2017年全國I卷理綜生物學29題失分及錯因探析

周予新

(河北省石家莊市教育科學研究所 050011) 石玉珍 (河北省安國中學 071200)

2017年的全國I卷理綜卷中的29題，重點考察學生綜合利用所學知識，設計科學探究方案，深刻考量學生理性思維、嚴謹設計、科學闡釋實驗結論能力的開放性試題。

原題再現：29.(10分) 根據遺傳物質的化學組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型。有些病毒對人類健康會造成很大危害。通常，一種新病毒出現后需要確定該病毒的類型。假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換。請利用放射性同位素標記的方法，以體外培養的宿主細胞等為材料，設計實驗以確定一種新病毒的類型。簡要寫出(1)實驗思路，(2)預期實驗結果及結論即可(要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)。

從本題的考察目的看，事實上就是考察DNA和RNA在結構組成上的差異，如果試題直接讓學生說明兩者的差異，學生幾乎都能夠答出正確答案，即兩者組成成分的U和T之別及核糖和脫氧核糖之別。然而，當把這些學生耳熟能詳的知識以探究性實驗方案設計思路及分析的方式出現在學生面前時，很多學生在高考考場上表現出束手無策。據統計，今年某省20.8萬的理科考生中，有56.19%的考生該題得了零分，滿分率僅為4.3%，平均分僅1.88分。這引發了教師的反思：是什么原因造成學生的失分和這么低的平均分呢？

1 學生失分原因分析

學生要正確解答29題必須厘清以下幾個關鍵節點：含放射性同位素標記的培養基，培養宿主細胞→新病毒分別侵染宿主細胞→檢測子代病毒的放射性。首先是讀題能力。題干中明確指出：根據遺傳物質的化學組成，病毒分為DNA病毒、RNA病毒兩種類型。學生讀到這句話，頭腦中就應想到DNA和RNA的核糖不同，組成兩者的堿基不同，DNA中的堿基組成是A、T、C、G，RNA中的堿基組成是A、U、C、G，進而推理出兩者間的堿基T、U之差正是遺傳物質的化學組成差別所在，這是本實驗設計成功的關鍵點。其次是實驗方案設計能力。試題中的(1)要求寫出實驗思路。所謂思路意指思考的條理脈絡，通俗的解釋是頭腦中的大致想法，它不同于具體的實驗步驟。從思路這一角度出發，本題更深層次的意圖在于對學生實驗探究活動設計想法的深入考查，而這想法的形成是學生理性思考的重要過程。第三，題干中還給出提示：要求實驗設計包含可相互印證的甲、乙兩個組。這就意味著學生必須想到設計甲、乙兩組相互對照的實驗，才能將DNA和RNA區分開，進而準確判定病毒的類型。這點很好地考查了學生邏輯思維能力。第四，是語意邏輯能力。有了思路、想法還必須要求學生用生物學術語迅速組織好語言文字表達想法，這對學生來說又是一個理性思辨的過程。

2 學生設計方案錯因例析

學生的實驗設計思路歸納起來主要有以下幾個問題：①標記對象不合理；②放射性同位素書寫及種類選擇不科學；③實驗過程設計錯誤；④對照實驗類型設計不當；⑤預期結果表述不規范等。

2.1 錯誤示例1(標記對象不合理) 將等量的宿主細胞分為兩組，分別在甲、乙兩組的培養基中培養，且甲組培養基中含有被放射性同位素標記的核糖核苷酸；乙組含有被放射性同位素標記的脫氧核苷酸，分別用等量相同的病毒侵染宿主細胞，觀察子代病毒的放射性。

錯因分析：本題的核心考點是要求將DNA和RNA分開。如果要標記核苷酸也一定要明確是尿嘧啶核苷酸或胸腺嘧啶核苷酸上的U和T，除此之外，標定核苷酸上的核糖、其他堿基或磷酸等都不能將DNA和RNA分別開。如果標記核糖，核糖核苷酸可以轉化為脫氧核苷酸，其機理是：在宿主細胞酶的作用下，1分子核糖和1分子的堿基(A、U、G、C中的一種)及1分子磷酸生成1-磷酸核苷酸(NMP)，1-磷酸核苷酸再結合1分子磷酸，成為2-磷酸核苷酸(NDP)，2-磷酸核苷酸再結合1分子磷酸即成三磷酸核苷酸(NTP)，它是合成RNA的原料；同時，細胞中含有核糖核酸還原酶，這種酶是DNA合成的限速酶。1分子的NDP在核糖核酸還原酶的作用下可脫去1分子的氧生成dNDP，1分子的dNDP再結合1分子的磷酸生成三磷酸脫氧核苷酸(dNTP)，dNTP是合成DNA的原料。因此，若標記核糖是不能準確判斷病毒類型的。

還有些學生在方案中用標記的DNA和RNA直接培養宿主細胞，這是忽略了DNA和RNA是大分子物質，不能被宿主細胞直接吸收利用，而使實驗設計失誤。

2.2 錯誤示例2(放射性同位素書寫及種類選擇不科學) 用含放射性同位素32P標記的U、T的培養基分別培養宿主細胞，分為兩組，再用病毒去侵染培養基中的宿主細胞，培養一段時間后，檢查子代病毒32P的放射性。(注：此類方案還有選用35S、18O、15N、3H、14C等作為放射性同位素標記物)結論：若甲組子代病毒不帶有32P，乙組子代病毒帶有32P，則為DNA病毒。

