实验情境命题下的专题复习课堂构建

摘要：本文围绕高考试题中实验情境的命题特点与趋势，以“神经调节与体液调节的关系”专题为例，提出应立足教材内容考查实验基础知识，融入真实科研实验情境考查实验设计，以及依托情境阅读阐述实验研究的原理与结论的专题备考策略，以帮助学生攻克实验情境试题得分率低的短板。

关键词：实验情境；高考；实验变量；专题复习；情境阅读

文章编号：1003-7586（2024）02-0093-04 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

实验是生物学科特色教学模块之一，其可帮助学生深入认识与理解生物学的知识与规律。新高考生物试题在实验题型中注重科学思维与科学探究素养下的高阶能力的考查，试题情境新颖灵活，呈现方式和设问方式多样化。结合近几年的备考经验反馈，学生在生物学实验情境试题中普遍得分率较低。在一轮复习后，学生已能独立建立以章节为单元的知识构架，但在面对复杂的实验情境试题时，仍缺乏知识迁移、综合应用的问题解决能力。因此，在二轮复习中教师应基于高考评价体系及学生核心素养发展的需求，有计划地制订和实施跨章节的实验情境专题复习，本文以“神经调节与体液调节的关系”专题为例，帮助学生掌握与应用实验情境的答题策略。

1高考试题命题分析

科学思维能力已成为当前高考试题考查的重要指标，而情境化的命题则是其评价的重要载体之一。本模块一直是高考命题中的宠儿，笔者在搜集近三年有关“神经调节与体液调节”专题的高考题中发现，以实验情境作为考查载体的试题高频出现，如2023年广东卷第19题设计实验探究重症肌无力的致病机理、2022年山东卷第23题研究迷走神经调节机体活动的机制、2022年全国乙卷第30题探索家兔甲状腺激素的合成和调节机制等等。这类试题的考点侧重考查学生实验设计的思路、实验操作、对实验现象与结果的分析。此外，还有试题以实验情境为铺垫进一步考查学生模型建构的科学思维能力。

生物学是一门依托实验探究来认识生命现象与规律的学科，《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）中学业质量标准的水平3-3指出，学生要能够针对特定情境提出可探究的生物学问题或生物工程需求，基于给定的条件，设计并实施探究实验方案或工程实践方案，运用多种方法如实记录和分析实验结果。由此可见，生物学实验技能已作为培养学生生物核心素养中的一项硬性能力指标。因此，教师在本专题的复习中应融合当前高考命题趋势，以多样化的实验情境作为训练载体，以任务式教学推动课堂的进程，实现学生必备知识的复习与关键能力的培养。

2基于实验情境命韪的专题复习课堂构建

2.1专题知识的归整

“神经调节”与“体液调节”为人教版（2020修订版）选择性必修1第2、3章的内容，这两章包含了动物与人体的神经调节、体液调节两大板块知识，课时内容跨度较大，涵盖丰富的生物学概念与生命规律的知识，同时存在很多对复杂的生命现象的原理或本质的探讨与分析。《课程标准》要求教师在教学过程中，引导学生在学习动物和人通过神经调节与体液调节的机制来维持生物体的稳态的过程中，逐步形成结构与功能观、稳态与平衡观的生命观念。二轮复习中，学生需要对已掌握的知识重构且建立不同章节之间的内在联系。然而一方面考虑到二轮复习时间相对紧凑，另一方面阶段性的调研考试较为频繁，难以做到面面俱到，因此笔者选择本模块知识的重难点以及高考中的高频考点一一“神经调节与体液调节的关系”，设计实验情境命题的知识框架（见图1）。

2.2实验情境命题的创设

实验情境命题是指以教材中的知识、经典实验或者真实的科研验证性及探究性实验过程作为试题命制的背景，整合高中教材中的基础知识，通过创设具有逻辑性的设问以达到考查学生必备知识的要求，同时借助实验的整体设计与结果的探究来训练与提升学生的科学思维能力。实验情境试题的命制与常规情境的试题不同，实验情境的试题综合性强，对学生的能力和思维要求较高，除了考查学生相应板块的生物学基础知识外，还要求学生具备生物实验探究素养，即能围绕实验的目的和原理，明确实验变量的设置及实验具体的操作步骤，又能够对实验的结果与结论进行一致性作答，在一定程度上能够达到高阶思维的训练与高层次的学业要求。笔者通过分析近三年高考题中本专题的实验情境设置特点发现，试题侧重于考查学生实验分组与变量设置的策略、实验步骤的完善、实验思路的设计以及实验结果与结论的分析讨论，因此试题的命制可围绕着这些设置实验情境。

