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聚焦学科核心素养 破解高考实验大题

2022-03-16宋立伟

中学生物学 2022年1期
关键词:探究性实验核心素养

宋立伟

摘要 明确实验目的后,探究性实验和验证性实验均可概括为分组、处理、观察、结论,并结合高考真题给予学生实验题答题指导,以期达到学生入题快、答题准、得分高的目的。同时,建议从回归教材实验、研读高考真题、规范学科语言3个方面进行复习备考。

关键词 探究性实验 验证性实验 核心素养 高考真题

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

实验题是高考生物试题中常考不衰的题型之一,在考查基础知识和基本技能的同时,能够对学科核心素养进行全方位考查。纵观近几年全国新课标卷生物试题,教材基础实验的考查主要涉及实验原理、规律、方法、步骤及相关操作要领等,多以选择题的形式呈现,难度较低,学生得分率较高。分析与设计类实验的考查主要涉及实验设计、实验结果和结论的预测分析以及实验评价等。这类试题背景常常来自科研实验,命题视角较高,多以非选择题的形式呈现,题型难度较大、综合性强,主要考查学科素养中的科学思维和科学探究能力。该类试题的答案文字多、逻辑性强、规范要求多,学生答题时常常存在“看不懂题”“没有思路”“语言不规范”等问题,对实验原理的阐述、实验思路的表达、实验步骤的完善、实验方案的评价等一筹莫展,从而导致得分率较低。

为提高高考实验题的得分率,下面将探究性实验和验证性实验化繁为简,并结合高考真题给予学生实验题答题指导,以期达到学生入题快、答题准、得分高的目的,也为一线教师教学提供参考。

1探究性实验

探究性实验是指实验者在不知晓实验结果的前提下,通过自己实验、探索、分析、研究得出结论,从而形成科学概念的一种认知活动。有关探究性实验各环节及解答的常见错误见表1。

教师若按表1所示的探究性实验6环节进行教学,略显繁琐且学生不容易掌握。教学中,可以将其整合为3个环节:明确实验目的、实验设计与操作、分析实验结果得出实验结论。

1.1环节一:明确实验目的

学生在学习或考试答题涉及探究性实验时,首先要明确的就是实验目的。探究性实验的目的可以概括为研究或探究自变量对因变量的影响。文字表述常为“为研究......”“为探究......”“陈述事实,假设......,探究假设是否成立......”等。学生只有明确了实验目的,才能科学地设计实验,完成答题。

1.2环节二:实验设计与操作

1.2.1取材、分组、编号

探究性实验所用的实验材料要相同(相似)。植物材料为长势基本相同的植株,动物材料为生长发育情况(性别、体重、体长、年龄等)基本相同的个体。分组时各组材料数量要相等,但各组不能仅为一株植物或一个动物个体。要注意平行重复的原则,以确保实验结果可进行统计学分析,保证实验结果科学性和可靠性。本步骤规范的学科语言叙述为:“将若干长势基本相同的植株或若干生长发育状况基本相同的个体分......组并编号为......”。

1.2.2自变量处理

完成取材、分组、编号后,按研究目的进行自变量处理开展实验研究。本步骤要遵循单一变量的原则,同时要排除无关变量对实验结果的影响,以明确因变量的不同是自变量导致的。本步骤规范的学科语言叙述为:“对......组进行......处理”。

1.2.3观察因变量

观察因变量,即观察自变量处理后对实验材料的影响,本步骤应根据具体情境明确因变量的可观测指标。同时,各组的实验时间、条件也应相同且适宜。本步骤规范的学科语言叙述为:“在相同且适宜的条件下或在实验要求的条件下,一段时间后,观察并记录(因变量的观测指标)......。”

1.3环节三:分析实验结果得出实验结论

在完成环节二后,便可对实验结果进行统计分析,进而得出实验结论。本环节中,学生应能准确区分实验结果和实验结论的区别及相互关系。探究性实验中自变量对因变量可能存在无影响、正影响、负影响3种情况。本步骤规范的学科语言叙述为:“若实验结果......,则实验结论为......”。

1.4应用

综上所述,在明确实验目的后,探究性实验的实验设计环节可概括为分组、处理、观察、结论,学生可通过以下的高考真题切身体会。

【例1】(2018·全国II卷·29)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,出現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3每隔一定时间,测定并记录两组大鼠的体重体

(2)生长促甲状腺

【例2】(2019年·全国II卷·37节选)物质W是一种含氮有机物,会污染土壤。W在培养基中达到一定量时培养基表现为不透明。某研究小组欲从土壤中筛选出能降解W的细菌。

(3)土壤中的某些微生物可以利用空气中的氮气作为氮源。若要设计实验进一步确定甲、乙菌能否利用空气中的氮气作为氮源,请简要写出实验思路、预期结果和结论。

(4)该小组将人工合成的一段DNA转入大肠杆菌,使大肠杆菌产生能降解W的酶(酶E)。为了比较酶E与天然酶降解W能力的差异,该小组拟进行如下实验,请完善相关内容。

1在含有一定浓度W的固体培养基上,A处滴加酶E的缓冲液,B处滴加含有相同浓度天然酶的缓冲液,C处滴加,三处滴加量相同。

2一段时间后,测量透明圈的直径。若C处没有出现透明圈,说明;若A、B处形成的透明圈直径大小相近,说明。

参考答案:(3)实验思路:将甲、乙菌分别接种在无氮源培养基上,在适宜条件下培养一段时间。预期结果及结论:若细菌能生长(出现菌落),则说明该细菌能利用空气中的氮气作为氮源。

