基于科学探究素养提升的高考复习策略——以近年全国卷生物学试题分析为例

 

来源公众号：逍遥谈生悟理　作者：陈万鹏

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》提出的核心素养中，“科学探究”内涵丰富、要求全面，其中包含的方法论对其他核心素养的发展也具有十分重要的意义。赵占良指出，科学探究素养包括科学探究能力、对科学探究的认知和相关的情感意识三个方面，在这些要素中，物理、化学和生物学三科课标共同强调了科学探究能力，包括发现和提出问题、形成假设、设计实验、获取证据（结果）、得出结论、作出解释等方面。

提高科学探究素养是一个重要、综合且高难度的过程，尤其是在高考复习中，科学探究素养不似知识复习那般显性化，而纸笔测试又无法考查学生的实践操作水平。但即便如此，科学探究素养依然是高考考查的重点内容，这与《中国高考评价体系说明》中要求的“实验设计能力、动手操作能力”等关键能力的考查重点十分吻合。笔者统计了近年高考全国卷生物学试题，并基于对这些试题的总结分析提炼有效的复习策略。

近年高考试题对科学探究素养的考查情况

实验与探究类试题是高考中考查科学探究素养最常用的方式，结合相关文献的研究，笔者将2020—2025年高考全国卷的实验与探究类试题分为教材经典实验（含科学史）类、实验分析类、实验设计和评价类，考查情况统计见表1。

1.1 教材经典实验的考查

近年全国卷试题对教材经典实验考查占比较高，可以分为科学史经典实验、观察类实验、物质提取与检测类实验、模拟调查类实验和探究类实验。题型多为选择题，主要考查学生对实验原理、选材、操作细节、现象等的理解和记忆。此类试题难度较低。

【例1】（2023年新课标卷第4题）为了研究和保护我国东北地区某自然保护区内的野生哺乳动物资源，研究人员采用红外触发相机自动拍摄技术获得了该保护区内某些野生哺乳动物资源的相应数据，为生态学研究提供了相关依据。下列叙述错误的是（   ）

A.通过对数据的分析和处理，可以了解保护区内大型野生哺乳动物的物种丰富度

B.与标记重捕法相比，采用该技术进行调查对野生哺乳动物的生活干扰相对较小

C.采用红外触发相机拍摄技术可调查生活在该自然保护区内东北豹的种群密度

D.该技术能调查保护区内东北豹种群中成年个体数量，不能调查幼年个体数量

例1并非单纯考查教材重点介绍的样方法或标记重捕法，而是在教材实验的基础上，引入了红外触发相机监测野生动物的方法（人教版教材“生物科技进展”栏目有介绍）。根据调查目的不同，该方法既可以调查某一物种的种群密度，又可以调查物种的丰富度。例1源于教材实验，又超出教材实验的要求，体现了对“不唯书、只唯实”的创新能力的考查要求，对复习备考具有十分重要的启发价值。

1.2 实验分析能力的考查

此类试题要求学生根据掌握的基础实验原理或学科必备知识，结合对题目提供的曲线、表格、柱状图、流程图等进行分析，对实验原理、过程、现象、结果等进行解释或说明。试题主要考查学生基于实验情境的数据分析和信息提取能力，试题内容呈现形式多样，常结合教材知识和新情境信息综合考查，很好地体现了高考对学生实验探究能力的要求。

【例2】（2024年新课标卷第31题，节选）某同学将一种高等植物幼苗分为4组（a、b、c、d）,分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间（t）后测定装置内O₂浓度，结果如图1所示，其中M为初始O₂浓度，c、d组O₂浓度相同。回答下列问题。

（3）若延长光照时间c、d组O₂浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是_________组，判断依据是_________________。

例2不仅需要学生基于学科必备知识分析密闭容器中O₂浓度的变化所反映的光合作用和呼吸作用的大小关系，还需要对判断的依据进行说明。学生基于题干信息“温度保持恒定”推知三组的呼吸速率一致，a、c两组的O₂浓度不再变化说明两组的光合速率相等且都等于呼吸速率，而b组由于光照较弱，消耗的CO₂较少，所以t时光合速率仍然大于呼吸速率。例2充分考查了学生从证据推导出结论的逻辑思维的流畅性、严密性和对关键细节的把握能力，对复习备考中学生科学论证能力的培养有一定的参考价值。

