基于科学探究的高考生物实验题分类及解题策略

陈英水

摘 要：实验和探究能力是高考理科综合能力考试目标之一，生物实验题是理科综合能力测试和生物单科考试最重要的题型之一.由于新课程倡导自主、合作、探究学习，笔者通过对高考生物实验题进行详细研究，结合2009年生物学科考试大纲中“实验和探究能力”具体要求，从科学探究一般过程出发对高考生物实验题型进行更合理分类，并对每一类型试题的常见考点及解题策略，以有代表性的高考试题为例题的形式予以分析，以供同行和学生参考.

关键词：科学探究；生物实验题；分类；解题策略

实验和探究能力是高考理科综合能力考试目标之一，生物实验题是理科综合能力测试和生物单科考试最重要的题型之一.实验题形式变化多，许多同学觉得无以应对.许多老师做了大量的工作，对实验题的类型和解题策略进行了大量的研究，得出许多有实用价值的研究成果.但是，因分类依据不是十分明确，分出的实验题类型比较混乱.新课程倡导自主、合作、探究学习，笔者认为从科学探究的一般过程对高考生物实验题进行分类，更具合理性.因此，本文就从科学探究一般过程对高考生物实验题进行分类，并对每一类的解题策略，以有代表性的高考试题为例题的形式予以粗浅的分析.

一、科学探究的一般过程介绍

科学探究的一般过程包括提出问题、作出假设、设计实验方案、实施实验、分析实验结果，若支持假设则建立某一理论，若否定假设则改进实验设计再实验或重新假设.可简单地用图1表示.

二、高考生物实验题的分类

虽然新课程倡导探究性学习理念，但高考试题要求学生独立完成全程性探究实验的各个方面的可能性较小，要求学生对探究过程中的个别方面，也就是对某个局部进行科学的补充可能性较大.就目前的高考模式而言，只要求考生参加笔试，不要求实际操作.因此，通过分析历年的高考试题结合科学探究的一般过程可将生物实验题分为三类：

（一）实验设计题

从科学探究一般过程看，实验设计题包括让“学生提出问题、作出假设和设计实验方案”.实验设计题是以给出材料为基础（有些题材料要自选），根据现有条件，提出课题、作出假设、设计实验程序、预测实验结果，并对实验结果进行合理的分析和解释，以考查考生“使用恰当的方法验证简单的生物学事实”和“具有对一些生物学问题进行初步探究”的能力[1].该类试题能较好地反映考生的综合素质（如收集处理信息的能力、语言表达能力、知识迁移能力与创新能力、实验研究的方法和能力、逻辑思维的条理性与严密性等），已成为当前命题的热点.

（二）实验结果分析题

从科学探究一般过程看，实验结果分析题是指实施实验方案后，对取得的实验结果进行分析.实验结果分析题最大的特点是实验结果已经给出，以考察学生“对实验现象和结果进行解释、分析和处理”的能力.

（三）实验评价题

从科学探究一般过程看，实验评价题是指“否定假说，改进实验设计，再试验”. 此类题目具有明确的实验目的，并列举了解决问题的方案，要求学生依据所掌握的生物学知识，分析评价已知方案的优缺点，并说明原因或进一步设计出可行的方案，以考察学生“对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订”的能力.此类试题主要考查学生对实验设计的严密性和科学性的把握，并以此为媒介，引导学生探求解决问题的思路、方法，进一步培养学生的科学素质和实验思维能力.

三、解题策略例析

（一）实验设计题的解題策略例析

纵观历年理综及单科高考题，实验设计题常见考点有：课题名称、实验假设、实验原理、实验材料试剂和用具、实验思路、实验步骤、实验测量与记录（设计表格记录数据）、实验结果（或预期）与实验结论等八方面内容.每一考点都有一定的解题技巧，具体如下：

1.课题名称

【高考真题再现】（宁夏理综）28题（II）.同一品种的西瓜种植在非生物因素相同的两块土地上，但单位面积产量差别很大，为了探究两块土地上产量不同的原因，请根据所学知识提出一个值得研究的课题（要求写出课题的题目）.

