曾芙英

【內(nèi)容摘要】科學(xué)探究是科學(xué)課程的重要內(nèi)容之一，探究方案設(shè)計(jì)直接決定探究的成敗。探究方案評(píng)價(jià)題是科學(xué)中考的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，考生在考試中失分較多，主要是考生在解答時(shí)缺乏思路，具有盲目性。在具體開展科學(xué)探究時(shí)，首先對(duì)設(shè)計(jì)的探究方案做出恰當(dāng)評(píng)價(jià)，然后根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)方案進(jìn)行修改?？蓮奶骄空n題的三類變量（自變量、應(yīng)變量和控制變量）以及探究實(shí)驗(yàn)所應(yīng)遵循的基本原則兩方面入手，給出了探究方案評(píng)價(jià)的六條思路：看“自變量”是否“變”起來;看“應(yīng)變量”能否正確測(cè)量;看“控制變量”是否被控制;看“控制變量”是否有效;看“實(shí)驗(yàn)樣本、實(shí)驗(yàn)次數(shù)”是否足夠多;看實(shí)驗(yàn)是否“環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全”。據(jù)這六條思路，可把探究方案中存在的一般性問題找出來，且把方案中隱藏得很深的缺陷挖出來。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)? 探究? 方案? 思路

科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提出，其中科學(xué)探究是核心素養(yǎng)的內(nèi)容之一，科學(xué)探究在中考中所占比分也較多。探究方案評(píng)價(jià)題是近幾年各地科學(xué)中考的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，考生在考試中失分較多，究其原因是考生在解答這類試題時(shí)缺乏一定的思路，具有盲目性。以下是筆者幾年來在教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出來的解答這類試題的六條思路，供大家商討。

思路一：看“自變量”是否“變”來。

科學(xué)探究，目的就是尋找應(yīng)變量怎樣隨自變量的變化而變化。因此，在探究時(shí)必須要讓自變量“變”起來。在探究方案評(píng)價(jià)題中，經(jīng)常會(huì)通過其他途徑一調(diào)節(jié)自變量。例如：科學(xué)興趣小組為研究金魚藻的光合作用，做了如下實(shí)驗(yàn)：第1步：將溴麝香草酚藍(lán)和呈弱堿性的NaHCO3溶液配成藍(lán)色液體，并向試管中通入一定量的二氧化碳?xì)怏w，直到液體呈淺綠色。第2步：將配制好的淺綠色液體分別取等量加到4支試管中，2～4號(hào)試管中加入金魚藻，1號(hào)試管不加金魚藻，封閉各試管。第3步：測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果。1小時(shí)后，距離50厘米的2號(hào)試管液體顏色為黃色，距離30厘米的3號(hào)試管液體顏色為淺綠色，距離20厘米的4號(hào)試管液體顏色為藍(lán)色，預(yù)測(cè)1號(hào)試管在1小時(shí)后液體的顏色是什么才能說明以上所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的?！咀ⅲ海?）溴麝香草酚藍(lán)是一種酸堿指示劑，在弱酸性環(huán)境中呈黃色，弱堿性環(huán)境中呈藍(lán)色，中性環(huán)境中呈淺綠色。（2）CO2的水溶液中含有CO2，H2CO3等微粒，當(dāng)CO2減少時(shí)H2CO3也減少?！坎患咏痿~藻的1號(hào)試管為對(duì)照組，沒有放綠色植物，不能進(jìn)行光合作用，則液體中的二氧化碳的濃度不變，溶液的酸堿性也沒有改變，從實(shí)驗(yàn)中可以知道顏色為“淺綠色”即原本顏色，因?yàn)檫@里的測(cè)量的“因變量”沒有發(fā)生變化。由課題知，實(shí)驗(yàn)操作設(shè)置時(shí)試管距日光燈的距離不同，自變量就“變”起來，這里的真正自變量是光照強(qiáng)度，且距離越小，光照強(qiáng)度越強(qiáng)。這里的因變量的測(cè)量發(fā)生轉(zhuǎn)換，實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)量的是1小時(shí)后液體的顏色，因變量是“光合作用的強(qiáng)度”。因此該實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑椤疤骄拷痿~藻的光合作用強(qiáng)度與光照強(qiáng)度的關(guān)系”，因?yàn)橐后w顏色變化來是光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)同時(shí)作用的一個(gè)結(jié)果，所以這里的一個(gè)隱藏的因變量還有呼吸作用，“找到因變量”有光合作用強(qiáng)度和呼吸作用強(qiáng)度，可以分析4號(hào)試管液體顏色為藍(lán)色的原因：“光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，溶液中二氧化碳減少，碳酸也減少，pH上升?！?/p>

思路二：看“應(yīng)變量”能否正確測(cè)量。

當(dāng)自變量發(fā)生變化時(shí)，必須正確測(cè)出應(yīng)變量。在探究方案評(píng)價(jià)題中，命題人員會(huì)設(shè)置應(yīng)變量不能正確測(cè)量的情境。