1.3 实验设计和评价能力的考查

近年全国卷试题比较高频地考查了学生的实验设计和评价能力，此类试题一般给出明确的实验目的，要求学生在给定的情境中积极思考，写出探究性或验证性的实验设计思路和预期结果，并得出实验结论，或根据实验结果确定实验控制的条件、对实验方案进行分析与评价等。这类试题开放性大、难度较高，不仅考查学生的理解、推理、获取信息和综合分析能力，而且对规范表述能力也有较高的要求，强调对学生批判思维和创新思维的考查。

【例3】（2023年全国甲卷第29题，节选）某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题。

（3）叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果。

例3考查的重点在于学生所设计的实验思路是否缜密、书写是否严谨。答题时，排除原有淀粉的干扰、设置对照实验、单独提取出叶绿体并进行脱色处理等往往是学生易忽略的点。此类题目往往是学生的失分重灾区，教师在复习备考时需要重点关注。

此外，科学探究不只包括科学实验和工程实践，也包括提出问题和解决问题的素养，即要求学生在给定情境下解决“是什么”和“为什么”的问题。因此，近年全国卷试题中还有非常多的试题没有实验与探究的“外衣”,但也考查了学生的科学探究素养，如分析和解决遗传和变异现象、解释给定的现象产生的原因等。总之，高考试题普遍强调学以致用，鼓励学生理论联系实际，将强化科学探究作为研究的重要目标，从多角度考查并促进学生学科核心素养的发展。

基于科学探究素养提升的复习策略

高考生物学对实验与探究这一关键学科能力的考查，涵盖对解决问题所需的必备知识、基于能力目标的学科核心素养和核心价值。对于高考复习而言，提升科学探究素养可从以下几方面重点突破。

2.1 重视教材基础实验的理解和操作

《中国高考评价体系》中考查要求的“四翼”强调了基础性、综合性、应用性、创新性，其中，基础内容的记忆和理解始终占一定比重。高考试题常选择以教材实验为依托，在新情境下考查基础知识和逻辑思维能力、语言表述能力。教师要善于带领学生对教材实验进行整理和总结，采用分类、比较、归纳等方法对实验进行复习重构，如对实验类型进行分类总结、对实验试剂和实验仪器的使用进行归纳、对实验现象进行分类整理等，实现对教材实验进行再加工的复习。

此外，由于实验设备不足、课时紧张等原因，目前在中学生物学教学过程中普遍存在“重理论、轻实践”的现象，讲实验、背实验代替了做实验。学生因缺少实际操作，很难对实验原理、实验过程和实验细节有深刻的印象，达不到高考对实验能力的考查要求，也难以启发学生对观察到的现象产生进一步探究的欲望。因此，根据具身认识理论，教师在复习备考中需要专门安排课时有意识地强化实验复习，以丰富学生在实验情境中思考问题的经历。特别需要指出的是，在实验复习中，教师不能只让学生机械地完成实验操作，还需要训练学生设计实验方案解决生物学问题，并对实验思路进行科学严谨的表述，以全面提高学生的科学探究素养。

2.2加强科学方法和科学史的归纳总结

“工欲善其事，必先利其器”,科学方法是科学思维的综合体现，也是科学探究的必备手段，是获得科学结论的重要前提。以人教版教材为例，教材中科学方法的介绍多数是服务于科学探究，既服务于科学史中的经典探究历程（如研究分泌蛋白的合成与运输）,又服务于学生的探究实践操作（如探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度）。同样，科学方法的学习与应用并非线性的，而是穿插交错于高中阶段学生的学习历程中，如在分泌蛋白的合成运输、光合作用原理、噬菌体侵染实验、证明DNA半保留复制等学习中均反复运用到同位素标记法，教师需要引导学生联系前后内容进行类比和归纳，以强化科学方法的理解和应用。以人教版（2019版）为例，教材中设置的“科学方法”栏目统计如表2。

科学史的相关内容，特别是对经典的科学实验案例的深刻理解，是从情感意识角度提高学生的科学探究素养的有效抓手。科学史相关内容也是与科学方法有机融合的，如归纳法、提出假说、建构模型、同位素标记法等都是教材在介绍科学家的经典实验案例中加以提炼的。让学生体验和感悟曾经的科学探究历程，既能让学生从科学家的研究案例中受到启迪，也能帮助学生理解科学探究的本质和特点，进而不断提升科学探究能力。