【解题策略】如果试题需要写出实验课题，可直接读取题干领会.实验课题的格式有：“……的研究”，“探究……”，“……的影响”等.

【答案参考】病虫害对西瓜产生影响的研究

2.实验假设

【高考真题再现】（江苏单科卷）42题（2）.工业生产中产生的SO2是酸雨（pH<56）形成的主要原因之一.有人设计实验研究酸雨对植物的毒害作用.实验过程如图2所示（除图中特别说明的外，其他条件甲、乙均相同）：

实验结果表明，“酸雨”使植物叶片变黄，而对照实验中的植物没有变黄.该实验说明酸雨对植物的生长发育有影响.

参照上述装置和试剂以小麦种子为实验材料尝试设计实验，探究2种不同pH的酸雨对种子萌发率的影响.①探究的问题：不同pH的酸雨对小麦种子萌发率的影响.

②作出的假设：.

【解题策略】假设时注意以下四点：第一，假设的内容是由问题决定的.第二，假设的作出与你的基本预测有很大关系.如果你的基本预测是肯定的，你的假设就是肯定的假设；如果你的基本预测是否定的，你的假设就是否定的假设；如果你的基本预测是中立的，你的假设就是中立的假设.第三，假设在实验之前没有正确和错误之分，只有可检验和不可检验之分，因此，要求作出的假设是可以检验的.第四，我们作出假设的基本句式是“如果……，那么…….”“如果”后面跟的是你的基本预测，“那么”后面跟的是可观察或计量的定义.本实验题的问题是“2种不同pH的酸雨对种子萌发率有何影响？”，我们不知道不同pH的酸雨对种子萌发率有无影响，如果有影响，是积极的呢，还是消极的？所以，我们的预测可以是肯定的，也可以是否定的.另外，假设的可操作定义是种子的萌发率.

【答案参考】如果一定pH的酸雨对小麦种子萌发没有影响，那么小麦种子萌发率没有变化；如果一定pH的酸雨促进小麦种子萌发，那么小麦种子萌发率明显升高；如果一定pH的酸雨抑制小麦种子萌发，那么小麦种子萌发率明显下降.（任写一种）endprint

3.实验原理

【高考真题再现】（全国I）30（21分）.为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠活动状况为观察指标设计实验.某同学的实验方案如下：

①将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录其活动状况.

②A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组注射等量生理盐水.一段时间后，A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，B组活动状况无变化.

③A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液.一段时间后，A组小鼠低血糖症状缓解，B组活动状况无变化.

该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用.请回答：

（1）该实验原理是什么？

【解题策略】实验原理是指实验操作的依据和实验结果的原因.因此，写实验原理一般按照三方面写，一写实验组如何操作，二写出现什么结果，三写操作与结果对应的理论依据.

【答案参考】胰岛素具有降低血糖的作用.体内胰岛素含量过高时（实验组如何操作），引起血糖下降（操作与结果对应的理论依据），机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状（出现什么结果）；补充葡萄糖溶液（实验组如何操作），引起血糖上升（操作与结果对应的理论依据）此症状可以得到缓解（出现什么结果）.

4.实验材料和用具选择

【高考真题再现】（全国II）30（1）.植物叶片表皮上分布有大量气孔，气孔结构如图4所示.当组成气孔的细胞（保卫细胞）吸水后，会膨胀变形，气孔开启；反之，细胞失水收缩，气孔关闭.请以放置一小段时间的菠菜为材料设计一个实验，证明气孔具有开启和关闭的功能.要求写出实验材料与主要用具、实验步骤、预测实验结果并做出解释.

