體現科學探究的2017年高考全國卷 Ⅰ 生物學試題簡析

吳慶華

(湖北省荊州市教育科學研究院 434020)

科學探究是高中生物核心素養的四大組成部分之一，是2017年高考全國卷Ⅰ理綜生物學考查的重點。現對重點考查科學探究的2017年高考全國卷Ⅰ理綜生物學第29題作簡要分析。

1 真題示例

例題：(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)

參考答案：(1)實驗思路 ①甲組：將宿主細胞培養在含有放射性標記尿嘧啶的培養基中，之后接種新病毒。培養一段時間后，收集病毒監測其放射性；②乙組：將宿主細胞培養在含有放射性標記胸腺嘧啶的培養基中，之后接種新病毒。培養一段時間后，收集病毒監測其放射性。(2)實驗結果及結論：若甲組收集的病毒有放射性，乙組無，即為RNA病毒；反之，為DNA病毒。

2 試題的主要特點

2.1 聚焦考查科學探究中的最重要能力 該題的設問依次是“(1)寫出實驗思路；(2)預期實驗結果及結論”。依據《普通高中生物課程標準(實驗)》(下簡稱“高中課標”)分析[1]，所考查的能力目標是科學探究能力11個子項中的“設計可行的實驗方案”“根據證據作出合理判斷”，延續了高考全國卷Ⅰ考查科學探究能力的子項相對集中的特點。依據《義務教育生物學課程標準(2011年版)》(下簡稱“初中課標”)分析[2]，所考查的能力目標是科學探究能力17個子項基本要求中的“擬定探究計劃”“分析和判斷證據、數據”“得出結論”等3個“應用水平”子項，即考查的能力子項都是科學探究能力中的最重要能力。

2.2 聯系最重要知識點考查科學探究 重點知識是指高中課標和初中課標所確定的知識性學習目標中，教學要求為“理解水平”和“應用水平”的具體內容標準(知識點)。其中，“應用水平”的具體內容標準(知識點)是重點知識中的重點。該題所考查的具體內容標準(知識點)和學習目標的水平要求分別為：總結人類對遺傳物質的探索過程[1]、應用水平，即所考查的具體內容標準(知識點)是最重要知識點。

2.3 突出考查經典探究實驗中思維方法的遷移能力 噬菌體侵染細菌的實驗是赫爾希和蔡斯于1952年所做的、用以證明DNA是遺傳物質的經典探究實驗。其最關鍵的實驗設計思路和方法是：設法把DNA與蛋白質分開，單獨地、直接地觀察DNA或蛋白質的作用。而該題所考查的最關鍵的實驗設計思路和方法是：設法把DNA與RNA分開，單獨地、直接地觀察DNA或RNA的作用。即該題考查的是將該經典探究實驗中最關鍵的實驗設計思路和方法遷移到試題新情境中的能力。

2.4 緊密結合基礎知識考查科學探究 該題在考查確定自變量和設計對照實驗時，根據題干的提示“根據遺傳物質的化學組成”——DNA和RNA在化學組成上的差異這一最基礎知識展開(DNA和RNA在化學組成上的差異見表1)。以此初步確定自變量——標記放射性同位素的標記物質的選取范圍。再根據題干的提示“假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換”，即可確定標記放射性同位素的標記物質是不同的含氮堿基，即胸腺嘧啶和尿嘧啶。

表1 DNA和RNA在化學組成上的差異

3 學生答題存在的主要問題

經分析，該題是2017年高考全國卷Ⅰ理綜生物學中最難的一道題，學生得分非常困難。

3.1 對探究實驗設計不熟悉 主要表現在：①不能確定自變量。很多學生不能根據題意，分析出該探究實驗的自變量是胸腺嘧啶或尿嘧啶的有無。②沒有設計對照實驗。部分學生不清楚自變量、因變量和無關變量之間的關系，即控制無關變量在相同且適宜時。沒有響應題干中“實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組”的要求，來設計兩組相互印證的甲、乙兩個組的對照實驗。③不能清晰地表達探究實驗中的兩組邏輯關系。即自變量與因變量(實驗結果)、實驗結果與實驗結論之間邏輯關系的表達。很多學生在表達這兩組邏輯關系時，沒有突出“因”與“果”之間的對應關系，語無倫次，邏輯關系紊亂。

