全國卷實驗題命題特點研究及備考建議

廣東 鄒高聲

生物學是一門實驗科學，其核心概念內容源于生物學實驗。考查實驗能力的試題是全國卷理科綜合考試的必考題型，主要考查學生的實驗思想與原則和實驗設計思路與方法，考查學生的科學思維、科學探究能力和實踐應用能力，旨在課堂教學及考試評價中使學生對生物學實驗產生濃厚的興趣，潛移默化地達成學科核心素養的培養。筆者對近五年全國卷實驗題進行分析，研究命題走向，希望有助于教師提升高考備考最后階段的復習效率，為學生考前沖刺助力。

1.近五年全國卷實驗題分析及命題趨勢研究

全國卷實驗題主要以實驗結果分析型、實驗補充完善型和實驗完整設計型三種類型題出現，筆者從年份、卷區、考查內容和類型方面對2016—2020 年全國卷實驗題進行分析發現：從年份上看，實驗題每年必考且其分值所占比重較高，在選擇題和非選擇題中均有考查；從考查內容上看，集中考查光合作用、植物激素和動物生命活動調節（血糖平衡調節、水鹽平衡調節、體溫調節和免疫調節）三大模塊，預計今后高考仍然會以此三大模塊為中心進行實驗題命制。

2.實驗題命題特點

筆者對2016—2020 年全國卷實驗題進行分析后發現，實驗題命題具有以下幾個特點：

2.1 注重考查結果分析型實驗題

縱觀歷年高考試題，結果分析型實驗題是理綜考試必考的題型，局限于考試時間，試卷中不可能出現大量完整設計型實驗題，結果分析型實驗題短小精悍，逐漸成了現行高考的“新寵”，該類型試題常以文字或圖表形式呈現實驗過程與結果，要求考生從中獲取關鍵信息對實驗步驟、實驗結果做出合理的解釋并嘗試得出正確結論。如2017年全國卷Ⅰ第4 題、2017 年全國卷Ⅱ第30 題、2017 年全國卷Ⅲ第31 題、2018 年全國卷Ⅰ第31 題、2019 年全國卷Ⅱ第31 題、2020 年全國卷Ⅰ第3 題均用文字敘述實驗步驟或實驗結果考查學生閱讀與分析能力；又如2016 年全國卷Ⅰ第30 題、2017 年全國卷Ⅰ第3 題、2017 年全國卷Ⅱ第4 題、2017 年全國卷Ⅲ第30 題、2018 年全國卷Ⅰ第4 題、2018 年全國卷Ⅱ第30 題、2020 年全國卷Ⅲ第2 題則以坐標曲線圖的形式呈現實驗處理及實驗結果，要求學生理解橫坐標與縱坐標的含義；明確自變量與因變量之間的關系；弄清曲線中關鍵折點蘊含的生物學意義；通過對照、比較揭示各曲線或各段曲線形成的原因，再運用所學知識對某些生物學問題進行解釋、推理，做出合理的判斷或得出正確的結論，考查學生的獲取信息的能力、理解能力、實驗與探究能力和綜合運用能力。

2.2 注重考查核心概念

《普通高中生物學課程》的基本理念之一是“內容聚焦大概念”，生物學核心概念是各類型實驗題命題的依托，以教材經典實驗為背景考查基礎知識的實驗題在全國卷高考試題中屢見不鮮。如2016 年全國卷Ⅱ第29 題以“研究溫度對某種酶活性的影響”實驗考查酶的活性及本質；2017 年全國卷Ⅲ第30 題以某種植物的野生型和ABA 缺失突變體幼苗為材料開展實驗考查脫落酸的作用；2018 年全國卷Ⅰ第31 題用實驗兔進行不同的實驗探究不同因素對尿量的影響考查水鹽平衡調節過程；2018 年全國卷Ⅱ第29 題對大鼠進行垂體切除實驗考查垂體分泌生長激素和促甲狀腺激素的知識；2019 年全國卷Ⅱ第31 題以測定某一水生生態系統中浮游植物的總初級生產量為情境考查真光合速率、凈光合速率和呼吸速率測定方法；2020 年全國卷Ⅰ第3 題以小鼠為材料進行與甲狀腺相關的實驗考查垂體分泌的激素對甲狀腺的影響及甲狀腺激素的作用等。歷年高考實驗題中囊括了高中生物教材中幾乎所有核心考點，實現重點內容重點考、靈活考的目標。