科学方法和科学史很少独立命题考查，但基于其对科学探究素养的提升有重要价值，教师在复习过程中要引导学生重视对科学方法的总结。体会科学方法在科学探究中重要价值的同时，以科学方法的复习为主线，将分散的必备知识串联起来，使知识系统化、结构化，从而加深对相关知识的理解。如教师可以以“假说—演绎法”为主线，以孟德尔、摩尔根、梅塞尔森和斯塔尔等人的研究历程为知识载体，在加强科学探究能力训练的同时，加深对科学本质的理解。

2.3 重视科学思维的训练

科学探究离不开科学思维，科学探究活动本质上也是科学思维方法的实践。因此，科学探究能力的提升，应以科学思维能力的培养为核心。教师既要重视设计、观察、实验、调查、制作、讨论等各种活动，也要重视通过各种探究实践活动培养学生的实证意识（包括获取证据、使用证据和评估证据的能力和习惯）。同时，教师也需要注重对学生批判性思维和创新思维的培养，如引导学生学会质疑和反思，学会从多个角度思考问题，并发现知识中的漏洞或不足，再尝试运用所学知识解决新问题或提出新的假设和观点。这些高阶思维的培养对于科学探究素养的能力、认知等方面的提升十分有必要。

具体实施中，教师可以充分借助现有资源，如教材中专设的活动栏目“问题探讨”“思维训练”“思考讨论”“技能训练”等。该类思维活动栏目在教材中有广泛的涉及，新授课时可作为理解相关学习内容的有效工具，复习课时也可以用来拓展拔高、提炼升华。如教材在必修2分离定律内容后设置了“设计实验方案”的思维训练栏目，在复习课时教师可以进一步拓展延伸，整合训练显隐性判断、纯合子的获取、基因位置分析和育种相关的实验方案设计问题，有助于提高学生逻辑思维。该内容的训练有助于提高学生逻辑思维的全面性、深刻性，从而更好地服务于科学探究素养的提升。

2.4加强实验与探究类习题训练

在考场上，学生需要在有限的时间内，在给定的情境中快速完成理解实验原理、理清实验思路、严谨地完成实验设计等一系列要求，教师在平时应进行针对性训练，如抓住关键提示、合理使用材料、把握实验设计原则、迁移所学知识、规范语言表述的能力和习惯。

具体来说，教师可对实验与探究类试题进行归类训练，在训练中帮助学生总结不同类别试题的一般规律和解题技巧。如实验分析题要习惯于先通览全题，再逐个细看问题；理清坐标、表头、单位等关键信息；抓住关键数据和前后文的关键提示；结合选项或问题倒推思路等。实验设计类题目要首先明确实验目的，确定整体方向；理清自变量和无关变量的控制；结合因变量的检测确定实验思路；找准实验材料，确定实验方法，写出具体步骤；根据实验结论倒推实验结果，再顺序书写实验结果和结论，紧扣实验目的。

需要特别说明的是，在进行实验探究复习时，教师要充分尊重学生的主体地位，努力创造民主开放的课堂氛围。不拘泥于标准答案，鼓励学生多想多问，多给学生充分表达、提出不同想法的机会，并锻炼学生的语言表述能力。同样，也允许有不同想法的同学之间相互争辩，在课堂上引发思维风暴，从而加深学生对实验目的剖析、变量控制、结果分析等关键问题的理解。

总结

综上所述，教师需要更新观念，认清高考试题对科学探究素养考查方式的重大变化，即由对经典实验原理和细节考查，逐渐过渡到依托真实情境全方位考查学生观察、提问、实验设计和交流与讨论等全方面能力。因此，在新授课教学中，教师需要潜移默化地锻炼和培养学生的认同感和探究能力，如创设具身性、体验性、情境性的学习实践活动，实现核心教学内容的实验、实践全覆盖，在多维情境中开展科学探究。在复习备考中，更要将科学探究素养提升作为重点目标进行落实，认识上帮助学生

认同科学探究的重要性和严谨性，方法上帮助学生理解科学探究的基本方法和基本过程，能力上帮助学生不断训练敏锐的观察力、提出有针对性问题的能力、实验设计和操作能力。教师既要引导学生回归教材、夯实基础，又要带领学生充分练习、内化提升综合能力，同时掌握一定的答题技巧，做到有针对性地复习和提高，才能有效提升科学探究素养水平以应对高考的变化。

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