間的差異性，以差異性為支點通過設(shè)計實驗而區(qū)分研究對象。通常，將實驗對象在特殊情況下處理，且一次實驗即可區(qū)分不同的研究對象。例如，2021年高考河北卷第23題（4），“請設(shè)計一個簡單實驗，區(qū)分篩選平板上的醋酸菌和兼性厭氧型乳酸菌”。醋酸菌和乳酸菌的呼吸方式不同，醋酸菌只能進行有氧呼吸，二者區(qū)別能否在無氧條件下進行細(xì)胞呼吸，因此可通過創(chuàng)設(shè)無氧條件以區(qū)分醋酸菌和兼性厭氧乳酸菌。

（六）探究最適X

探究最適X的實驗，其中X表示需研究的自變量，例如溫度、濃度、pH等。探究最適X的實驗，實驗可設(shè)計為在一定范圍內(nèi)設(shè)置多組等X的梯度實驗，處理實驗對象，根據(jù)實驗結(jié)果出現(xiàn)峰值或谷值確定最適X。例如，2011年高考全國I卷理綜第31題（3），“某同學(xué)從溫度為55℃—65℃的泉水中篩選出能合成脂肪酶的細(xì)菌，并從該細(xì)菌中提取了脂肪酶。根據(jù)該細(xì)菌的生活環(huán)境，簡要寫出測定該酶催化作用最適溫度的實驗思路”。確定最適溫度可在55℃—65℃范圍內(nèi)設(shè)置等溫度梯度，分別測定酶活性。若所測得酶活性出現(xiàn)峰值，峰值所對應(yīng)的溫度即為最適溫度。

四、“實驗思路”類問題的教學(xué)建議

在高考試題研究的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生運用“實驗思路”類問題的科學(xué)思維方法，歸納、總結(jié)不同類型“實驗思路”類問題的解題策略，提高學(xué)生的實驗探究能力和科學(xué)思維能力。在教學(xué)實踐過程可采取理論和實踐相結(jié)合的方式，提高學(xué)生的高中生物實驗學(xué)科素養(yǎng)。

（一）巧用教材實驗，提高實驗設(shè)計能力

高考“實驗思路”類試題源于教材，但高于教材。教師應(yīng)與學(xué)生共同分析教材的經(jīng)典實驗，深刻領(lǐng)會教材實驗的科學(xué)思維方法，以靈活地遷移、運用于實驗設(shè)計。利用教材實驗領(lǐng)會實驗設(shè)計的思路和方法。只有熟練教材實驗的操作與設(shè)計思想，才能有效地運用合適的方法解題提高實驗設(shè)計能力。例如，2017年高考全國I卷第29題，探究病毒的類型，運用了赫爾希、蔡斯噬菌體侵染細(xì)菌實驗所用的對比實驗方法，若學(xué)生熟練對比實驗設(shè)計實驗，該實驗設(shè)計定會水到渠成。教材中魯賓卡門探究氧氣中氧來源實驗、達(dá)爾文探究胚芽鞘感光部位的實驗均運用了對比實驗法?？疾榻滩耐獾耐卣剐詫嶒灒苁箤W(xué)生在新的具體情境中，學(xué)會遷移應(yīng)用、融會貫通，提高學(xué)科思維和創(chuàng)新能力。

（二）總結(jié)思維方法，厘清實驗脈絡(luò)

學(xué)生在復(fù)習(xí)備考時，師生需在教材基礎(chǔ)上，結(jié)合實驗設(shè)計的基本原則，歸納、總結(jié)出“實驗思路”設(shè)計的思維方法，厘清實驗脈絡(luò)，準(zhǔn)確寫出實驗設(shè)計思路、預(yù)期實驗結(jié)果與結(jié)論?！皩嶒炈悸贰痹O(shè)計的思維方法：確定實驗?zāi)康摹页鲎宰兞?、因變量、無關(guān)變量→分組、處理自變量→控制無關(guān)變量→處理因變量→實驗思路→預(yù)期結(jié)果、結(jié)論。在實驗?zāi)康姆治龅幕A(chǔ)上，精讀題干，標(biāo)出關(guān)鍵詞，形成實驗設(shè)計的基本脈絡(luò)，有助于學(xué)生熟練掌握如何進行實驗設(shè)計。