(4)缓冲液缓冲液不能降解W酶E与天然酶降解W的能力相近

2验证性实验

验证性实验是指实验者针对已知的实验结果而

进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。验证性实验同样可以遵循探究性实验的3个环节进行。与探究性实验不同的是,环节一不是探究自变量对因变量的影响,而是验证自变量对因变量的影响,规范的学科语言叙述为:“为验证......”“某假设......,验证......”等。环节三的实验结果要验证实验目的。但二者的实验操作过程基本一致,实验设计环节同样可以高度概括为分组、处理、观察、结论。

【例3】(2019·全國I卷·29节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小,回答下列问

题。(3)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和预期结果。

参考答案:实验思路为取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度,经干旱处理后,再测定气孔开度;预期结果为干旱处理前后气孔开度不变。将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组,在干旱条件下,一组进行ABA处理,另一组作为对照组一段时间后,分别测定两组的气孔开度,预期结果为ABA处理组气孔开度减小,对照组气孔开度不变。

【例4】(2019·全国III卷·29节选)氮元素是植物生长的必需元素,合理施用氮肥可提高农作物的产量。回答下列问题。

(2)农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)。已知作物甲对同一种营养液(以硝酸铵为唯一氮源)中NH4+和NO3-的吸收具有偏好性(NH4+和NO3-同时存在时,对一种离子的吸收量大于另一种)。请设计实验对这种偏好性进行验证,要求简要写出实验思路、预期结果和结论。

参考答案:

实验思路:配制营养液(以硝酸铵为唯一氮源),用该营养液培养作物甲,一段时间后,检测营养液中NH4+和NO3-剩余量。

预期结果和结论:(1)若营养液中NO3-剩余量小于NH4+剩余量,则说明作物甲偏好吸收NO3-;(2)若营养液中NH4+剩余量小于NO3-剩余量,则说明作物甲偏好吸收NH4+。

3备考策略

3.1回归教材实验

“题在书外,理在书中”,高考试题注重试题问题出于教材,而答案又回归教材的原则,充分体现了教材在高中生物学学习过程中的核心地位和重要性。在复习教材实验时,教师不仅要引导学生学会按照一定的形式对实验进行分类梳理,并且要使学生细化、系统化其中所呈现出的共性规律。有条件的学校可以组织学生到实验室重做教材中的实验,使学生再次通过实验操作和亲身体验,对实验原理、实验材料、实验步骤等进行分析与讨论。这样既能使学生深化对教材实验的理解,又可以使学生形成科学严谨的实验设计思想和原则。同时,教材中的经典实验更是实验复习备考的重中之重。经典实验不仅在生命科学发展中占有重要地位,更能反映生命科学研究中的科学思维过程,可以培养学生的高阶实验素养。

3.2研读高考真题

高考试题是命题专家组集体智慧的结晶,试题在命题角度、题量、题型、难度等方面都进行了充分考虑和精心设计,试题材料新颖、立意高、设问准确,充分体现了“一核四层四翼”的高考评价体系要求,能够全面检测学生的学科知识和思维品质。借助上文的方法,学生在反复研读历年高考实验真题时,通过不断地总结和体会,会发现总有部分内容属于高频考点,也能理解命题专家的思路。

3.3规范学科语言

 应对试题,学生能否写出科学、严谨、简洁的学科语言是学科核心素养的重要体现。高考实验题既能对学生基础知识进行考查,也是对学生逻辑思维、语言表达能力、学科核心素养的考验。近年来,因填空式作答极大地限制了学生思维水平的发挥,无法准确考查学生的学科素养,不利于高校人才选拔和引导中学教学,因此高考中实验题填空式作答正逐渐转变为问答式作答。课堂是塑造学生学科语言习惯的重要场所,教师要以身作则,避免口语化的表述,充分调动学生积极性,鼓励学生发表观点并进行同学间互评,引起学生对学科语言的关注。教师可讲解学科语言特点、规范答题句式,利于学生对相对单一的具体问题采用规范的专业术语直接作答,也便于学生由表及里地厘清作答思路,依据逻辑,利用长句式进行精准表述。学习掌握学科语言不能到高三复习备考阶段才开始,而是入学之初,教师就应当逐步渗透学科语言教育。经过三年的学习、反复的练习,学生定会熟练、准确、科学地使用学科语言进行答题。

参考文献:

[1]秦伟强.2019年高考理综全国II卷生物试题分析及备考策略[J].中学生物学,2019,35(11):48-50.

[2]刘莉.2013-2018年生物高考新课标卷实验题考点归纳及分析[J].中学生物学,2019,35(3):56-57.

[3]姚亭秀.浅谈高三生物复习课提高学生学科语言表述能力的策略[J].中学生物教学,2019,(9):18-22.

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