科学探究型试题的命题特点及备考策略

四川

教育部下发的《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中，提出“生命观念、科学思维、科学探究、社会责任”四大核心素养，这为高中生物教学及高考命题研究指明了方向。“科学探究”是指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。这一核心素养在近年的全国高考生物试题中得到了充分的体现，试题从探究方案设计、总结规律、分析原因、提出建议等角度考查学生的科学探究能力，分析问题、解决问题的能力。试题构思巧妙、新颖，是今后高考生物学试题命制的一大趋势。

一、科学探究试题命制特点

1. 以生物学实验为背景

实验是开展生物学研究的重要途径，科学探究试题多以实验为背景命制。高中生物学教材中有大量的素材可供学生探究，如影响光合作用的因素、细胞呼吸类型及影响因素、pH和温度对酶活性的影响、激素对生命活动的调节、遗传基本规律的探究等等，都是命制科学探究试题的重要素材，也是命题专家所青睐的对象。例如：

【例1】（2018年，全国卷Ⅱ，第29题）为研究垂体对机体生长发育的作用，某同学用垂体切除法进行实验。在实验过程中，用幼龄大鼠为材料，以体重变化作为生长发育的检测指标。回答下列问题：

（1）请完善下面的实验步骤

①将若干只大鼠随机分为A、B两组后进行处理，A组（对照组）的处理是______；B组的处理是______。

②将上述两组大鼠置于相同的适宜条件下饲养。

③________________________。

④对所得数据进行统计处理与分析。

（2）实验结果与分析

B组大鼠生长发育的状况不如A组，出现这种差异的原因是由于B组的处理使大鼠缺失了来源于垂体的______激素和______激素。

【参考答案】（1）①手术但不切除垂体 切除垂体 ③每隔一定时间，测定并记录两组大鼠的体重（2）生长 促甲状腺

【分析】本题通过以“为研究垂体对机体生长发育的作用”为情境，考查学生的科学探究能力。解题的关键是要找准实验目的，从中找出自变量、因变量和无关变量。在此基础上，依据实验设计应遵循的原则，围绕给出的不完善的实验步骤，以及垂体分泌的与生长发育有关的激素等知识，对各问题情境进行解答。实验处理要遵循“单一变量原则和对照原则”，设立实验组和对照组，以及在培养（或饲养）、观察记录实验现象或记录测定的实验数据时，要体现对无关变量的控制，常用“相同条件下”“每隔一定时间”等表示。

2. 与社会生产生活实际相联系

科学探究试题常联系社会生产生活实际，来考查学生对教材知识的理解应用。试题突出一个“新”字，即所涉及的问题情境不囿于教材，让学生用所学知识来解决现实生活、生产中的新问题，从而考查学生分析问题、解决问题的能力。例如：

【例2】（2018年，全国卷Ⅲ，第32题节选）（2）根据生态系统中分解者的作用，若要采用生物方法处理生活垃圾，在确定处理生活垃圾的方案时，通常需要考虑的因素可概括为3个方面，即__________________。

【参考答案】（2）待分解垃圾的性质，引进的分解者生物的种类，处理环境的理化条件

【分析】该题从表面上看是因素列举，实际上是在考查学生的科学探究素养，即考查学生探究应用生物学方法来处理生活垃圾时需要考虑的有关因素。根据分解者的分解作用，在设计实施方案时，需要考虑的因素有被分解的垃圾的种类，选取的分解者的代谢类型，以及处理过程中需要提供的环境条件、处理垃圾的效率等等，以便预测可能出现的结果，为实验方案的实施与完善提供可行性论证。

3. 考查科学探究的各个环节

科学探究过程包括提出问题、猜想与假设、制订计划、设计实验、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等环节，科学探究试题的命制，正是从探究过程的各环节入手，全方位、多角度考查学生的科学探究能力和创新精神。例如：

【例3】（2017年，全国卷Ⅱ，第37题）豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。为了研究影响豆豉发酵效果的因素，某小组将等量的甲、乙两菌种分别接入等量的A、B两桶煮熟大豆中并混匀，再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在32 h内定期取样观测发酵效果。回答下列问题：

（1）该实验的自变量是____________、____________。

（2）如果发现发酵容器内上层大豆的发酵效果比底层的好，说明该发酵菌是________________________。

（3）如果在实验后，发现32 h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是________________________。

（4）从大豆到豆豉，大豆中的成分会发生一定的变化，其中，蛋白质转变为______，脂肪转变为______。

【参考答案】（1）菌种 发酵时间 （2）好氧菌

（3）延长发酵时间，观测发酵效果，最佳的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间 （4）氨基酸和肽

甘油和脂肪酸

【分析】该题以豆豉的制作为素材，考查学生对科学探究过程中实验变量的确定、实验原因的分析，最佳发酵时间的探究以及实验所涉及的实验原理的分析等有关知识。试题来源于人教版教材选修1，题型新颖，综合性强，较好地考查了学生对科学探究过程中各环节的理解、应用情况。特别是第三小题考查了学生推理、判断和语言表达等能力。

4. 试题趋向开放性

开放性试题打破了传统的命题模式，构思新颖，是培养学生创新思维、创造能力最有价值的试题。加大开放性试题在命题中的考查力度，是应试教育向素质教育转变的重要体现。科学探究试题具有较强的开放性，它给予学生以自己喜欢的方式解答问题的机会，从而培养学生运用所学知识、技能去探寻解决问题的新的思想和方法的能力。例如：

