例析高中生物坐標曲線問題的解題策略

鄧 軍 岳 飛

(貴州省習水縣第一中學,貴州 遵義 564600)

高中生物坐標曲線類問題是數學學科與生物學科的跨學科組合類問題,主要考查學生利用坐標曲線來分析和推理生物知識的能力,是近年來高考命題專家較為青睞的一類題型.

1 坐標曲線類問題概述

坐標曲線類題型的曲線通常在直角坐標系中呈現,能簡潔、形象地反映生物與生物之間、生物與某些其他因素之間的內在聯系,也可以用以記錄某項生理指標隨著外部因素和條件的變化而發生的規律性變化[1].此類題目的信息大部分都隱藏在圖像中,具有較高的區分度和難度,需要學生能認真分析圖表變化,挖掘隱含條件和信息,對學生的綜合性能力要求較高,因此在高考中屬于較常見的一種題型[2].

2 坐標曲線類問題階梯策略及案例分析

針對高中階段學生的認知水平和理解能力,將坐標曲線類題型的解題思路厘清為四個步驟:識標→明點→析線→作答.詳細的解題思路為:

第一,識標.識標這一過程只需要識別直角坐標系中橫、縱坐標的含義、關系、刻度以及單位,并以此深入理解橫縱坐標變化的背后含義,能夠準確捕捉坐標系背后所涉及的知識點,并在解題過程中靈活遷移完成解題.

第二,明點.明點只需要明確坐標系中特殊點的含義,如曲線的焦點、轉折點、函數的起點、終點、特殊頂點等等.

第三,析線.析線需要分析曲線的上下走勢以及變化趨勢,需要明晰曲線變化背后的含義以及原因,能夠用生物學語言全面解讀和概括曲線的變化過程以及發生變化的原因.如果涉及的是多曲線的坐標曲線,那首先需要分析曲線的變化規律,找到圖與圖之間存在的聯系,進而分析多條曲線產生差異的原因,以及背后所涉及的內在知識點.

第四,作答.作答指根據圖中曲線的典型特征以及變化規律,解決題目中所提出的問題,并能夠用準確、規范、恰當的生物學語言作答.

下面筆者將以下列兩個實例展開研究,期望能為該類試題的分析提供一定的參考.

例1圖1甲表示某二倍體動物減數第一次分裂形成的子細胞;圖1乙表示該動物細胞中每條染色體上的DNA含量變化;圖1丙表示該動物一個細胞中染色體組數的變化.則分析圖示可以得出下列有關敘述中錯誤的是( ).

圖1 例1圖

A.圖1甲可以對應圖1乙中的bc段

B.基因A、a所在的染色體可能發生基因突變,也可能交叉互換

C.圖1乙中的cd段形成的原因與細胞膜的流動性相關

D.圖1乙中的bc段和圖1丙中的hi段不可能對應于同種細胞分裂的同一時期

分析根據如上總結的有關坐標曲線類題型的解題思路,首先分析坐標系,本題所涉及的知識點為有絲分裂和減數分裂,對應坐標系的縱軸所表示的含義為每條染色體上DNA含量和一個細胞中染色體組數.由此,可以首先聯想到減數分裂和有絲分裂不同時期染色體上DNA的含量和細胞中染色體組數的變化規律.(識圖)再分析乙圖時:隨著細胞分裂時期的變化,染色體上DNA含量在ab段發生了明顯的增長,在bc段趨于穩定,在cd段下降.由此可知圖乙中的bc段表示每條染色體含有兩個DNA分子,代表前期和中期.再分析丙圖可以發現在hi這一階段一個細胞中染色體組數有明顯增長,因此,此段代表的是有絲分裂的后期即著絲點分裂,染色體數加倍,但每條染色體中只含有一個DNA分子這一特殊時期.(明點、析線)故此,再來分析題中選項.A選項:根據題意,圖甲是減數第一次分裂形成的子細胞,其中每條染色體上的DNA含量為2,可以對應圖乙中的的bc段,因此A選項正確;B選項,X和Y是一對同源染色體.在減數第一次分裂過程中,同源染色體分離,換言之,X和Y不可能同時位于減數第二次分裂的細胞中,因此基因A和a是位于常染色體上的一對等位基因,可能發生基因突變或交叉互換,B選項正確;C選項,圖乙中cd段是由于著絲點分裂導致每條染色體上DNA含量由2變為1,而非細胞膜的流動性,C選項錯誤;D選項,通過上述明點、析線過程中的分析可以得出圖乙中的bc段代表前期和中期,圖丙中的hi階段代表有絲分裂的后期,兩者不可能出現在同種細胞分裂的同一時期,D選項正確.(作答)