例1：為了探究小白鼠調(diào)節(jié)體溫的中樞是否為下丘腦。第一步取兩只生理狀況相同的健康的成年小白鼠，并標(biāo)記為A、B;第二步用一定的方法只破壞A鼠的下丘腦;第三步把A、B兩鼠置于人工控制的溫室中，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度為-2℃，在相對(duì)適宜且安靜的條件下觀察一段時(shí)間，每隔3小時(shí)分別測(cè)量一次體溫，記錄數(shù)據(jù)。首先分析一下該實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)變量是什么，即隨環(huán)境溫度改變，小白鼠的體溫是否會(huì)發(fā)生變化，這里需要測(cè)量的應(yīng)變量是體溫的變化。顯然以上實(shí)驗(yàn)過程中存在兩點(diǎn)缺陷，其中之一就是應(yīng)取幼年小白鼠，現(xiàn)象更明顯。本實(shí)驗(yàn)所探究內(nèi)容的應(yīng)變量是小白鼠的體溫調(diào)節(jié)，要知道小白鼠體溫的變化情況，除了要測(cè)出它們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)的體溫，還必須測(cè)出它們?cè)趯?shí)驗(yàn)前的體溫。因此從“看應(yīng)變量能否正確測(cè)量”的思路去考慮，可找出第二個(gè)缺陷：實(shí)驗(yàn)前沒有先測(cè)定實(shí)驗(yàn)組A鼠和對(duì)照組B鼠的體溫。

例2：細(xì)菌等微生物是土壤的成分之一，它必須從土壤中吸收含碳的物質(zhì)、含氮的物質(zhì)、水和無機(jī)鹽等，以維持其生命活動(dòng)。有的土壤細(xì)菌（以下簡稱為“X細(xì)菌”）能將環(huán)境中的尿素轉(zhuǎn)化為氨氣。為探究某土壤樣品中是否含X細(xì)菌，某科學(xué)興趣小組的同學(xué)做了如下實(shí)驗(yàn)：

（1）制備土壤浸出液。（2）在專業(yè)人士指導(dǎo)下配制培養(yǎng)基（內(nèi)有除含氮物質(zhì)外的其他必需物質(zhì)），將培養(yǎng)基分裝在A和B兩個(gè)培養(yǎng)皿中。（3）在A培養(yǎng)皿中再加入_____，B培養(yǎng)皿不加。解析：根據(jù)控制變量法可知，在A培養(yǎng)皿中再加入尿素，B培養(yǎng)皿不加。（4）將等量土壤浸出液涂抹在A和B兩個(gè)培養(yǎng)皿的培養(yǎng)基表面，并在適宜環(huán)境下培養(yǎng)一段時(shí)間。（5）在A和B兩個(gè)培養(yǎng)皿中加入_____，觀察顏色變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：A培養(yǎng)基表面顯紅色，B培養(yǎng)基表面不顯紅色。

解析：該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄磕惩寥罉悠分惺欠窈琗細(xì)菌，但是由于細(xì)菌微小，不能直接觀察，需要間接測(cè)定，這里要用到一種轉(zhuǎn)換的思想，即有的土壤細(xì)菌能將環(huán)境中的尿素轉(zhuǎn)化為氨氣，檢驗(yàn)氨水的存在，應(yīng)該使用無色酚酞試劑，所以在A和B兩個(gè)培養(yǎng)皿中加入無色酚酞，觀察顏色變化。

思路三：看“控制變量”是否被控制。

一次探究只能研究一個(gè)自變量和一個(gè)應(yīng)變量之間的關(guān)系，其他變量必須被控制。控制變量沒有被控制的情境出現(xiàn)在探究方案評(píng)價(jià)題中也是很常見的。例1：在探究胃蛋白酶的活性與溶液酸堿性的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，由于影響應(yīng)變量的因素有多種，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)變量是胃蛋白酶的活性，實(shí)驗(yàn)的自變量為溶液酸堿性，當(dāng)只探究其中一種因素時(shí)，則其他因素要控制相同，要求控制在一定溫度下實(shí)驗(yàn)，即實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組中的溫度等要相同。例2：在探究過氧化氫分解所需催化劑可以是二氧化錳、氯化銅、氯化鐵、土豆中的過氧化氫酶及氧化銅等，若要探究土豆中的過氧化氫酶的催化效果，則需要控制實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的過氧化氫溶液的體積和溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同。若要進(jìn)一步探究催化劑與反應(yīng)物接觸面積大小對(duì)過氧化氫分解速率的影響，則實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組中的土豆應(yīng)該為一組土豆不做處理，另一組土豆切成正方體的小塊，這里的接觸面積大小為實(shí)驗(yàn)的自變量，此時(shí)要控制土豆量要相同，過氧化氫的量要相同，過氧化氫溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)要相同，也就是其他無關(guān)變量要控制相同，避免其他因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