【例4】（2017年，全国卷Ⅲ，第32题）已知某种昆虫的有眼（A）与无眼（a）、正常刚毛（B）与小刚毛（b）、正常翅（E）与斑翅（e）这三对相对性状各受一对等位基因控制。现有三个纯合品系：①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不发生染色体变异和染色体交换，回答下列问题：

（1）若A/a、B/b、E/e这三对等位基因都位于常染色体上，请以上述品系为材料，设计实验来确定这三对等位基因是否分别位于三对染色体上。（要求：写出实验思路、预期实验结果、得出结论）

（2）假设A/a、B/b这两对等位基因都位于X染色体上，请以上述品系为材料，设计实验对这一假设进行验证。（要求：写出实验思路、预期实验结果、得出结论）

【参考答案】（1）选择①×②、②×③、①×③三个杂交组合，分别得到F1和F2，若各杂交组合的F2中均出现四种表现型，且比例为9∶3∶3∶1，则可确定这三对等位基因分别位于三对染色体上；若出现其他结果，则可确定这三对等位基因不是分别位于三对染色体上。（2）选择①×②杂交组合进行正反交，观察F1雄性个体的表现型。若正交得到的F1中雄性个体与反交得到的F1中雄性个体有眼/无眼、正常刚毛/小刚毛这两对相对性状的表现均不同，则证明这两对等位基因都位于X染色体上。

【分析】该题通过科学探究考查学生对自由组合定律、伴性遗传等有关知识的掌握情况。重点考查了探究性实验和验证性实验的设计思路、预期实验结果、得出实验结论的能力。试题开放性较强，答案不唯一，给了学生充分发挥想象和创造的空间，不足是主观性较强，阅卷难度较大。

二、备考策略

“高考是学科教学的指挥棒”。全国卷生物试题重视对学生科学探究素养的考查，这就要求教师在今后的教学中要以培养学生的生物学核心素养为中心，重视科学探究素养的培养，特别是在高三总复习阶段，通过加强有针对性的训练来启迪学生的思维，培养科学探究素养。

1. 重视对教材实验的复习

人教版教材在编写过程中非常重视对学生实验技能的培养，教材选编了大量的学生实验、演示实验、探究实验等。高三复习过程中，教师要引导学生弄清实验原理和相关的仪器装置，注重操作细节，思考怎么做，为什么要这样做，如果不这样做会产生什么后果，还能怎么做等等。如进行质壁分离和复原的实验时，可改变条件，让学生设计实验探究：若用0.5 g/mL蔗糖溶液做实验，实验现象是怎样的？为什么？若用0.3 g/mL尿素、KNO3等溶液做实验，实验现象又是怎样的？为什么？除洋葱鳞片叶外表皮细胞外，还可选取哪些材料做该实验？哪种实验材料的效果最佳？若用洋葱鳞片叶内表皮细胞做实验，要看清实验现象，你将采取什么措施？若要测定洋葱鳞片叶外表皮细胞液的浓度，如何进行实验设计等等。通过这种方式从不同角度、不同层面来复习教材实验，能加深对探究性实验的理解和把握。若条件许可，则尽可能地开放生物实验室，让学生重做有关实验，体验实验过程，感受实验操作细节，从而提升实验技能。

2. 加强语言表达的规范训练

对于探究实验，学生能否正确表达实验设计思路也是科学探究实验考查的重要内容。实验设计方式千变万化，但实验设计过程的表达方式基本相同。因此，复习过程中教师应教会学生如何去规范表达探究实验所涉及的各种问题情境，如实验目的、实验假设、实验原理、实验步骤、实验结果及实验结论等的规范表达。在对实验数据及实验现象进行分析、处理的过程中，教师要注重学生思维的有序性和条理性训练，对有关结论的概括，要训练学生用规范的语言去表达这是培养学生科学探究素养的重要途径。

3. 注重发散思维能力的培养

发散思维是大脑在思维时呈现的一种扩散状态的思维模式，它表现为思维视野广阔，思维呈现出多维发散状，它是创造性思维的最主要特点，是测定创造潜力的重要指标。科学探究实验的实施，要求学生有较强的发散思维能力，培养学生的发散思维有利于提升学生解决科学探究问题的能力。发散思维可通过变式教学、一题多解等途径来培养。在科学探究过程中，通过让学生分析探究实验过程中产生的多种现象，产生实验现象的多种原因，一种装置可能的多种用途，一种实验可能用的多种装置，一种物质可能用的多种鉴定方法，一种探究实验可能有多种设计方案等等来培养学生的发散性思维能力。因此，在教学中教师要引导学生对所给材料或信息从不同角度、向不同方向、用不同方法或途径进行分析和解决问题，从而提升科学探究能力。

4. 针对科学探究，开展专题训练

教师选取适当的经典习题，让学生积极主动地去思考、去练习、去理解科学探究的实施过程。对于给出的不同方案学生要学会作出恰当的评价，让学生掌握评价实验方案的常见角度和方法，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。

总之，增强生物学试题的科学探究性，是高考生物试题命制的一大趋势，是考查学生生物学核心素养的重要途径。只有夯实基础，加强训练，开展探究性实践并加以反思总结，才能提升科学探究能力，培养创新精神。