題后反思本題是高考中的必考知識點——減數分裂的坐標曲線類題型.學生需要準確把握縱坐標所代表的含義,并根據減數分裂和有絲分裂過程中染色體和DNA含量的變化靈活判斷.求解難度和綜合性不大,但需要學生對基礎知識點熟練掌握并能靈活運用.

例2某班開展課外活動,小組成員將獼猴桃切成綠色薄片并與一定濃度的NaHCO3溶液混合置于密閉反應室,提供一定的光照、水浴加熱保持恒溫.測定反應室中O2濃度,結果如圖2所示.則下列相關敘述正確的是( ).

圖2 O2濃度變化圖

A.光照強度會影響反應室中O2濃度的變化,溫度不會

B.若提高NaHCO3溶液的濃度,果肉放氧的速率會增大

C.15～20 min時光合作用強度與呼吸作用強度相等

D.若在20 min后停止光照,則20～25 min曲線的斜率為正值

分析通過觀察題目可以準確得出該題目所考查的知識點為植物的光合作用和呼吸作用.再分析所給圖表中縱坐標與橫坐標的含義,可以發現題設條件將氧氣濃度的變化用于衡量光合作用速率的變化,因此可以將圖表理解為在溫度一定、光照一定的密閉環境中,光合作用速率隨著時間的變化而變化的坐標曲線圖.(識圖)題目所給曲線中沒有明顯的坐標點的變化,因此重點分析曲線斜率的變化背后的含義:隨著時間的推移,NaHCO3溶液分解出更多的CO2,致使植物的有氧呼吸被抑制,氧氣濃度的增長速率變緩,曲線斜率逐漸變小.在15～20 min時,曲線斜率平行于x軸說明此時光合作用產生的氧氣正好滿足細胞呼吸時對氧氣的消耗,換言之,此時光合作用速率等于呼吸作用速率,因此密閉空間里的氧氣濃度趨于平穩.(明點、析線)再來看具體選項.

解析A選項:根據之前所學過的知識點可以快速判斷得出光照強度和溫度均會影響光合作用的速率變化,而光合作用會生成氧氣,影響氧氣濃度,因此,光照強度和溫度均會影響反應室中O2濃度的變化,A選項錯誤;B選項:若提高NaHCO3的濃度,也就是增加了CO2的濃度,此時果肉放氧速率會適度增大,但如果CO2濃度過高會抑制有氧呼吸,致使細胞中有機物堆積,能量運輸減慢,反而會抑制光合作用,使得放氧速率逐漸減慢,因此B選項錯誤;C選項:結合上述分析,在15～20 min時,曲線斜率為0,說明此時光合作用產生的氧氣正好等于細胞呼吸時消耗的氧氣,即光合作用強度與呼吸作用強度相等,C選項正確;D選項:若在20 min后停止光照,則光合作用產生氧氣的速率會逐漸減慢直至為0,但呼吸作用消耗氧氣的速率不會有變化,因此反應室內氧氣的濃度會下降,此時曲線的斜率將為負值,故D選項錯誤.(作答)

題后反思本題主要考查的是細胞的呼吸作用和光合作用,此類知識點在高考題型中多以圖表的形式出現.學生要重點分析橫、縱坐標所代表的含義,例如本題中以氧氣濃度的變化來衡量光合作用的反應速率,對應地,二氧化碳的消耗量也用來衡量光合作用的反應速率.因此,學生在實際解題過程中要嚴格按照解題流程,先識圖以順利挖掘題目中的隱含條件,進而分析曲線變化.

高中生物坐標曲線問題作為高考生物的熱門題型,不僅能很好地檢測考生識圖、析圖、用圖獲取信息等能力,還能在一定程度上加強學生知識與圖表銜接利用的綜合能力.因此,在解答此類題型時,學生首先需要識別圖中的關鍵信息,找出對應考查的知識點,重視題目題設角度,在明晰圖表所涉及的點、線背后的含義后,可以通過必要的信息加工和轉化明確題目要求進而分析作答.