实验探究与创新意识（探究实验设计）素养评估试题

实验探究与创新意识（探究实验设计）素养评估试题一、基础探究能力评估题组（一）选择题（每题3分，共15分）科学探究的核心环节是A.观察现象B.设计并验证假设C.收集实验数据D.撰写实验报告（考查对科学探究逻辑链条的理解，正确答案为B。实验设计需围绕假设展开，通过控制变量验证因果关系，如2025年中小学科学素养测评中对“假设-验证”环节的强调。）某学生设计实验验证“种子萌发需要水分”，取2粒绿豆种子分两组：A组加水浸泡，B组干燥处理。该设计的主要缺陷是A.未控制温度变量B.样本数量过少C.未设置光照条件D.容器透气性不足（考查实验设计的严谨性，正确答案为B。单一样本可能因偶然因素导致结果偏差，需遵循“平行重复原则”，如2025年大学科学教育专业题库中对样本量的规范要求。）在“影响铁生锈因素”的探究中，若要验证“水是必要条件”，需设计的对照组是A.铁钉完全浸没于水中B.铁钉置于干燥空气中C.铁钉一半浸入水中D.铁钉与铜丝接触（考查控制变量法的应用，正确答案为B。通过对比“有水”与“无水”环境的锈蚀情况，排除氧气等干扰因素，参考2025年物理竞赛中对对照组设计的评分标准。）（二）简答题（10分）简述科学探究中“提出问题”环节的基本要求，并举例说明。参考答案：需具备科学性（基于客观现象）、可探究性（可通过实验验证）和明确性（变量关系清晰）。例如：“不同光照强度如何影响豆苗的株高生长？”（而非“植物为什么会生长？”）。此要求在2025年七上科学学案中被明确为探究能力的起点。二、实验方案设计与评价题组（一）基础设计题（20分）任务：设计实验探究“温度对淀粉酶活性的影响”。要求：（1）写出实验原理（5分）（2）列出主要器材与试剂（5分）（3）设计数据记录表（5分）（4）指出关键变量控制措施（5分）参考答案：（1）原理：淀粉酶催化淀粉水解为还原糖，通过斐林试剂显色强度判断活性高低，温度过高会导致酶失活。（2）器材：恒温水浴锅（0℃/37℃/60℃）、试管、滴管；试剂：1%淀粉溶液、淀粉酶溶液、斐林试剂。（3）数据记录表：|温度组|显色程度（浅黄/砖红/无）|反应速率（min）|重复实验1|重复实验2||--------|--------------------------|-----------------|-----------|-----------||0℃||||||37℃||||||60℃|||||（4）控制措施：①各组淀粉溶液浓度、体积相同；②酶溶液与淀粉混合前分别预热至设定温度；③反应时间统一为10分钟。（设计思路参考2025年中学生物理竞赛中“单摆测重力加速度”实验的变量控制逻辑，强调“单一变量”与“平行重复”原则。）（二）方案评价与改进题（25分）案例分析：某兴趣小组探究“香烟烟雾对小鱼心跳的影响”，实验数据如下表：组别处理方式平均心跳次数（次/分钟）第一组200mL清水66第二组200mL含1支香烟烟雾的水82第三组200mL含3支香烟烟雾的水71问题：（1）指出该实验设计的两处缺陷（10分）（2）若要探究“烟雾浓度与心跳次数的剂量关系”，如何改进实验方案？（15分）参考答案：（1）缺陷：①未说明小鱼的种类、大小等无关变量是否一致；②浓度梯度不连续（缺少2支香烟组），无法判断心跳变化趋势。（2）改进：①选用同一品种、体长3±0.5cm的健康小鱼，每组10条；②设置0支（对照）、1支、2支、3支、4支烟雾浓度梯度；③增加“恢复实验”：将高浓度组小鱼移至清水中，观察心跳是否恢复，排除不可逆损伤影响。（评价标准参考2025年CCO化学奥赛对实验逻辑性的评分维度，如变量控制、数据完整性和现实关联度。）三、创新探究与跨学科应用题型（一）开放设计题（25分）任务：利用生活材料设计“简易水质pH监测装置”，要求成本低于10元，并说明其创新点。提示：可利用紫甘蓝汁（酸碱指示剂）、吸管、透明塑料瓶等材料。参考答案示例：（1）制作步骤：①紫甘蓝榨汁，用纱布过滤得指示剂；②将指示剂分装于5个透明塑料瓶，分别标注pH=1（盐酸）、3、5、7（蒸馏水）、9（氢氧化钠）的标准色阶；③取待测水样与指示剂混合，对比色阶判断pH范围。（2）创新点：①采用废弃塑料瓶作为比色管，体现环保理念；②增加“温度校正”：用温度计标注不同温度下的色阶偏差（如水温每升高10℃，pH读数+0.2），提升测量准确性。（此类题型强调“工程思维”与“资源利用”，符合2025年核心素养测评中对“创新实践”能力的考查方向，如七上科学学案中“手持小电扇故障排查”的生活化探究案例。）（二）跨学科综合题（30分）背景：某团队研究“植物光合作用对室内CO₂浓度的影响”，在密闭玻璃箱内放置绿萝，用传感器记录CO₂浓度变化（如下图）。（假设图表显示：光照时段CO₂浓度下降，黑暗时段上升）问题：（1）结合生物学和化学知识，解释曲线变化的原因（10分）（2）若要将该装置改造为“智能绿植养护系统”，需补充哪些传感器？并说明数据联动机制（20分）参考答案：（1）光照时，光合作用消耗CO₂（6CO₂+6H₂O→C₆H₁₂O₆+6O₂），浓度下降；黑暗时，呼吸作用释放CO₂（C₆H₁₂O₆+6O₂→6CO₂+6H₂O），浓度上升。（2）需补充：①光照传感器（当光照强度＜5000lux时，自动开启LED补光灯）；②湿度传感器（土壤湿度＜30%时，触发滴灌系统）；③温度传感器（超过35℃时启动散热风扇，避免酶活性下降）。数据通过Arduino单片机联动，实现“光-温-水”协同调控。（跨学科整合体现2025年CCO化学奥赛对“量子化学+环境科学”融合的命题趋势，以及物理竞赛中“传感器技术应用”的评分要点。）四、素养评估要点与评分标准（一）探究能力维度（40%）问题提出：是否具备“变量可测、关系明确”的特征（如第4题）方案设计：变量控制是否严谨，器材选择是否经济可行（如第5题）数据处理：是否体现“多次测量取平均值”及误差分析（如物理竞赛中不确定度计算要求）（二）创新意识维度（30%）方法创新：如第7题利用生活材料替代专业仪器视角创新：如第8题从“单一实验”拓展为“系统应用”反思改进：如第6题对实验缺陷的批判性分析（三）科学态度维度（30%）严谨性：是否标注数据来源、实验条件（如CCO奥赛对“有效数字”的严格要求）合作性：是否考虑团队分工（如跨学科题目中对“角色分配”的