【解题策略】一般试题会给出材料用具，但完全开放性试题要求根据实验目的、原理和要求，自主选择实验材料和用具.如果材料是给定的，要考虑每一种材料和用具的作用，要根据实验材料和用具来推断实验步骤.因为，有些实验的操作方法可能有多种，而不同的方法需要不同的材料和用具.如果材料是自选的，也可以先确定实验方法，根据实验具体操作步骤来推断实验材料和用具.注意选材原则：①方便易得.②不要少用也不要多用.③为使对照实验控制好变量，选材时植物宜选同一枝干的两段或几段、或长势相同的植株，数量宜多不宜少，而且各株原來的生长环境也要相同；动物宜选物种相同、个体长势相同、重量相等、性别相同、以往生长环境也相同的动物.

【参考】菠菜、清水、浓盐水、盖玻片、载玻片、显微镜、吸水纸、滴管、镊子等.

5.实验思路

【高考真题再现】宁夏理综28题Ⅰ.将某种玉米子粒浸种发芽后研磨匀浆过滤，得到提取液.取6支试管分别加入等量的淀粉溶液后，分为3组并分别调整到不同温度，如图所示，然后在每支试管中加入等量的玉米子粒提取液，保持各组温度30分钟后，继续进行实验（提取液中还原性物质忽略不计）：

（1）、（2）小题略

（3）以上实验的三种处理温度不一定是玉米子粒提取液促使淀粉分解的最适温度.你怎样设计实验才能确定最适温度？（只要求写出设计思路）

【解题策略】实验设计思路是对自变量如何操纵、无关变量如何控制、因变量如何检测作一个简单的交代.

【答案参考】在20℃和100℃之间每隔一定温度设置一个实验组（操纵自变量），其它实验条件保持一致（控制无关变量）.以反应液和上述试剂（或答碘液或答斑氏试剂或答斐林试剂）发生颜色反应的程度为指标（检测因变量）确定最适温度.

6.实验步骤

【高考真题再现】（全国II）31.胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用.为了验证“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，请以小白鼠为实验对象设计实验步骤，预测和解释实验应出现的结果，并写出实验结论.

【解题策略】实验步骤一般按以下四步进行，

第一步：分组编号，作好实验准备.即将材料用具用1、2、3…等进行分组标号.

第二步：设置对照，操纵实验变量.即在正常基础上对自变量进行“加”、“减”或“改变”.

第三步：同条件处理，控制无关变量.即进行其他条件相同且适宜处理.

第四步：观察比较，检测反应变量.根据反应变量，反应或培养一段相同时间后，寻找具有可操作性的观察指标（如果反应指标和观察指标不同，还要进一步处理，如加入指示剂，借助颜色反应或仪器辅助才能观察）.

注意：在操纵实验变量和控制无关变量时要学会用“等量且适量、相同且适宜”.

【答案参考】（1）将两支试管分别编号为1号和2号，各加入等量的班氏糖定性试剂.

（2）确定1只鼠为实验鼠，腹腔注射胰高血糖素溶液；另一只鼠为对照鼠，腹腔注射等容量生理盐水.（3）在相同且适宜的环境下饲养1小时后，对两只小白鼠采尿液，实验鼠尿液放入1号试管内，对照鼠尿液放入2号试管内.（4）将两支试管摇匀后，放入盛有开水的烧杯内加热煮沸，待冷却后，观察两支试管溶液颜色的变化.

7.设计表格记录数据

【高考真题再现】（上海卷）.某生物学兴趣小组开展“不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”的课题研究.他们已将香烟和蒸馏水按照1：1的重量比浸泡24h，过滤后的滤液作为原液.如果你是其中一员，请回答：1）、2）、3）小题略

4）设计1张表格用于在实验时记录数据.