錯因分析：同位素標記法是：“用放射性同位素追蹤物質的運行和變化規律，用放射性同位素標記的化合物、化學性質不會改變。”教材中用同位素標記法的資料或實驗研究共有5處：用氧的同位素18O證明光合作用釋放的氧氣來自水；卡爾文循環中用14C標記CO2證明CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑；用15N證明DNA進行半保留復制實驗；用3H標記的亮氨酸檢測胰腺腺泡細胞分泌物形成過程；用32P、35S做標記的T2噬菌體侵染大腸桿菌的實驗。很多考生根據教材中學過的同位素標記法的實驗進行機械仿照，出現多種錯誤。具體表現在：①標記元素分子量書寫不規范。數字錯標在右上角，如H3、N15等。②標記的數字錯誤。如32S35P16O等。③標記元素種類不準確。核苷酸中不含S，不能作為標記元素。由于堿基中不含P，故也不能用P元素作標記。忽略了本試題的題干中要求的“利用放射性同位素標記的方法”設計實驗，寫出實驗思路的要求，但并沒要求寫出具體用哪種元素標記，這種不仔細審題，過于照抄教材實驗使許多學生在標記環節失分。

2.3 錯誤示例3(實驗過程設計錯誤) 將新病毒的堿基T和U用放射性同位素標記，使其侵染宿主細胞，甲組標記T，乙組標記U，用標記的病毒侵染宿主細胞，觀察甲、乙兩組宿主細胞的放射性。

錯因分析：根據題意，新病毒類型是待探究的問題，病毒是寄生生物，只能通過標記病毒生存所依賴的宿主細胞才能標記上病毒，鑒定出病毒的種類。直接用含有T或U的培養基培養病毒，病毒不能被成功標記，所以實驗思路有誤。

2.4 錯誤示例4(對照實驗類型設計不當) 用含有放射性同位素標記的T的培養基培養宿主細胞，記為甲組，乙組用不含放射性的培養基培養宿主細胞，一段時間后，用新病毒去侵染甲、乙兩組宿主細胞，觀察子代病毒的放射性。結論：若甲組病毒體內出現放射性，則為DNA病毒，若甲組病毒未出現放射性，則為RNA病毒。

錯因分析：題干要求實驗包括可相互印證的甲、乙兩個組，即要求用對照實驗來證明。在該方案中，設計的是乙組為空白對照，不能通過對比說明病毒的類型是不是RNA病毒。換言之，此方案在否定病毒為DNA類型的同時并不能確定病毒為RNA類型，這種設計思路的不縝密也是失分重要的一方面。

2.5 錯誤示例5(預期結果表述不規范) 結果與結論描述錯誤形式多樣，歸納如下：若甲組的遺傳物質是DNA,新病毒的類型為DNA；若乙組的遺傳物質是RNA,新病毒的類型為RNA。若檢測到放射性為35U，則該病毒為RNA病毒；若放射性為32T，則該病毒為DNA病毒。甲組含放射性，則為RNA病毒；乙組含放射性，則為DNA病毒。若甲中出現綠色同位素標記，則為DNA病毒；若乙中出現紅色同位素標記，則為DNA病毒。

錯因分析：根據題干中提出的甲、乙兩組相互印證的要求，在描述預期結果時，應立足子代病毒放射性的角度，從正反兩方面敘述：若甲組收集的病毒(用U標記)具有放射性，乙組沒有放射性，則為RNA病毒；若乙組收集的病毒(用T標記)具有放射性，甲組沒有放射性，則為DNA病毒。從上述例證可看出：有的預期結果立足在宿主細胞，有的混同教材中的顏色反應，有的把U和T兩種堿基誤寫成放射性元素而表達錯誤，有的把甲、乙兩組放射性高低、大小、強弱、增減做對比，造成觀測指標把握不準而失分。

上述分析表明：學生在開放性試題面前普遍表現不適應，50%以上考生對實驗設計無思路，預期結論表達無語意邏輯；對教材中學到的科學探究性實驗大多停留在死記硬背的層面，從而在考試中會出現大量的生搬硬套的現象。筆者認為，2017年的高考試題已向高中生物學課堂教學釋放出信號：學生的理性思維、科學探究能力是在分析和解決具體問題的過程中逐漸培養出來的。

目前高中生物學課堂教學中普遍存在的“實踐基本靠想，實驗基本靠背”的做法，與現實的高考改革的要求是背道而馳的。高三階段的課堂復習不能只注重知識的熟練，同時要在日常教學中把實驗教學落實到實處；不僅讓學生知道生物科學史上的重要實驗研究結論，更要用這些史實研究過程培養學生的理性思維能力和科學探究方法；不僅要訓練學生對實驗探究試題的邏輯思維、表達能力，更要在日常的教學中創設條件組織以探究為特點的主動學習，把教材中的重要概念和核心知識融入到學生的探究學習過程中，幫助學生形成理性思維習慣，提升理性思維品質；真正加強和完善生物學實驗教學，提高學生實驗設計能力和科學探究能力。