生物学科探究性试题的设计研究

生物学科探究性试题的设计研究佳木斯市教育研究院岳丽红在新课程中，科学探究既作为科学学习的内容，又作为科学学习方法出现在理科课程标准中。《课程标准》更是首次将“科学探究”提到了核心地位，把“科学探究”列为三大课程理念之一，排在十大主题之首，可见“科学探究”已突破性地成为了生物课程的核心内容。《课程标准》在教学建议中突出强调要“引导并组织学生进行探究性学习”和“加强和完善生物实验教学”；在评价建议中明确指出“教师应特别重视对学生探究能力和情感态度与价值观方面进行评价”，并提供具体案例说明在教学过程中，如何对学生的探究能力进行评价和具体的评价内容。对科学探究的有效评价也是新课程书面考试笔答试题中极为重要的内容。试题如何考查学生科学探究能力，是生物教师和每位命题人员应思考和研究的新课题。通过对科学探究理论和新课程评价理论的学习，特别是重点学习黑龙江省2004年生物学科学业考试结业命题的指导意见，结合课改实验区的教学实际，反思2004年佳市省级课改实验区生物试题的命题实践，我认为探究性试题的命题应把握以下几点。一、体现探究活动目标的全面性科学探究是指学生积极主动获取科学知识、领悟科学研究的方法和科学的思维观念、获得科学精神而进行的多种活动，它追求事实和证据，它的最终目的是培养学生的科学素养。探究性学习的目标包括三项：第一项是获得知识，第二项是获得科学认识，第三项是掌握科学本领。知识目标不可忽视，学习科学知识与强调用探究的方法和过程进行学习是统一的，二者并不矛盾；获得科学认识属于情感态度与价值观目标，因为科学认识指的是形成科学的世界观和方法论，科学思想、科学观念、科学认识是同义词。在自然科学领域，获得科学认识十分重要；掌握科学本领是能力目标，具备科学探究的能力，在科学思想指导下，习得生物科学基础知识，有利于自己在社会活动和个人生活中作出正确决策，实现培养科学素养的目标。因此命题要综合考虑知识、能力、情感态度与价值观三个维度目标。例1（2004年佳市实验区学业考试试题）同学们在做“光对鼠妇生活的影响”实验时都亲手捕捉过鼠妇，多数同学都是在石块下、茶盘底部或者在放置擦地墩布的角落里捕捉到的。（1）请你从生物与环境关系的角度，提出一个问题，并作出相应的假设。提出问题：___________________。作出假设：___________________。（2）做这个探究实验所用的鼠妇数量最好是（）。A.一只B.两只C.三只D.十只以上（3）做完实验后，你是怎样处理这些鼠妇的？本题在引导学生回顾自己亲自完成“探究鼠妇分布的环境因素”实验的前提下，第一问和第二问考查学生“提出问题、作出假设”及选择实验材料的能力，为能力目标的考查；第三问考查学生做完实验后是如何处理鼠妇的，为情感态度与价值观目标的考查。知识目标“影响鼠妇分布的环境因素”是本实验探究的知识基础，是命题的关键，虽未单独设问却与能力、情感目标相互统一、相辅相成。二、把握探究活动的侧重点由于探究性学习活动的类型多样，探究方法多样，每个探究的侧重点也不同，探究试题要根据活动的特点，重点考查各类活动的具体内容。“观察”重点考查学生能否采用正确的观察方法（观察的顺序、比较观察的方法），能否客观如实地表述观察结果。例2“在显微镜下观察洋葱表皮细胞和人口腔上皮细胞装片，找出二者的相同点和不同点。”“实验探究”侧重考查学生能否独立利用身边的材料设计探究的实验方案，能否科学地运用对照实验的思路，能否按照实验计划准备实验材料并有步骤地进行实验，能否实事求是地记录和收集实验数据，能否分析实验数据的相关性，实验设计时对材料、方法、用具的选择是否具有创新意识。对于实验操作技能，侧重评价学生能否正确使用显微镜这一生物学实验中常用的工具和仪器，评价能否真正进行实验操作和明白实验原理，能否对实验现象、结果、步骤等方面进行分析、推理、总结和归纳。例31.（2005年佳市实验区七年级第一学期期末测评试题）用显微镜观察装片时，欲观察的结构在视野的左上角，应向方移动装片，才能把欲观察的结构移至视野中央。