3.2 基礎知識不牢固 主要表現在：①不熟悉標記病毒的方法。很多學生錯答成：用放射性元素直接標記甲、乙兩組病毒，忽視了病毒不能獨立生活，只能營寄生生活的特征。②不熟悉標記胸腺嘧啶和尿嘧啶的表達方法。很多學生錯答成：用放射性同位素32P和35S分別標記胸腺嘧啶和尿嘧啶。用標記噬菌體的DNA和蛋白質的方法來標記胸腺嘧啶和尿嘧啶。忽視了DNA和RNA的基本組成單位都是核苷酸，其基本元素組成相同，都是C、H、O、N、P；而胸腺嘧啶和尿嘧啶都是含氮堿基，其基本元素組成也都是C、H、O、N。即不能根據題干的提示進行回答，如用放射性同位素分別標記胸腺嘧啶和尿嘧啶。

3.3 審題能力待提升 主要表現在：①標記自變量的方法有誤。很多學生將標記DNA和RNA的方法錯答成：分別用甲基綠、吡羅紅使DNA和RNA分別染成紅色和綠色。學生回答的該方法遷移于教材“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”實驗的染色方法，忽視了題干中“請利用放射性同位素標記的方法”的限定條件。②標記病毒的方法有誤。很多學生將標記病毒的方法答成：用放射性元素標記DNA病毒和RNA病毒。忽視了題干中“以體外培養的宿主細胞等為材料”的限定條件。③確定自變量的方法有誤。有的學生將該實驗的自變量確定為核酸種類的不同，忽視了題干中“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”“假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換”的限定條件等。

4 教學建議

4.1 突出經典探究實驗學習的問題意識，優化學習策略 培養學生的科學探究能力，最重要的課程資源是教材，特別是教材中以科學史形式呈現的重點知識內容中所蘊含的嚴謹而又完美的科學探究的思維方法。

例如學習“噬菌體侵染細菌的實驗”內容時，可以設計以下一系列問題，以激發學生興趣、引導學生思維、促進學生積極開展自主學習和小組合作學習：①利用放射性同位素標記噬菌體的基本方法是什么？其原因是什么？②組成DNA和蛋白質特有的化學元素是什么？③利用放射性同位素32P和35S分別標記的是噬菌體的什么物質？④將組成噬菌體的物質分別標記放射性同位素32P和35S有什么意義？⑤觀察子代噬菌體是否含有被放射性同位素32P或35S標記的物質，有什么意義？⑥該實驗最關鍵的設計思路是什么？通過以上環環相扣的問題設計，可引導學生主動參與新知識建構的思維過程。當學生再遇到這類問題(如該高考真題)時，即可進行以下問題的變式：①利用放射性同位素標記病毒的基本方法是什么？②DNA和RNA在化學組成上的主要區別是什么？③欲標記病毒的DNA或RNA，應利用放射性同位素分別標記宿主細胞的哪種含氮堿基？為什么？④觀察子代病毒是否含有被放射性同位素標記的物質(實驗結果)，有什么意義(實驗結論)？這樣，即便很難的同類高考試題也在教材經典探究實驗系列問題的變式中迎刃而解。

4.2 突出經典探究實驗學習的邏輯意識，提升分析能力 重視探究實驗中處于關鍵地位的自變量控制和對照實驗設計(如用放射性同位素標記和分離物質)，以及自變量與因變量(實驗結果)、實驗結果與實驗結論這兩組邏輯關系的分析。

例如，在分析第一組邏輯關系時，應突出“因”與“果”的對應關系；在分析第二組邏輯關系時，應突出“實證→邏輯→結論”的認知過程。這樣，其內在的邏輯關系就“涇渭分明”。在“噬菌體侵染細菌的實驗”中，其自變量是DNA的有無。該實驗設計的自變量控制、實驗結果和實驗結論見表2。當學生再遇到這類問題，即可進行相關問題的變式。該高考真題實驗設計的自變量是胸腺嘧啶或尿嘧啶的有無，其自變量控制、實驗結果和實驗結論見表3。

表2 噬菌體侵染細菌實驗的自變量控制、實驗結果和實驗結論

表3 實驗設計的自變量控制、實驗結果和實驗結論

突出經典探究實驗學習的問題意識和邏輯意識，優化學習策略，讓學生主動參與新知識建構的思維過程，可提升學生的分析能力，發展學生的科學探究能力。

(基金項目：湖北省教育科學規劃辦立項課題“利用科學史促進高中生物核心概念建構的實踐研究”，No.2016JB440)