廣東 劉建峰

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）要求教學(xué)要注重學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，命題評價考核時要以能力立意為目標(biāo)。《2020 年北京學(xué)業(yè)水平等級性考試說明生物學(xué)科征求意見稿》（以下簡稱《考試說明》）對考查能力描述為理解、應(yīng)用、思辨、創(chuàng)新。其中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題在能力考查上側(cè)重應(yīng)用、思辨和創(chuàng)新。應(yīng)用能力包括推理（在給定情境中，運(yùn)用生物學(xué)知識得出結(jié)果或給出答案）和歸因（依據(jù)生物學(xué)知識解釋導(dǎo)致生物學(xué)現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的原因）；思辨能力包括論證（在給定情境中，綜合運(yùn)用生物學(xué)知識或通過對信息進(jìn)行分析與綜合，得出結(jié)果或結(jié)論，闡明思維過程）和評價（依據(jù)生物學(xué)知識闡釋研究方案的合理性，論述研究結(jié)果與結(jié)論之間的一致性）；創(chuàng)新能力包括假設(shè)（在對生物學(xué)現(xiàn)象或已有研究結(jié)果進(jìn)行分析與綜合的基礎(chǔ)上，結(jié)合所學(xué)科學(xué)知識，提出科學(xué)問題或做出科學(xué)假設(shè)）和設(shè)計(jì)（提出或完善用于回答科學(xué)問題或檢驗(yàn)科學(xué)假設(shè)的研究方案、實(shí)驗(yàn)思路，預(yù)期研究結(jié)果或提出解決實(shí)際問題的合理設(shè)想）。

對比《課程標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于科學(xué)探究的測量依據(jù)（表1），結(jié)合北京市各區(qū)近年的模擬試題中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的特征，不難發(fā)現(xiàn)《考試說明》中關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的能力要求更加具體，而《課程標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于學(xué)科核心素養(yǎng)具體表現(xiàn)、答題要求、水平劃分則更為明確、詳細(xì)。

表1 學(xué)科核心素養(yǎng)表現(xiàn)、答題要求及水平劃分依據(jù)

為了深入探究高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題命題特征，在明確《考試說明》和《課程標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，教師可以進(jìn)一步對近年高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（以全國卷為例）進(jìn)行分析。

一、2017—2021 年高考（全國卷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題歸類比較

續(xù)表

綜合分析2017—2021 年全國卷關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考查（表2），實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾榉较虼篌w可以分為①分析實(shí)驗(yàn)原理（變量、原則）；②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟；③預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果；④解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；⑤設(shè)計(jì)記錄表格（曲線等）；⑥評價實(shí)驗(yàn)方案。結(jié)合上述內(nèi)容分析高考試題中的考查方向多集中在②③④。知識模塊考查主要集中在遺傳學(xué)、植物生理學(xué)等方面（動物生理學(xué)也有涉及）。在情境設(shè)計(jì)上則較側(cè)重學(xué)習(xí)探究類情境的創(chuàng)設(shè)。

表2 2017—2021年全國卷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題簡析歸類

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題命題特征

（一）教材知識點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題取材的基礎(chǔ)

獲得關(guān)于生命活動基本規(guī)律的基礎(chǔ)知識，初步學(xué)會生物科學(xué)探究的一般方法是大綱中提出的課程目標(biāo)，近年生物學(xué)高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題在取材上較好地體現(xiàn)了這一點(diǎn)。

【例1】（2019 年，全國卷Ⅰ，第29 題）將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進(jìn)行干旱處理，該植物根細(xì)胞中溶質(zhì)濃度增大，葉片中的脫落酸（ABA）含量增高，葉片氣孔開度減小?；卮鹣铝袉栴}。

（1）經(jīng)干旱處理后，該植物根細(xì)胞的吸水能力__________。

（2）與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的光合速率會___________，出現(xiàn)這種變化的主要原因是_______________________________。

（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(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一結(jié)論。要求簡要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。

【參考答案】（1）增強(qiáng) （2）降低 氣孔開度減小使供應(yīng)給光合作用所需的CO2減少 （3）取ABA 缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經(jīng)干旱處理后，再測定氣孔開度。預(yù)期結(jié)果是干旱處理前后氣孔開度不變；將上述干旱處理的ABA 缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進(jìn)行ABA 處理，另一組作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。預(yù)期結(jié)果是ABA 處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。

【解析】該題內(nèi)容涉及植物與環(huán)境間的水分交換、光合作用、植物激素調(diào)節(jié)的相關(guān)知識，以干旱、氣孔開度、脫落酸三者之間的關(guān)系構(gòu)建問題情境?？疾槟繕?biāo)：①對植物水分生理功能、光合作用、脫落酸的調(diào)節(jié)作用等相關(guān)知識的掌握情況；②獲取信息的能力和綜合運(yùn)用能力；③在已知實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件情況下的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力；④通過對實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果的陳述，考查科學(xué)語言的運(yùn)用和文字表達(dá)的邏輯性、準(zhǔn)確性和簡潔性。學(xué)科核心素養(yǎng)側(cè)重于考查①科學(xué)思維——?dú)w納與演繹：寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果；批判性思維：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；②科學(xué)探究——探究：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或制訂方案；創(chuàng)新：干旱條件下氣孔開度減小是由ABA 引起的。

在水平劃分上，（1）和（2）屬于三級水平，而（3）要求學(xué)生能針對真實(shí)情境提出解決問題的新方案，屬四級水平。

（二）考查學(xué)生對課本實(shí)驗(yàn)掌握的程度及學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

