以實(shí)驗(yàn)為情境的生物高考試題分析

馬國(guó)玉 馬金軒 馬麗

(1.喀什第六中學(xué),新疆 喀什 844000;2.喀什大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院,新疆 喀什 844000;3.沙灣市第三中學(xué),新疆 沙灣 832100)

生物學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,近代生物學(xué)的迅速發(fā)展離不開(kāi)人們成百上千甚至上萬(wàn)次的實(shí)驗(yàn).例如,孟德?tīng)柖嗄陱氖轮参镫s交試驗(yàn)研究,提出了遺傳單位因子的概念;巴斯德嚴(yán)格控制無(wú)菌條件,利用長(zhǎng)曲頸瓶證實(shí)了肉汁腐敗的原因是來(lái)自外界微生物污染.《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》提出,發(fā)展中國(guó)特色世界先進(jìn)水平的優(yōu)質(zhì)教育,增強(qiáng)綜合素質(zhì),教育引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)綜合能力,培養(yǎng)創(chuàng)新思維.《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》提出發(fā)展包含生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)[1].實(shí)驗(yàn)題在高考中占一定比重,滲透著對(duì)核心素養(yǎng)的考查,但因?qū)嶒?yàn)題(特別是非選擇題中)一般以新情境呈現(xiàn),學(xué)生不易得分.歸納整理近三年生物高考中實(shí)驗(yàn)題的類型、解題技巧、出題立意,有于教師開(kāi)展相關(guān)教學(xué),幫助學(xué)生攻克實(shí)驗(yàn)題.

1 實(shí)驗(yàn)題知識(shí)點(diǎn)分析

為便于表示,現(xiàn)將試卷賦予代號(hào),2022年全國(guó)卷定為A(甲卷)、B(乙卷),2021年全國(guó)卷定為C(甲卷)、D(乙卷),2020年全國(guó)卷定為E(卷Ⅰ)、F(卷Ⅱ)、G(卷Ⅲ).

分析結(jié)果見(jiàn)表1,參考王家薈[2]對(duì)試題的知識(shí)內(nèi)容劃分,主要考查的知識(shí)點(diǎn)有細(xì)胞的分子組成、細(xì)胞的代謝、遺傳的分子基礎(chǔ)、遺傳的基本規(guī)律、動(dòng)物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)、微生物的應(yīng)用、酶的應(yīng)用、基因工程和胚胎工程,可見(jiàn)近三年高考實(shí)驗(yàn)題涉及知識(shí)點(diǎn)廣,在細(xì)胞代謝、遺傳的基本規(guī)律兩部分占比較多.細(xì)胞代謝中常考點(diǎn)有物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸、呼吸作用和光合作用,例如2022年全國(guó)甲卷第2題和2020年全國(guó)卷Ⅱ第5題分別考查植物細(xì)胞失吸水原理和滲透作用原理,2021年全國(guó)乙卷第29題和2020年全國(guó)卷Ⅱ第30題分別考查光合作用中CO2的特殊固定形式和線粒體、葉綠體的功能.遺傳的基本規(guī)律常

表1 實(shí)驗(yàn)題知識(shí)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

考考點(diǎn)即分離和自由組合定律的分析和應(yīng)用,2020年全國(guó)卷Ⅰ第5題和2021年全國(guó)甲卷第5題考查分離定律,2022年全國(guó)甲卷第6題、第32題、2021年全國(guó)乙卷第6題、第32題、2020年全國(guó)卷Ⅱ第32題等均考查自由組合定律.

2 實(shí)驗(yàn)題命題類型分析

基于課標(biāo)和考試大綱對(duì)學(xué)生能力的考查要求,可將實(shí)驗(yàn)題類型分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類、原理原因類、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類、結(jié)果結(jié)論類,見(jiàn)表2.