（三）巧設(shè)變式，融會貫通

學(xué)生掌握實驗設(shè)計的技能，需要一定的訓(xùn)練，有效的訓(xùn)練能快速提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力。教師可基于教材實驗或高考試題巧設(shè)實驗設(shè)計的變式，引導(dǎo)學(xué)生有效地寫出實驗思路。在課堂上，教師可組織學(xué)生開展評價、修改完善實驗設(shè)計，提高實驗思路設(shè)計的針對性和效率。可用變式訓(xùn)練學(xué)生的實驗思路設(shè)計。例如，“大豆在高pH環(huán)境下光合效率的下降不是由于高pH直接引起的，而是由乙烯引起的，設(shè)計實驗來驗證這一結(jié)論”，這一問題是源于2019年高考全國I卷第29題（3）的改造，通過變式訓(xùn)練能進一步提高學(xué)生對實驗設(shè)計的理解與熟練度。

（四）創(chuàng)設(shè)平臺，重視實驗操作

在高中生物學(xué)教學(xué)過程中普遍忽視實驗操作教學(xué)，其主要原因為開展實驗教學(xué)的設(shè)施達(dá)不到要求，單次實驗占用較多課時。教師要創(chuàng)設(shè)條件，讓學(xué)生有機會進行實驗操作。通過實驗操作，可豐富學(xué)生在新情境中思考問題的體驗，促進知識遷移和靈活運用知識解決問題的能力的提升，增強其對實驗題目思考和作答的優(yōu)勢[4]。實驗操作經(jīng)歷還有助于對類似實驗的理解，提高對復(fù)雜問題的解決能力。例如，教師可創(chuàng)設(shè)條件組織學(xué)生探究生長素類似物促進扦插枝條生根的最適濃度，通過實驗有助于學(xué)生運用等梯度實驗來確定最適濃度。在實驗教學(xué)中應(yīng)將理論知識與實驗操作相結(jié)合，注重創(chuàng)設(shè)一些新情境，以培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計創(chuàng)新方案，解決實際問題并進行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)表述的能力。高考生物加強實驗與探究能力考查，有利于引導(dǎo)中學(xué)教學(xué)中重視實驗操作，鞏固生物學(xué)科基礎(chǔ)，促進生物學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。

（五）專題復(fù)習(xí)，構(gòu)建實驗體系

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，知識碎片化難成體系，制約了學(xué)生形成完整的知識體系，影響了學(xué)科素養(yǎng)的提升。教師在實驗復(fù)習(xí)時，可整合、歸納出實驗設(shè)計的核心知識，轉(zhuǎn)化為專題復(fù)習(xí)。在實驗設(shè)計過程中，總結(jié)科學(xué)思維方法和解題技巧，培育學(xué)生的實驗創(chuàng)新能力，提高復(fù)習(xí)的高度和效率。例如，在基因定位于何種染色體上，教師通過假設(shè)基因在染色體上的類型，嘗試設(shè)計實驗解決這類問題，以專題形式組織學(xué)生探究，形成基因定位于染色體的實驗知識體系。在“實驗思路”設(shè)計問題上，可利用筆者前述“實驗思路”設(shè)計問題解題的一般流程來進行，綜合歸納“實驗思路”設(shè)計的類型，形成“實驗思路”設(shè)計問題的體系[5]。

結(jié)束語

“實驗思路”類問題是實驗與探究能力的有效考查載體，提升實驗探究能力是高中教學(xué)中的核心問題。通過引導(dǎo)高中實驗教學(xué)，提高生物學(xué)科素養(yǎng)。提高學(xué)科素養(yǎng)，提高實驗與探究能力，更需為學(xué)生創(chuàng)造實驗操作、實踐的平臺。重視學(xué)科基礎(chǔ)，提高生物學(xué)科綜合能力，促進生物學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。高中教學(xué)實踐，實驗探究能力考查還存在實驗結(jié)果等分析，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生開展研究、內(nèi)化知識，轉(zhuǎn)化為能力，開展有效教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰Γ岣邔W(xué)科素養(yǎng)。

參考文獻

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