2.2.1立足教材内容，考查实验基础知识

二轮复习不再是教师直接对教材的知识进行陈述性地讲解，而是需要教师站在一个更高的角度，帮助学生建立教材知识与考卷试题中知识应用之间的联系。教师在开启专题复习课时，以问题情境导人，当人体周围环境的温度发生变化，机体会做出什么调整呢？利用下方的情境试题复习体温调节的原理和过程，以实验情境提升学生获取信息、分析与书写实验探究目的、实验变量（即自变量、因变量、无关变量）、实验步骤与结论的能力。

（2022年湖南卷）当内外环境变化使体温波动时，皮肤及机体内部的温度感受器将信息传入体温调节中枢，通过产热和散热反应，维持体温相对稳定。回答下列问题。

（1）炎热环境下，机体通过体温调节增加散热。写出皮肤增加散热的两种方式____。

（2）机体产热和散热达到平衡时的温度即体温调定点，生理状态下人体调定点为37℃。病原体感染后，机体体温升高并稳定在38.5℃时，与正常状态相比，调定点______（填“上移”“下移”或“不变”），机体产热______。

（3）若下丘脑体温调节中枢损毁，机体体温不能维持稳定。已知药物A作用于下丘脑体温调节中枢调控体温。现获得A的结构类似物M，为探究M是否也具有解热作用并通过影响下丘脑体温调节中枢调控体温，将A、M分别用生理盐水溶解后，用发热家兔模型进行了以下实验，其中甲组作为对照组，请完善实验方案并写出实验结论。

③由甲、乙、丙三组实验结果，得出结论：_________________。

④由甲、乙、丙、丁四组实验结果，得出结论：___________________________。

设计意图 体温调节是教材中阐述神经调节与体液调节关系的一个重要例子。第（1）问是对教材基础知识的考查，要求学生具有扎实的体温调节原理知识，能写出机体散热的途径。第（2）问以体温调定点作为体温调节的补充知识，要求学生根据题干信息对机体处于特殊状态时的体温调节进行推理判断，运用生物学知识分析与解释简单情境中的生命现象，对可能出现的结果或发展趋势做出解释或预测，属于生物学核心素养科学思维的考查。第（3）周围绕体温调节的作用机制创设实验情境，即“探究M是否也具有解热作用并通过影响下丘脑体温调节中枢调控体温”，此实验要细分为两个探究问题：一是探究M是否也具有解热作用；二是探究M是否通过影响下丘脑体温调节中枢调控体温。因此，在复习过程中指导学生紧扣实验目的对实验三大变量（即自变量、因变量及无关变量）进行剖析，准确设置分组；若题干已给实验步骤有多个变量，在遵守单一变量原则的基础上通过增加或减少实验变量，构建多组实验（见图2），并依据不同组别实验结果的关联性对实验结论进行有效的总结。

2.2.2融入真实科研实验情境，考查实验设计

实验设计题型一直以来都是生物学高考试题中多项能力考查的载体，如理解能力、信息获取能力、实验与探究能力以及综合运用能力等，非常契合当前以关键能力为导向的考查要求。高考题中实验设计的题型多以探究性实验和验证性实验作为题材，无论是何种类型，实验选材、变量的设定、操作步骤等环节的设计都要围绕实验目的这个核心来展开；同时，大量的真实科研实验情境不断渗透到高考试题中，因此，教师要引导学生有效获取实验情境的核心信息，完成实验的设计，也可通过以教材中的经典实验设置变式，要求学生写出实验思路的方式进行训练。教师创设情境，食用辣椒后有什么现象？机体如何进行调节？调节的过程有哪些？接着，借助2021年诺贝尔生理学奖的成果——人类感知温度和触觉受体的发现，以辣椒素型瞬时受体电位蛋白（TRPV1）的作用机制作为真实的科研实验情境为例，训练学生科学思维的同时提升解决试题问题的能力。

辣椒素是红辣椒的活性成分，对人类和其他哺乳动物都有刺激性并可使皮肤产生灼烧感。科研工作者研究发现：辣椒索型瞬时受体电位蛋白（TRPVl）是一种非选择性阳离子通道，激活后促进细胞外Ca2+、Na+内流，进而介导一些基本的生理功能，如神经递质释放、肌肉细胞收缩等。TRPV1不仅对辣椒素有反应，高温同样能激活它。当处于温度在43℃以上的外界环境时，TRPV1就会打开，最终产生痛觉。回答下列问题。