思路四：看“控制變量”是否有效。

有些實(shí)驗(yàn)，表面上看起來控制變量是被控制的，但仔細(xì)一分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)被控制的變量是無效的，等于沒有控制。在這方面，學(xué)生往往會(huì)忽視，應(yīng)加以重視。例1：探究“唾液淀粉酶對(duì)淀粉的消化作用”，將實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的溫度分別攪拌后放入100℃沸水中保溫10分鐘。此步驟是一處明顯錯(cuò)誤，在這兒，溫度是控制變量，溫度是被控制的，但在100℃的情況下，唾液中的淀粉酶會(huì)失去活性，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。也就是說，變量雖被控制，但變量無效。例2：探究無機(jī)鹽是否會(huì)影響植物光合作用，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組分別取兩個(gè)相同的花盆，種植相同的綠色植物，并放置在相同且條件適宜的光照條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)A組噴灑不含無機(jī)鹽的蒸餾水，B組噴灑含無機(jī)鹽的蒸餾水，表面上好像控制了變量，實(shí)質(zhì)A、B組的土壤中都含有無機(jī)鹽，顯然這樣控制變量是無效的。

思路五：看“多次實(shí)驗(yàn)，多個(gè)數(shù)據(jù)”的原因。

實(shí)驗(yàn)樣本或?qū)嶒?yàn)次數(shù)太少，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有偶然性，實(shí)驗(yàn)次數(shù)太少，沒有多次測(cè)量求平均值，實(shí)驗(yàn)誤差就大。在探究方案評(píng)價(jià)題中，出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)樣本、實(shí)驗(yàn)次數(shù)不足的情境是比較多的。例一：探究毛細(xì)現(xiàn)象（墨水沾到衣服上，很快就會(huì)滲入衣服，這種液體主動(dòng)流進(jìn)狹窄空間的現(xiàn)象稱作“毛細(xì)現(xiàn)象”）中液面升高與細(xì)管的粗細(xì)關(guān)系。需要測(cè)量多組數(shù)據(jù)，即半徑分別為r、1/2r和1/3r、1/4r、1/5r的細(xì)玻璃管立于水中，觀察水位上升的情況并測(cè)量出液面上升高度。半徑為號(hào)r的細(xì)管，上升高度為h半徑為號(hào)1/2r的細(xì)管，上升高度為2h，半徑為1/3r的細(xì)管，上升高度為3h，則半徑為1/5r的細(xì)管，上升的高度為5h。這樣可以得出結(jié)論，同種液體，液面上升的高度與細(xì)管的定量關(guān)系，因此答案為“同種液體，液面上升的高度與細(xì)管的半徑成反比。”本題是多個(gè)數(shù)據(jù)可以找到普遍的定量的關(guān)系。例二：測(cè)量導(dǎo)體電阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，分別測(cè)量三組電壓電流為U1與I1、U2與I2、U3與I3，再求出R1、R2、R3，最后取平均值，該實(shí)驗(yàn)多次測(cè)量是為取平均值，減小實(shí)驗(yàn)誤差。

思路六：看實(shí)驗(yàn)是否“環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全”等。

實(shí)驗(yàn)要注意“環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全”是我們進(jìn)行科學(xué)探究所應(yīng)該遵循的原則。所以命題人員也會(huì)在“環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全”方面設(shè)置情境，以考查考生在這方面是否具有一定的意識(shí)。例如：研究橘樹林有部分葉片發(fā)生卷曲現(xiàn)象，可能是柑橘害蟲矢尖蚧或潛葉蛾危害造成的，實(shí)驗(yàn)要求在柑橘研究所的隔離大棚內(nèi)，因矢尖蚧和潛葉蛾是柑橘害蟲，若在實(shí)驗(yàn)時(shí)讓它們逃到野外，就會(huì)危害當(dāng)?shù)氐母涕?。這個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程主要是從“看實(shí)驗(yàn)是否環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全等”的思路去考慮。

總而言之，實(shí)驗(yàn)探究題的解答，其實(shí)就是從實(shí)驗(yàn)探究的過程去考慮問題，理解概念，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)探究題的解答也是重復(fù)運(yùn)用思路的過程，更是一個(gè)重新思考的過程，唯有在反復(fù)實(shí)踐中縝密思考，才能對(duì)思路運(yùn)用自如，按照本文的六條思路去思考，能有效地解決中考中的探究方案評(píng)價(jià)題。科學(xué)探究是核心素養(yǎng)內(nèi)容之一。教師在教學(xué)中搭建科學(xué)探究平臺(tái)，開發(fā)精辟典型的探究素材，設(shè)計(jì)相關(guān)方評(píng)價(jià)問題，用靈活易操作的科學(xué)思維，促進(jìn)學(xué)生真正理解核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究相關(guān)概念。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 喬穎. 遼寧阜新市中學(xué)物理教師科學(xué)素養(yǎng)調(diào)查研究[D]. 長春：東北師范大學(xué)，2020.

[2] 張家輝. 試析地理學(xué)科核心素養(yǎng)體系[J]. 中學(xué)地理教學(xué)參考，2020（5）：4-7.

[3] 沈偉云. 基于科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理教學(xué)策略[J]. 物理教師，2018（10）：47-48.

（作者單位：浙江省安吉天略外國語學(xué)校）