2.3 注重考查實驗變量與實驗對照

單一變量原則和對照原則是實驗設計的兩個重要原則。變量是指可被操縱的特定因素或條件，可分為自變量、因變量和無關變量。對照實驗通過設置對照組和實驗組，在其他干擾因素都保持適宜且相同（無關變量）的前提下，對比差異以確認某個因素（自變量）對特定對象的影響（因變量）。變量分析與實驗對照相互依存，全國卷實驗題無一例外地滲透著變量和對照思想。如2018 年全國卷Ⅰ第4 題探究藥物X 對細胞增殖有促進作用，藥物D 可抑制藥物X 的作用，通過對自變量分析和實驗組、對照組設置判斷考查學生的實驗探究能力；又如2020 年全國卷Ⅲ第2 題，要求考生分析曲線圖從而厘清自變量與因變量之間的關系，通過對比蔗糖組、生長素組、生長素+蔗糖組考查生長素的生理作用。

3.備考建議

高考試題常以實驗題為載體，這既能考查學生的基礎知識掌握程度，又能考查學生的理性思維和批判性思維，還能培養學生實驗探究能力，也可在一定程度上避免現行高考備考“題海戰術”局面，預計今后高考實驗題出現頻率或許會越來越高。

3.1 聯系教材知識厘清實驗方法原理是解實驗題的前提

實驗題盡管命題素材新穎，呈現形式多種多樣，但都有一個共同特征——實驗多源于對教材中的經典實驗的改進或拓展，關聯教材核心概念考查。教師應引導學生樹立攻克實驗題的信心，熟練掌握生物基礎知識，厘清實驗方法原理，做到快速、準確答題。

【例1】（2017 年，全國卷Ⅰ，第29 題）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）

【答案】（1）思路

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并檢測其放射性。

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并檢測其放射性。

（2）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。

【分析】審題獲取以下關鍵信息：（1）實驗結果未知，此題為完整設計型探究實驗；（2）實驗目的是要確定一種新病毒究竟是DNA 病毒還是RNA 病毒；（3）實驗材料為體外培養的宿主細胞等；（4）實驗方法為同位素標記法；（5）自變量為標記物質不同，因變量為病毒放射性；（6）對照實驗為甲、乙兩組，相互對照。

教師根據題意，設問關聯教材，引導學生思考完成實驗設計并預期實驗結果及結論，答案便躍然紙上。如表1 所示。

表1

3.2 變量與對照分析是解實驗題的“鑰匙”

實驗題盡管命題情境真實、新穎、變化萬千，但最終落點離不開變量與對照分析，變量分析是攻克實驗難題堡壘的“投石機”；學生只有明確變量和對照設置才能從容地對實驗現象或實驗結果進行解釋、分析和處理。教師在實驗教學過程中應時刻提醒學生切勿舍本逐末，陷入“實驗題海”誤區而忽視實驗理論的學習；如何通過一兩道精選例題進行評講，有效地向學生滲透對照思想，并在答題過程中落實變量分析，從而使學生很好地把握題目框架、命題意圖和答題方向，很好地組織語言精準答題是提分的關鍵。

【例2】（2016 年，全國卷Ⅱ，第31 題）BTB 是一種酸堿指示劑。BTB 的弱堿性溶液顏色可隨其中CO2濃度的增高而由藍變綠再變黃。某同學為研究某種水草的光合作用和呼吸作用，進行了如下實驗：用少量的NaHCO3和BTB 加水配制成藍色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液變成淺綠色，之后將等量的淺綠色溶液分別加入到7 支試管中，其中6 支加入生長狀況一致的等量水草，另一支不加水草，密閉所有試管。各試管的實驗處理和結果見表2。