2.（2004年佳市实验区学业考试试题）张强在使用显微镜观察血涂片时，发现视野中有污点，他移动目镜和装片，污点始终不动，由此他判断污点可能在（）。A.装片上B.目镜上C.物镜上D.反光镜上前一题考查学生使用显微镜的实际能力，后一题的知识点虽然是显微镜的结构功能，却将考查的情境设置在学生具体的实验过程中，考查学生对实际使用显微镜过程中发生的实际问题进行分析判断的能力。体现了重视过程与方法的理念。例4（2004年佳市实验区学业考试试题）做“绿叶在光下制造有机物”的实验时，实验的过程是：将天竺葵放在黑暗处一昼夜→将叶片一部分遮光后光照数小时→用酒精脱去叶绿素→漂洗后滴加碘液染色。实验现象是叶片没有遮光的部分变成__________色，这证明细胞里产生了________。光合作用实验是中学生物的传统实验。本题改变了单纯考查实验结论、实验方法、步骤的作法。考的是学生真正操作、认真观察后的发现，深入思考后自己得出的结论，是对光合作用知识和原理的理解。“资料分析”重点评价学生能否通过图片、文字、数据和音像资料等得到探究的线索和依据。例5“调查资料表明，某市在街上工作的交通警察，咽炎发病率约为32%，肺结核发病率约为17%；而园林工人咽炎发病率为12%。很少有人患肺结核病。在另一个城市，对几所小学的7500名小学生鼻炎发病率的调查发现，居住在一般居民区和机关所在地的学生发病率为11.3%，而居住在工业区的为33.7%。”请分析这段文字材料，结合有关生物学知识，分析影响肺结核病、咽炎、鼻炎发病率的因素有哪些，并设计实验进行探究。此题给出的文字材料源于新教材七年级下，考查学生通过文字材料寻找探究线索和依据，结合所学知识进行分析判断，设计探究实验的一般能力。“调查活动”侧重考查学生能否走出课堂到大自然或社会中去，就某个与生物学有关的问题进行调查并有针对性地获得相应资料，真实客观地记录，并分析得到自己的结论；能否多渠道地收集分析数据；能否倾听他人的见解，分享他人的经验，与他人进行有效的合作；能否采取恰当的方式表达和交流研究成果。例6（2005年佳市实验区七年级第一学期期末测评试题）在调查校园生物的活动中，以下同学的做法正确的是（）。A.赵伟发现一只老鼠，太恶心了，他没有记录B.王峰发现好几株他不认识的植物，于是把它们拔出来，带回家研究C.李玉拨开草丛，一只蝗虫跳出来，很快蹦到了校园外。李玉把它也记下了D.张宏的调查记录中有蛐蛐，看到其他同学的记录中没有，张宏决定删掉它本题考查学生在调查活动中能否真实客观地记录，及在活动过程中表露出能否爱护生物、有否保护生物多样性的情感等。三、突出探究活动的过程性对科学探究的考查要防止简单化、形式化的问题，避免考查简单的记忆，条目的背诵（科学探究的一般过程或基本要素）。不能把科学探究分解为生搬硬套的知识和按部就班的程序；不能把科学方法和科学探究当做抽象的名词或当成死的知识考查。《课程标准》要求“结合探究活动的全过程评价学生的探究能力”。在评价建议中，重点而详尽地，结合案例专题阐述了“对学生的探究能力进行评价”的主要内容和方法。评价内容：“学生在探究活动中逐步形成观察、归纳和发现问题的能力，逐步形成设计实验、调查研究、动手实验的能力，逐步形成收集和分析数据、表达和交流的能力”及“在探究活动中表现出来的其他能力”。在案例“种子萌发的环境条件”探究活动中提供了对全程探究活动进行评价的参考标准，即“能否根据观察或生活经验提出问题，根据问题提出假设，能否利用身边的材料设计探究假设的实验方案（包括设计对照实验），能否按照实验计划准备实验材料，有步骤地进行实验，能否按照实验操作的规范要求完成实验，能否安全地使用各种实验器具，能否实事求是地记录和收集实验数据，能否分析实验数据的相关性并得出结论，能否在探究活动中与他人合作和交流。”以上内容包括科学探究的各主要过程、对学生的具体能力要求及情感态度与价值观要求，当然也是科学探究试题应考查的内容。