【例2】現(xiàn)有一種由人工膜制成的袋，為檢測淀粉和碘能否透過該膜，現(xiàn)提供試劑和用品如下：鐵架臺、燒杯和人工膜袋各一個，1%的淀粉溶液、稀碘溶液和細(xì)棉線。

（1）請用上述試劑和用品，設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)裝置，探究淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能否通過該膜。請用示意圖表示（加圖注）。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測及分析：

①______________________________________________________________________________________

②______________________________________________________________________________________

③______________________________________________________________________________________

④______________________________________________________________________________________

【參考答案】（1）如圖1 所示

圖1

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測及分析：一段時間后，

①袋內(nèi)、外液體均不變藍(lán)，表明淀粉和碘均不能通過；

②袋內(nèi)、外液體均變藍(lán)，表明淀粉和碘均能通過；

③袋內(nèi)液體變藍(lán)，袋外液體不變藍(lán)，表明碘能通過，淀粉不能通過；

④袋外液體變藍(lán)，袋內(nèi)液體不變藍(lán)，表明碘不能通過，淀粉能通過。

（注：結(jié)果預(yù)測應(yīng)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一致）

【解析】該題的知識和技能背景是教材中關(guān)于生物膜的選擇透過性和滲透作用原理的演示實(shí)驗(yàn)。題目中給出的“人工膜”信息，其性質(zhì)是“未知的”，要求學(xué)生依據(jù)既定實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹皺z測淀粉和碘能否透過該膜”，使用題目提供的試劑和用品，結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)和結(jié)果預(yù)測分析。

在水平劃分上，（1）和（2）均達(dá)到四級水平，總體難度大于例1。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題命題思維

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的命題思路，以科學(xué)思維為經(jīng)，科學(xué)探究為緯，側(cè)重考查學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，考查學(xué)生分析、解決真實(shí)情境下的生產(chǎn)、生活問題的能力。由于科學(xué)研究方法大多可以還原到歸納法和演繹法，而中學(xué)階段實(shí)驗(yàn)研究基本涵蓋了科學(xué)研究的大多數(shù)內(nèi)容，所以科學(xué)探究能力的考查多以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)形式呈現(xiàn)。

高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)無論是探究性實(shí)驗(yàn)還是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（科學(xué)探究）的步驟和需要解決的問題都可以歸納如表3。

表3 科學(xué)探究的一般步驟和需要解決的問題

結(jié)合《課程標(biāo)準(zhǔn)》和《考試說明》中的考核要求，科學(xué)探究可描述為踐行不畏困難、堅(jiān)持不懈的探索精神（社會責(zé)任、人生觀）；針對給定信息（情境）提出清晰的、有價值的、可探究的生物科學(xué)問題；設(shè)計(jì)恰當(dāng)可行的研究方案；采用合適的工具開展探究，如實(shí)記錄并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用科學(xué)術(shù)語闡明實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對研究工作做出正確評價。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題命題思維方向可歸納為以下幾點(diǎn)：①提出可探究的生物科學(xué)問題；②提出實(shí)驗(yàn)思路；③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟（部分）；④分析結(jié)果，闡明結(jié)論；⑤合理評價。

出于對試題難度和問題梯度設(shè)計(jì)的考慮，可以出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、科學(xué)原則的判斷（一級水平），實(shí)驗(yàn)材料選擇、變量分析（二級水平），實(shí)驗(yàn)組結(jié)果比較分析（三級水平）等問題。

四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題備考建議

（一）充分挖掘教材中的實(shí)驗(yàn)資源

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題在學(xué)科核心素養(yǎng)具體表現(xiàn)、答題要求、水平劃分方面，從給定方案、選擇方案到設(shè)計(jì)方案，從實(shí)驗(yàn)課題的提出、實(shí)驗(yàn)試劑材料的選擇、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析到設(shè)計(jì)解決真實(shí)問題的方案，在教材實(shí)驗(yàn)中都有大量的可參考案例供分析使用。充分挖掘教材中的實(shí)驗(yàn)資源，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的基本命題原則和方向。

（二）選擇較為開放的實(shí)驗(yàn)情境試題進(jìn)行評價，提升學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)問題能力

廣東省往年自主命題與其他地區(qū)明顯不同的特征就是靈活性和開放度較高，這也與廣東省本身的地域經(jīng)濟(jì)文化特征有關(guān)。保留和突出這一特征，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題命題的趨勢和要求，符合《課程標(biāo)準(zhǔn)》和《中國高考評價體系》關(guān)于培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)、教學(xué)評價體現(xiàn)育人價值的要求。

（三）實(shí)驗(yàn)情境設(shè)計(jì)要在已有知識情境基礎(chǔ)上加以拓展、創(chuàng)新和綜合

情境選擇上可考慮以生物科技論文為背景的素材或大學(xué)教材中的恰當(dāng)素材來命制實(shí)驗(yàn)探究試題。生物科技論文可以反映現(xiàn)代生物科技的發(fā)展和進(jìn)步。這樣的試題情境既能體現(xiàn)對學(xué)科核心素養(yǎng)的考查，又能保證試題的時效性、科學(xué)性和權(quán)威性。

（四）通過設(shè)置實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路等問題形式全面考查學(xué)生的科學(xué)探究能力、邏輯思維能力、文字規(guī)范表達(dá)能力

在典型的實(shí)驗(yàn)與探究試題中，往往對基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、探究或?yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?shí)驗(yàn)評價能力進(jìn)行綜合考查。這樣既能確保試題在問題設(shè)計(jì)上具有良好的難度梯度，又能體現(xiàn)能力立意和學(xué)科核心素養(yǎng)，增加試題的飽滿度和生命力。