表2 實(shí)驗(yàn)題類型統(tǒng)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類

此類試題源于教材中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)史的經(jīng)典實(shí)驗(yàn),考查實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、材料選取、試劑用途、結(jié)論推斷等.如2021年全國(guó)乙卷第2題判斷生物學(xué)實(shí)驗(yàn)所用試劑的敘述正誤,2020全國(guó)卷Ⅰ第4題考查教材中觀察類實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)材料的選擇.在選修模塊中部分試題答案以教材原文呈現(xiàn),如2022年全國(guó)甲卷第38題的胚胎工程,2020年全國(guó)卷Ⅲ的果膠酶作用,學(xué)生回憶教材中的相關(guān)敘述即可解答.

2.2 原因原理類

此類試題考查對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果結(jié)論、材料或試劑選用、步驟及操作的解釋和分析,多以教材中的實(shí)驗(yàn)原理為基礎(chǔ),通過(guò)創(chuàng)設(shè)新的問(wèn)題情境考查學(xué)生[3].如2022年全國(guó)乙卷第30題根據(jù)家兔注射藥物后的現(xiàn)象分析原因,2021年全國(guó)甲卷第37題根據(jù)表格結(jié)果寫(xiě)出洗滌蠶絲織物不使用某些加酶洗衣粉的原因,以及加酶洗衣粉去漬效果更好的原因.

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類

此類試題給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)材料,或提供可選材料,由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)達(dá)成某種結(jié)果,驗(yàn)證某個(gè)假設(shè),多見(jiàn)于光合作用、動(dòng)物激素調(diào)節(jié)和遺傳規(guī)律應(yīng)用.例如,2021年全國(guó)乙卷第29題驗(yàn)證干旱環(huán)境下植物對(duì)CO2的特殊固定形式,2020年全國(guó)卷Ⅲ用實(shí)驗(yàn)獲得抗病抗倒伏且穩(wěn)定遺傳的新品種.2022年全國(guó)甲卷第37題較為特別,給出實(shí)驗(yàn)材料和結(jié)果,學(xué)生推測(cè)實(shí)驗(yàn)思路,是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的逆向考法.

2.4 結(jié)果結(jié)論類

此類試題需要學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用材料、試劑藥品、步驟和操作推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,或已知結(jié)果從中歸納、綜合得出相應(yīng)結(jié)論.需指出,結(jié)果是自變量對(duì)觀測(cè)指標(biāo)的影響,結(jié)論是自變量對(duì)因變量的影響[4].如2022年全國(guó)乙卷第6題由正反交結(jié)果推測(cè)控制雞羽性狀的基因所在位置和性狀顯隱關(guān)系,2020年全國(guó)卷Ⅲ第2題由曲線圖和題目信息推斷影響胚芽鞘生長(zhǎng)的各物質(zhì)的作用.

3 實(shí)驗(yàn)題解題策略分析

3.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類

例1 (2021全國(guó)乙卷第5題)在格里菲思所做的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中,無(wú)毒性的R型活細(xì)菌與被加熱殺死的S型細(xì)菌混合后注射到小鼠體內(nèi),從小鼠體內(nèi)分離出了有毒性的S型活細(xì)菌.某同學(xué)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn),結(jié)合現(xiàn)有生物學(xué)知識(shí)所做的下列推測(cè)中,不合理的是( ).

A.與R型菌相比,S型菌的毒性可能與夾膜多糖有關(guān)

B.S型菌的DNA能夠進(jìn)入R型菌細(xì)胞指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

C.加熱殺死S型菌使其蛋白質(zhì)功能夾失而DNA功能可能不受影響

D.將S型菌的DNA經(jīng)DNA酶處理后與R型菌混合,可以得到S型菌

解析S型菌菌體有多糖類莢膜,能致病,有毒;R型菌菌體沒(méi)有莢膜,不能引起人或小鼠發(fā)病,無(wú)毒,通過(guò)對(duì)比可以說(shuō)明S型菌的毒性可能與莢膜多糖有關(guān),A正確;R型菌轉(zhuǎn)變?yōu)镾型菌,是因?yàn)镾型菌的DNA片段整合到了R型菌DNA中并指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成,B正確;加熱殺死的S型菌蛋白質(zhì)變性失活,其DNA在加熱過(guò)程中解開(kāi)雙螺旋,氫鍵被打開(kāi),但緩慢冷卻時(shí),其結(jié)構(gòu)可恢復(fù),DNA功能可能不受影響,C正確;S型菌的DNA經(jīng)DNA酶處理后被分解,與R型菌混合后不會(huì)使R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化,故不能得到S型菌,D錯(cuò)誤.