（1） TRPV1主要分布在_______（器官）表面。人在吃辣椒时，排汗增多，这个调节的反射弧为_______（用具体名称和箭头表示）。

（2）辣椒素与TRPV1结合后，下丘脑通过交感神经引起肾上腺素分泌增多，这一过程属于________调节。吃过辣椒的儿童会拒绝辛辣食物，这属于_________反射，其意义是____。

（3）吃辣椒后，有些人面部发红是皮肤造成的，同时TRPV1所在的细胞产生兴奋，通过传入神经传到_________，产生热觉。

（4）研究发现，辣椒素能促进家兔产生胰岛素。为研究食用辣椒素是否只通过TRPV1发挥作用。请使用下列实验条件简要写出实验设计思路并预期实验结果。实验条件：生理状态（含空腹血糖浓度）相同的健康家兔若干只，普通饲料，辣椒素，4-叔丁基环己醇（TRPV1抑制剂，不影响血糖浓度），胰岛素定量检测仪。

设计意图本题以“辣椒素”为背景，考查学生神经体液调节的相关知识，难点在于根据题干信息设计实验探究食用辣椒素是否只通过TRPV1发挥作用并分析实际验结果。第（1）至第（3）问要求学生具有一定的生物学信息观念，能有效运用信息观念分析和解释简单情境中的生命现象，能够基于题干中提到的不同生命现象，运用归纳的科学思维表述生物学规律，并且能够准确地利用文字阐述生命现象的原理和过程，属于生物学核心素养生命观念的考查。第（4）问要求学生基于科研情境设计可实施性的探究性实验方案，在解决此类试题时教师可以帮助学生构建此类题型的答题流程模式图，如图3所示，引导学生明确实验的性质和目的，严格设计对照实验，科学设计实验组别的变量设置及结果的观察。在预测实验结果与结论时，指导学生借助探究性实验的结论答题模式“若……，则……”进行分类阐述，强化学生实验设计的文字表达能力。

2.2.3依托情境阅读，阐述实验研究的原理与结论

高考评价体系中的关键能力包括知识获取能力、实践操作能力和思维认知能力，这三大能力的关键仍然是阅读力、思考力和表达力。这就要求学生能够有效阅读和获取文本信息，通过思维的加工严谨、准确地表达相关的生物学原理，因此教师可借助情境阅读训练以提升学生的信息获取、问题解决的能力。情境阅读是一种高阶的学习技能，其有两层递进的内涵，即阅读已创设好的情境内容，并能将情境内容内化为阅读者自身的知识，达到、超越情境中涉及的层次。在以科研实验创设情境的试题中情境通常以文段和多种图表呈现，针对此类情境，教师可以引导学生通过“泛读－精读－解读”的模式，从泛读圈域关键词逐渐过渡到能梳理情境中与教材关联的知识，最后整合知识解决实验情境中阐明原理或结论性的问题。

如可选用2021年北京卷第18题进行专题训练。试题以血糖调节为整体情境，融入对当前医学新研发的“智能”胰岛素lA的作用机制的研究，将人体血糖调节知识作为情境支架，要求学生通过情境阅读沿着设问逐步理清“智能”胰岛素lA、GT与胰岛素受体之间的关系后，获取、整合图表情境中的有效信息对实验结论进行科学的阐述，进而推理出IA调控血糖的机制并绘制其作用机制的概念模型。本试题的情境阅读训练，一方面有利于增强学生的阅读与书面表达的能力，另一方面可提升学生的科学建模思维，契合生物学核心素养中科学思维的考查。

3专题备考策略启示

3.1紧跟课标与高考试题导向，强化学生实验基本技能的训练

在日常教学中，教师需密切关注课标的要求及高考的命题趋势，熟悉高考试题的考查与设问方式。教师在设置实验情境专题时，不仅要重视专题内容要素，在知识内容的呈现上还要做到详略得当、重难点明晰。同时，教师在专题复习中需渗透实验教学的思想，重视教材中的经典实验的讲解与变式训练。

3.2重视教材主干知识的实验应用

学生在解决实际问题中所需的必备知识，正是培养学生综合实验能力的基础所在。因此，教师需回归教材中经典实验所涉及的主干知识，提炼出相关实验的科学研究方法与实验设计思路，引导学生搭建不同章节知识的联系，帮助学生建立“实验情境解决问题关联知识”的试题分析与解题思路。

3.3关注科研前沿与社会热点，积攒实验新情境素材

生物学科是一门不断向前迈进、不断更新人类认知的学科。在实验情境专题备考过程中，教师可以有选择性地从科技与医学、生命与健康、环境与资源等科研成果或社会性议题中挖掘实验新情境，依托专题知识的逻辑性自主命制试题，为学生搭建创薪训练、提升思维高度的平台。