教你幾招,輕松突破生物實驗設計題

◎ 陳 華

縱觀近幾年高考,生物實驗題在高考試卷中所占比例越來越高,考查形式主要有分析型實驗、完善型實驗和設計型實驗,其中,難度最大的是設計型實驗,尤以考查“實驗思路、預期結果和實驗結論”類學生失分最多。究其原因,主要在于學生不能從題干信息或設問中明確實驗目的及原理,不能準確判斷實驗變量,導致無法正確控制自變量,不清楚實驗設計的基本原則,不能靈活運用遺傳實驗中的一些“關鍵個體”,語言組織不夠規范和準確等。筆者對學生失分原因進行了綜合分析,并將一些方法加以實踐運用,效果良好,現介紹如下:

一、學生失分原因簡要分析

2019 年全國卷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均考查了實驗設計題,在全國卷Ⅲ里考查了兩次,所占分數比例較高,結合高考平均分和學生平時訓練來看,學生失分原因如下:(1) 不能準確理解實驗目的,是“驗證”還是“探究”,學生分不清,以2019 年全國卷Ⅲ29(2) 題為例,題目要求對“作物甲對同種營養液中NH4+和NO3-的吸收具有偏好性”進行驗證,結果有學生設計成了探究性實驗;(2)不清楚實驗原理和變量,實驗原理憑空想象,未遵循科學性原則,實驗變量不唯一,實驗思路不清晰;(3) 不清楚因變量是什么,不知道如何用檢測指標來反映因變量的變化,所檢測的指標無法反映實際情況;(4) 遺傳實驗設計題考查情境發生了變化,但考查的還是教材中的實驗,學生沒有充分理解教材實驗設計,不會靈活運用一些“關鍵個體”,導致遺傳實驗設計無從下手;(5) 語言描述不簡潔,文字敘述口語化,無關變量的控制不準確等。

二、非遺傳實驗設計題分析

1.從復雜到簡單,逐個擊破

高考生物考試大綱明確指出,考生須具備對一些生物學問題進行初步探究的能力。為什么在近年的高考題中實驗設計題所占比重越來越高? 主要在于高考具有選拔性,而實驗設計類題目恰好是對學生綜合能力較好的考查,要求考生具備分析與理解能力、邏輯思維能力、理論聯系實際的能力、語言文字表達能力等,綜合性較強,如何突破這類題目呢? 筆者經過教學實踐,總結出了“從復雜到簡單,逐個擊破”的解題策略,操作過程如下:(1) 準確理解生物實驗的各要素,即一個完整的生物實驗應該包括實驗目的、實驗原理、自變量、因變量、無關變量、實驗材料與試劑、實驗方法與步驟、實驗結果、實驗結論;(2) 按照實驗全要素,逐一分析考試大綱要求的14 個教材實驗(必修一11 個、必修二3 個、必修三5 個);(3) 在平時的復習過程中進行針對性訓練,對實驗題進行全要素分析;(4) 分析寫出完整的實驗方案,然后進行歸納與提煉,用簡潔規范的語言總結出“實驗思路、預期結果、實驗結論”。

2.總結“套路”,輕松掌握

通過“從復雜到簡單”系統性的思維訓練,學生已經初步掌握了實驗思路設計類題目的“基本套路”,那就是分四步走:(1) 取材分組,根據題目要求正確選擇實驗材料,例如2019 年全國Ⅰ卷29(3) 要求以ABA 缺失突變體植株為材料,2019 年全國卷Ⅲ以作物甲、NH4NO3為材料,描述實驗材料時,為了排除無關變量對實驗的影響,應該加上“生理生長狀況基本相同、身高體重基本相同、長勢一致”等詞語,分組時應加上“隨機平均”等詞語;(2) 變量的處理,根據實驗目的和原理對自變量進行處理,對于試劑的添加須遵循“等量原則”,無關變量應保持相同且適宜;(3) 觀察或檢測因變量,檢測因變量時應以檢測直接因變量(即直接由自變量引起的變量或效果為宜),不宜選用間接因變量,例如探究光照強度對光合作用速率的影響,檢測的因變量應為光合作用速率,而不是生長情況;(4) 描述預期結果與結論,若為驗證性實驗則將題干陳述事實加以改編描述即可,若為探究性實驗,則可按照若……則……的格式予以描述,語言做到規范和精煉。