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類試題源于教材,是教材實(shí)驗(yàn)的原型或修改,難度較低,不需要特別的解題技巧,學(xué)生對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的識(shí)記是根本.

3.2 原理原因類

例2 (2022全國(guó)乙卷第30題節(jié)選)題干略.

根據(jù)實(shí)驗(yàn)二推測(cè),丙組甲狀腺激素的合成是____(填“大于”或“小于”)甲組.乙組和丙組甲狀腺激素的合成量____(填“相同”或“不相同”),原因是____.

解析由于甲狀腺激素的分泌存在分級(jí)調(diào)節(jié)和(負(fù))反饋調(diào)節(jié)機(jī)制,乙組注射甲狀腺激素后會(huì)使家兔自身分泌的甲狀腺激素含量降低,故乙組家兔血中甲狀腺激素含量比對(duì)照組少;丙組注射促甲狀腺激素,可促進(jìn)甲狀腺合成和分泌甲狀腺激素,故丙組家兔血中甲狀腺激素含量比對(duì)照組多,乙組和丙組合成甲狀腺激素的量不同.

例3 (2021全國(guó)甲卷第30題節(jié)選)題干略

該研究人員在制備32P標(biāo)記的DNA片段甲時(shí),所用dATP的α位磷酸基團(tuán)中的磷必須是32P,原因是____.

解析dATP脫去Pβ與Pγ后成腺嘌呤脫氧核苷酸,是DNA的基本單位,因此制備32P標(biāo)記的DNA片段時(shí)所用dATP的α位磷元素要被標(biāo)記.

原因原理類試題在考試大綱中對(duì)實(shí)驗(yàn)探究能力的要求屬于第二等級(jí),解答此類題要從試題獲取有效信息,找圖表中的關(guān)鍵點(diǎn),結(jié)合生物學(xué)原理、規(guī)律分析題目,一般從實(shí)驗(yàn)對(duì)象的特點(diǎn)和處理?xiàng)l件的角度回答,注意組織好語(yǔ)言.

3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類

例4 (2021全國(guó)乙卷第29題節(jié)選)題干略

若以Ph作為檢測(cè)指標(biāo),請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式.(簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果)

解析該實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)指標(biāo)為pH,結(jié)合題意可知,在這種特殊的CO2固定方式中,晚上生成蘋(píng)果酸儲(chǔ)存在植物甲的液泡內(nèi),白天液泡內(nèi)儲(chǔ)存的蘋(píng)果酸脫羧又釋放出CO2,液泡pH在夜間逐漸降低,在白天逐漸升高,由此確定實(shí)驗(yàn)思路.

例5 (2022全國(guó)乙卷第32題節(jié)選)題干略

已知白花純合體的基因型有2種.現(xiàn)有1株白花純合體植株甲,若要通過(guò)雜交實(shí)驗(yàn)(要求選用1種純合體親本與植株甲只進(jìn)行1次雜交)來(lái)確定其基因型,請(qǐng)寫(xiě)出選用的親本基因型、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論.