在具体的情景中，涉及科学探究过程的“七个要素”中的具体而现实的考题，有利于引导学生深刻领会科学的本质，增进对科学探究的一般过程的理解，发展科学探究的一般能力。例7（2004年佳市实验区学业考试试题）现有新鲜的菠菜和烫过的菠菜适量、无色透明的塑料袋和黑色不透明塑料袋、两个装有澄清石灰水溶液的小烧杯、玻璃管、细绳。（1）请你选择利用以上的材料，设计一个实验，验证植物呼吸作用产生二氧化碳。（2）你选择了哪种材料？为什么这样选择？这道题给出实验材料和用具让学生自己选择，考查学生设计实验和选择材料用具的能力。例8为了探究“种子萌发是否需要从外界吸收营养物质”，某同学设计了以下实验：将A、B两只烧杯中装入适量的土壤，各种上一粒小麦种子，然后定期在A烧杯中浇清水，在B烧杯中浇配置的完全营养液。观察两只烧杯中种子的萌发情况。请根据以上实验设计回答：①本实验设计中的变量是：______。②你认为该同学设计的A、B两组实验能起到对照作用吗？为什么？③如果你认为该实验方案还可以进一步改进，请提出你的修改意见。这道题考查学生对他人实验设计中实验变量的确定及对设计对照实验的分析、判断、评价和改善能力。本题提倡和鼓励学生独立思考的精神、批判的意识和相信自己的意识。四、提供真实的探究活动背景“让课堂成为沟通现实生活和书本知识的桥梁”，是现代课程发展的一个重要思想。试题设计要追求由书本世界向生活世界的回归：从生活实际出发，关注学生的生活领域，包括学生的生活环境、生活状态以及生活经验。生活是科学世界的基础，是科学世界的意义之源，是“科学世界”通向“生活世界”的桥梁。不能单纯考查纯探究的理论，要将科学探究内容渗透到各个主题的内容中去。要避免考死记硬背的探究内容，尽量将科学探究内容置于具体的情境中进行考查。从试题内容上看：适当模拟现实生活情境，用生活中的真实材料命题，让学生综合运用多学科的知识解决问题，考查学生应用知识解决实际问题的能力。五、探索开放性、发散性的探究性试题形式开放意味着多样的方法和手段、多元的结论。从试题题型上看，探究性试题形式要多样化，要适当增加主观性的试题，容许学生自由组织答案，考查学生语言的组织概括等高层次的思维能力。适当设计开放性的问题，不设统一的标准答案，鼓励学生有多种合理的答案或者多种解决问题的方法，考查学生发散思维的品质和创新精神。开放性试题一般分为情境开放性、条件开放性、策略开放性、结论开放性、综合开放性等类型，命题时可考虑每种题型的特性，有针对性地设计考查学生相应的探究能力。例9（2002年浙江省丽水市考题）实验探究一般可分为五个步骤：①提出问题，②建立假设，③设计实验方案，④实验检验，⑤作出解释、交流和评价。有人以“绿豆种子的萌发与哪些因素有关”为题进行了实验探究，以下是实验探究中的两步。（1）提出问题：干燥的绿豆种子不能发芽，浸没在水中的绿豆种子也不能发芽，而潮湿的绿豆种子在合适的温度下就能发芽。那么绿豆种子的萌发与哪些因素有关呢？（2）建立假设：请围绕“绿豆种子的萌发与哪些因素有关”，提出你的两个假设。假设一：绿豆种子的萌发与温度有关。假设二：假设三：这是一道策略（设计）开放型的探究试题。解决本题首先要了解科学探究的一般过程，在搞清与种子萌发有联系的因素基础上，从题设的情境出发，再着手寻找符合逻辑的假设。可有多种假设。假设也可能不成立。六、积极开发探究性试题资源探究性试题的选题是命题的一个难点。探究性试题的选题很关键，可开发和利用以下素材编制试题：标准和实验教材中出现的探究内容，学生做过的实验（如探究鼠妇分布的环境因素、种子萌发的条件等）；生物科学史中的典型探究实验（如青霉素的发现、光合作用发现史等）；生物科技前沿（克隆、转基因、太空种子等）；社会热点（艾滋病、非典、大头娃娃、苏丹红Ⅰ号等）；生活实例；等。《课程标准》和新教材都突出了科学探究在教材中的分量，并在教材中呈现出如下的特点：探究活动数量多，探究的类型丰富，重视科学方法和探究技能的综合训练，探究活动的安排具有引导性，探究