表2

若不考慮其他生物因素對實驗結果的影響，回答下列問題：

（1）本實驗中，50 min 后1 號試管的溶液是淺綠色，則說明2 至7 號試管的實驗結果是由________________引起的；若1 號試管的溶液是藍色，則說明2 至7 號試管的實驗結果是______（填“可靠的”或“不可靠的”）。

（2）表中X 代表的顏色應為__________（填“淺綠色”“黃色”或“藍色”），判斷依據是______________________________________________________。

（3）5 號試管中的溶液顏色在照光前后沒有變化，說明在此條件下水草______________________________________________________。

【答案】（1）不同光強下水草的光合作用和呼吸作用 不可靠的（2）黃色 水草不進行光合作用，只進行呼吸作用，溶液中CO2濃度高于3 號管（3）光合作用強度等于呼吸作用強度，吸收與釋放的CO2量相等

【分析】（1）通讀題目，獲取有用信息，明確實驗目的與原理。①實驗目的：研究某種水草的光合作用和呼吸作用。②實驗原理：不同光照強度（通過調節日光燈與試管間的距離決定）下，水草的光合作用和呼吸作用會引起溶液中CO2的濃度發生變化，CO2濃度變化會使BTB的弱堿性溶液顏色發生改變，當水草呼吸作用強度等于光合作用強度時，試管溶液中CO2的濃度不變，顏色仍為淺綠色；當水草呼吸作用強度大于光合作用強度時，CO2濃度的增高使溶液由淺綠色向黃色方向改變，且增幅越大，溶液的顏色越黃；當水草呼吸作用強度小于光合作用強度時，CO2濃度的降低使溶液由淺綠色向藍色改變且減幅越大，溶液的顏色越藍。

（2）明確自變量、因變量與無關變量，分析如何對照，尋找解題“鑰匙”。該實驗的自變量有兩個，教師在講評試題時可將該實驗“解剖”成為實驗一和實驗二，化繁為簡，撥云見日。

實驗一由1 號和7 號試管組成，探究試管中溶液的CO2在有光條件下是否也會發生變化，目的是為了證明確實是所測試的條件引起相應的結果。自變量為水草的有無，1 號試管不放水草作為空白對照組，7 號試管為實驗組，50 min 后1 號試管的溶液顏色保持淺綠色，說明無關變量（光照）不會引起CO2的濃度改變，溶液顏色不變，也說明7 號試管有水草，溶液顏色變為藍色是因為水草在較強光照下光合作用強度大于呼吸作用強度，溶液中CO2含量減少所致。如果沒有水草的1 號試管的溶液也由淺綠色變成藍色，說明無水草的光照條件下溶液中CO2含量也減少了，無關變量對實驗結果產生影響，再用此溶液探究光照強度強弱對光合作用強度的影響得出的實驗結果與結論缺乏說服力，因為實驗結果無法證明確實是由所測試的條件引起相應的結果，因此7 號試管的實驗結果不可靠。

實驗二由2 至7 號試管組成，目的是探究光照強度強弱對光合作用強度的影響。自變量為光照強度的不同，因變量為水草的光合作用和呼吸作用，用50 min 后試管中溶液的顏色變化表示，無關變量為長勢相近的同種水草、等量的同一淺綠色溶液等。3 至7 號試管相互對照，光照梯度增強都為實驗組，2 號試管遮光處理為空白對照組。2 號試管水草進行遮光處理，只能進行細胞呼吸作用不能進行光合作用，導致CO2濃度增加；50 min 后3 號試管中溶液的顏色由淺綠色向黃色方向改變，最終變為淺黃色，說明在此光照條件下呼吸作用強度大于光合作用強度，從而引起溶液中CO2的濃度增高，但與3 號試管相比，2 號試管溶液中的CO2濃度增加幅度較大，溶液顏色應為黃色。50 min 后5 號試管中溶液的顏色仍為淺綠色，說明在此光照強度條件下水草光合作用強度等于呼吸作用強度，即光合作用吸收與呼吸作用釋放的CO2量相等，水草溶液中CO2濃度沒有發生改變。