三、巧用關鍵組合,破解雜交難題

1.隱性純合子與待測個體雜交

當生物的性狀受一對等位基因控制時,隱性純合子可以用來判斷待測個體的基因型(純合子還是雜合子),還可以與雜合子測交從而驗證基因的分離定律,這相對簡單,學生容易理解和掌握。對于兩對及兩對以上等位基因的情況,隱性純合子(如aabb) 可用于驗證兩對等位基因(如AaBb) 是否遵循基因的自由組合定律,正常情況下,基因型為AaBb 的個體基因在染色體上的位置有三種情況(即A 和B 連鎖、a 和b 連鎖;A 和b 連鎖、a 和B 連鎖;兩對基因分別位于兩對同源染色體上),如何確定是哪一種? 將待測個體(AaBb) 與隱性純合子(aabb) 進行測交,由于aabb 個體有且只能產生一種配子(ab),因此,子代表現型(基因型) 及比例將取決于AaBb,如果出現AaBb:Aabb:aaBb:aabb=1:1:1:1,則說明AaBb 產生了四種配子,兩對等位基因獨立遺傳;如果出現AaBb:aabb=1:1 或Aabb:aaBb=1:1,則兩對基因不是獨立遺傳,不遵循基因的自由組合定律。對于三對及以上等位基因的情況,此方法依然適用。

2.雌性隱性純合子和雄性顯性雜合子

這是一對常用的雜交組合,主要有兩個方面的運用:(1) 基因僅位于X 染色體上,即XaXa與XAY 雜交子代雌性全為顯性性狀,雄性全為隱性性狀(ZW 性別決定相反),則根據子代表現型即可判斷出性別,可用于生產實踐應用;(2) 用于確定基因是位于X 染色體上還是X 和Y 染色體的同源區段,用上述雜交組合,若子代全為顯性性狀,則控制該性狀的基因位于X 和Y 染色體的同源區段,若子代雌性全為顯性性狀,雄性全為隱性性狀,則基因僅位于X 染色體上。

3.XAXa 和XAY

這是遺傳題中經常出現的雜交組合:(1) 伴X 染色體隱性遺傳病,后代男性中患病與正常比例為1:1,女性XAXA和XAXa各占1/2,常用于遺傳病發病概率的計算;(2) 拓展應用:如果基因位于性染色體上,可用于判斷是僅位于X 染色上(XAXa和XAY 雜交后代隱性性狀只在雄性中出現) 還是位于X 和Y 染色體的同源區段(XAXA和XAYA雜交子代全為顯性性狀) 。

四、遷移教材方法,證明遺傳物質

2017 年全國卷Ⅰ第29 題考查了用同位素標記的方法確定病毒的遺傳物質類型,實質是T2噬菌體侵染大腸桿菌證明DNA 是遺傳物質的實驗內容再現,一是考生需要明白病毒的生活方式是寄生,不能用普通的培養基進行培養,只能用細菌培養才能被標記;二是DNA 和RNA 的特征元素不同,根據組成不同來進行標記,最終區別出是DNA 病毒還是RNA 病毒。

綜上,突破生物實驗設計類題目并不難,總結起來,對于非遺傳類實驗設計題,就是要求考生在平時的訓練過程中一開始把整個實驗要素全寫出來,鍛煉系統性的思維過程,然后提煉相關語句,組織語言回答,在考試時遇到相關題目時先用實驗全要素分析,然后按照四個“套路”,運用一些常用詞語或語句,進行規范準確地回答;對于遺傳類實驗設計題,要求學生掌握常見的“關鍵個體”以及教材實驗方法,活學巧用,根據題目要求進行設計和解答,必定會拿到高分。