解析由題意知,白花純合體植株甲的基因型有aaBB和aabb兩種.選用1種純合體親本與甲雜交1次便可確定基因型,則需要子代因植株甲的基因型不同而出現(xiàn)不同表現(xiàn)型.AABB與甲雜交,無(wú)論甲是何種基因型,后代均為紫色;同理,aaBB或aabb與甲雜交后代均為白色.若選用AAbb,雜交結(jié)果:

①AAbb(紅)×aabb(白)→Aabb,子代花色全為紅;

②AAbb(紅)×aaBB(白)→AaBb,子代花色全為紫.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題具有一定開(kāi)放性,對(duì)學(xué)生的思維水平要求較高.解答此類試題時(shí),根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮皖}目要求確定自變量、因變量和無(wú)關(guān)變量,遵循科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本原則,設(shè)置合理?xiàng)l件.若在遺傳題中設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),在確定等位基因的顯隱性關(guān)系和基因型對(duì)應(yīng)的表現(xiàn)型后,區(qū)分各種實(shí)驗(yàn)材料的特點(diǎn),預(yù)想不同交配類型的結(jié)果,有時(shí)需要結(jié)合數(shù)學(xué)方法進(jìn)行相關(guān)計(jì)算.

3.4 結(jié)果結(jié)論類

例6 (2021全國(guó)乙卷第30題節(jié)選)在自然界中,競(jìng)爭(zhēng)是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象,回答下列問(wèn)題:

競(jìng)爭(zhēng)排斥籌措理是指…(以下略)當(dāng)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)____的結(jié)果時(shí)即可證實(shí)競(jìng)爭(zhēng)排斥原理.

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)和研究,關(guān)于生物種間競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果可得出的結(jié)論是____.

解析該實(shí)驗(yàn)需將兩種草履蟲(chóng)放在資源有限的環(huán)境中混合培養(yǎng),據(jù)題干“不能長(zhǎng)期共存在一起”的信息可確定,實(shí)驗(yàn)一方存活,另一方死亡的結(jié)果時(shí),即可證實(shí)競(jìng)爭(zhēng)排斥原理.綜合上述實(shí)驗(yàn)和研究,具有相同資源利用方式的物種不能長(zhǎng)期共存在一起,若進(jìn)化出新的資源利用方式便可共存,由此得出結(jié)論.

例7 (2020全國(guó)卷Ⅲ第2題)取燕麥胚芽鞘切段,隨機(jī)分成三組……(以下略)用KCl代替蔗糖進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)可以得到相同的結(jié)果(如圖1所示).下列說(shuō)法不合理的是( ).

圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

A.KCl可進(jìn)行胚芽鞘細(xì)胞中調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓

B.胚芽鞘伸長(zhǎng)生長(zhǎng)過(guò)程中,件隨細(xì)胞對(duì)水分的吸收

C.本實(shí)驗(yàn)中Sue是作為能源物質(zhì)來(lái)提高IAA作用效果的

D.IAA促進(jìn)胚芽鞘伸長(zhǎng)的效果可因加入Sue或KCl而提高

解析題干信息指出“蔗糖能進(jìn)入胚芽鞘細(xì)胞”KCl可替代蔗糖發(fā)揮相同的作用,故KCl可進(jìn)入胚芽鞘細(xì)胞,進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓,A正確;細(xì)胞伸長(zhǎng)生長(zhǎng)需要從外界吸收營(yíng)養(yǎng)物資和水分,B正確;蔗糖屬于能源物質(zhì)而KCl不是,題干信息KCl可代替蔗糖進(jìn)行實(shí)驗(yàn),由此判斷該實(shí)驗(yàn)中蔗糖的作用不是供能,C錯(cuò)誤;生長(zhǎng)素能促進(jìn)胚芽鞘的生長(zhǎng),由題圖可知,蔗糖能提高生長(zhǎng)素的作用效果,結(jié)合題意,KCl也能提高生長(zhǎng)素的作用效果,D正確.

結(jié)果結(jié)論類試題可從實(shí)驗(yàn)名稱、目的、原理、對(duì)象、條件、方法和步驟等多方面分析.若為探究性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能未知,需預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的各種結(jié)果,并歸納出相應(yīng)的結(jié)論;若為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),則根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹l件和步驟等推出結(jié)果,再由結(jié)果得出結(jié)論.

4 教學(xué)與備考建議(略)