2023年高考生物學實驗設計類試題分析及備考策略

肖禮濤 江楹華 肖 彥

(1.江西省贛州市教育教學科學研究所 2.江西省贛州市第一中學)

實驗設計類試題是考查學生科學思維和科學探究素養的良好載體,在歷年高考試題中從不缺席。學生對此類試題望而卻步,主要原因是這類試題開放度高,學生短時間內難以找準作答思路,同時這類試題作答時要求語言邏輯嚴密、用詞規范、敘述簡潔。縱觀近幾年此類試題,都考查了學生運用教材實驗的實驗思路、方法或技術解決新情境下問題的遷移能力。本文分析2023年高考實驗設計類試題,并提出專題備考策略。

一、2023年高考實驗設計類試題例析

2023年已公布的高考生物學試題中實驗設計類試題設問方式主要為寫出實驗思路、預期結果和結論,所利用的實驗思路均在教材中能找到相應出處。如2023年全國甲卷29題(3)小問考查實驗思路和預期結果,其必備知識主要為細胞器的分離方法和淀粉的鑒定方法,在新舊教材中均有提及。

【2023年全國甲卷29題節選】某同學將從菠菜葉中分離到的葉綠體懸浮于緩沖液中,給該葉綠體懸浮液照光后糖產生。回答下列問題。

(3)葉片進行光合作用時,葉綠體中會產生淀粉。請設計實驗證明葉綠體中有淀粉存在,簡要寫出實驗思路和預期結果。

【試題分析】該題體現了高考實驗設計類試題的明顯特征:緊扣教材,又區別于教材。試題答案無法通過簡單記背得出,需要通過發散思維聯系教材中的實驗方法與技術,再結合具體試題情境設計實驗方案。解題需先解決三個關鍵問題:一是葉片細胞中的葉綠體如何分離,二是葉綠體中淀粉如何進行鑒定,三是對照實驗該如何設置。

二、高中生物學實驗設計專題復習示例

(一)系統梳理教材中實驗方法或技術

以新人教版(2019)普通高中生物學教材為例,探究·實踐欄目可分為八大類共36個項目,覆蓋觀察類、檢測類、探究類、模擬類、技能類、建模類、調查類、制作類。此外,還有眾多科學史中的經典實驗。在高三復習教學中,應先引導學生系統梳理教材中的實驗方法或技術,為新情境下的遷移應用奠定基礎。

表1 教材中的實驗方法或技術

同時,教材中有一些實例體現了實驗中對變量的控制原則和方法,見表2。

表2 教材中的變量控制

(二)設置梯度法復習示例

在高三實驗設計專題復習過程中,習題訓練可分三個梯度進行:經典重溫、變式強化、原創延伸。例如,在復習“設置梯度法”時,教師可適度引導學生溫習教材,總結“設置梯度法”的要義和規律。

首先,重溫高考真題,引導學生深切感悟高考題的命題思路和答題要求。

【經典重溫】(2022全國乙卷37題節選)化合物S被廣泛應用于醫藥、食品和化工工業,用菌株 C可生產S,S的產量與菌株C培養所利用的碳源關系密切。為此,某小組通過實驗比較不同碳源對菌體生長和S產量的影響,結果見表。

碳源細胞干重(g/L)S產量(g/L)葡萄糖3.120.15淀粉0.010.00制糖廢液2.300.18

(4)若以制糖廢液作為碳源,為進一步確定生產S的最適碳源濃度,某同學進行了相關實驗。請簡要寫出實驗思路:__________________。

參考答案：分別配制一系列不同濃度梯度的以制糖廢液為唯一碳源的培養基,培養菌株C,其他條件相同且適宜,一段時間后,測定并比較不同濃度制糖廢液中的S的產量,S產量最高時對應的制糖廢液濃度即為生產S的最適碳源濃度

試題分析：該實驗的自變量為碳源(制糖廢液)濃度,先根據實驗目的確定使用“設置濃度梯度法”,而后可參考教材中相關實驗組織答案,注意“一系列不同濃度梯度” “其他條件相同且適宜”等采分點的表述。

接下來,改編高考試題,讓學生熟悉解題的路徑,形成固定的答題范式。

【變式強化】某興趣小組欲探究Pb2+對尾草履蟲的毒害作用,所用實驗試劑與材料:Pb(NO3)2溶液母液、過濾的稻草液(用于配制試驗培養液)、EP管、尾草履蟲若干,結果如表所示:

Pb2+濃度(mg·L-1)接種個數死亡個數123123死亡率(%)1.5020212457627.76.0023212517151771.024.0025242125232198.5CK(空白對照)2322200000

請簡要寫出該實驗的設計思路:____________________。

參考答案：用Pb(NO3)2溶液母液、過濾的稻草液混合稀釋配制Pb2+質量濃度分別為1.50、6.00、24.00 mg·L-1的試驗培養液,同時以不含Pb2+的過濾的稻草液為空白對照組,分別取等量試驗培養液于四支EP管中,接種尾草履蟲20～25個,相同且適宜溫度下培養一段時間后進行計數,記錄尾草履蟲的死亡個數,計算尾草履蟲的死亡率

試題分析：本題給出實驗結果,要求寫出實驗設計思路,需要學生運用逆向思維。觀察表中實驗組的Pb2+濃度發現成一定比例,后者是前者的4倍,因此判斷這里所用的是等比梯度,而非等差梯度,即使用Pb(NO3)2溶液母液按一定倍數稀釋成一系列濃度梯度。實驗的自變量為Pb2+濃度,因變量為死亡率,觀測指標為死亡個數,以上三個要素在實驗設計思路中應有體現。

最后,通過新情境下的實驗設計原創題,培養學生的遷移能力。

【原創延伸】桑樹是南方常見的一種經濟植物,具有悠久的栽培歷史,自古承載著中國人的故鄉情。某校生物社團欲利用ABT生根粉(主要成分為吲哚丁酸鉀和萘乙酸鈉)探究生長素類似物促進桑樹硬枝扦插生根的最適濃度,請補全以下實驗設計思路:

將長度、大小相同的桑樹硬枝均分為若干組并編號,每組3～5根枝條,配制________的ABT生根粉溶液,每組采用________法分別用不同濃度的ABT生根粉溶液處理枝條相同時間,一段時間后觀察并統計各組桑樹枝條的__________________。

參考答案：一系列濃度梯度 沾蘸法或浸泡 平均生根數和根平均長度

試題分析：本題設置全新的桑樹扦插情境,考查學生對此類型試題答題的掌握情況以及新情境下的遷移能力。利用這道練習題對“設置梯度法”做系統總結,讓學生掌握“設置梯度法”的要義和規律,做到靈活遷移。

三、實驗設計類試題復習建議

新高考“無情境不成題”的命題趨勢愈發明顯,在實驗設計類試題中,熱點情境的使用非常普遍。如2023年廣東卷第19題,以自身免疫病重癥肌無力的病因研究為情境,聯系教材中的抗原抗體雜交法,要求設計實驗驗證一種致病機制。又如2022年重慶卷第24題,以“科學家用基因編輯技術由野生型番茄(HH)獲得突變體番茄(hh)”為情境,要求學生寫出“獲得果肉為紅色、成熟期為突變體性狀的純合體番茄”的雜交選育過程,題中涉及的“基因編輯技術”是近幾年生物學前沿熱點技術。