【解题策略】一张记录数据的表格包含以下三方面内容：表格名称、表格工作区的行和列.表格的名称是根据实验目的而定的，基本句式是××记录表.表格工作区的行与列则对应于实验变量和反应变量，实验变量可以用组别代替.要注意：①表格工作区是预留给实验者真实记录数据的，而不是造出数据来填的.②切勿忘记给表格添上名称.endprint

8.实验结果预期、解释与结论

【高考真题再现】（全国II）31（见“实验步骤”处）

【解题策略】（1）实验结果也就是一种实验现象，而实验结论是根据实验现象推导出来的，实验解释是分析实验结果出现的原因，三者不能混淆.做题时一定要看清题目要求，问的是实验结果还是结论，二者要分开来答.（2）探究性实验的实验结果预期要对应假设进行分类讨论并得出相应的结论.其基本句式也是“如果……，那么…….” “如果”后面跟的是预测的现象，“那么”后面跟的是相应的结论.如：①如果实验组和对照组无显著差异，那么实验变量无影响；②如果实验组比对照组好，那么实验变量有利；③如果实验组比对照组差，那么实验变量不利.验证性实验的实验结果是已知的，只要根据实验原理确定已知实验结果，并对实验结果进行准确描述，再对应实验目的做出肯定结论.

【答案参考】实验预测、解释：l号试管中应该出现砖红色沉淀（现象），表明实验鼠尿液中有葡萄糖（解释）；2号试管中仍为蓝色溶液（现象），表明对照鼠尿液中无葡萄糖（解释）.

实验结论：实验鼠血糖升高，超过一定数值而出现糖尿，是胰高血糖素具有升高血糖的生理作用所引起的.

（二）实验结果分析题的解题策略例析

实验结果分析类试题的特点是实验方法、结果已知，常见考点是解释实验方法、结果和根据实验结果得出实验结论.这类题目理论知识一般是以高中生物教材上的有关理论为知识背景，但实验的材料、实验的方法和步骤往往是书本外的，题目的情境设置很新颖.但只要撩开新情境的面纱，抓住实验的基本原理和实验结果，结合所学的理论知识，就不难得出正确的答案.

【高考真题再现】（全国高考广东、河南、广西卷生物试题）用蛋清制备一定量的混浊液，然后用其进行下列实验.实验处理和结果如下表所示.根据实验结果回答：

（1）A酶发挥作用所需要的pH环境为_；B酶发挥作用的pH环境为.

（2）第4管和第8管液体不发生变化的原因是.

（3）如果第2管反映的是胃内的消化过程，那么A酶是，蛋清的分解产物主要是.

【解题策略】

1. 纵观全题，审清题意

实验题的逻辑性是很强的，题目中的每一个条件，每一个步骤，都有着紧密的联系.所以，遇到实验题时，不要草草读完题目就急于动笔，应沉住气，通读全题，仔细分析题目的每一个条件，每一个问题，把握好题目前后的相关性，对题意做到一个总体的了解，找出解题的方向.

2.联系课本有关知识弄清实验原理

解答本题必须具备关于酶的特性和蛋白质消化的基础知识.酶的化学本质是蛋白质，在高温下易变性而失去活性，所以，煮沸后冷却的酶无催化能力.酶活性的发挥需要适宜的条件，如适宜的pH，并且每种酶都有各自适宜的pH范围.蛋白质在胃、胰蛋白酶的作用下分解为多肽，在肽酶的作用下可分解为氨基酸.

3.分析变量，得出结论

实验的自变量既有温度又有酸碱度还有酶的种类，分析的時候是一定要遵循单一变量原则，即一个自变量对应一个因变量[2].如实验一，研究的是A酶，可选择试管2分别与1、3、4号比较分析.试管2号和1号比较自变量是A酶的有无，实验结果的差异说明A酶的作用能催化蛋清浑浊液分解.试管2号和3号比较自变量是PH的差别，实验结果的差异说明A酶适于在酸性环境中发挥作用.试管2号和4号比较自变量是温度的差别（是否煮沸），实验结果的差异说明A酶煮沸后失活.

【答案参考】（l）酸性；碱性.（2）高温煮沸使A酶及B酶均失去活性（或答酶失去活性）.（3）胃蛋白酶；多肽.（4）能吸收；蛋清已被分解成氨基酸.

（三）实验评价题解题策略例析

实验评价题的特点依据已知实验目的、原理和材料用具设计好实验方案，要求学生依据所掌握的生物学知识，分析评价已知方案的优缺点，并说明原因或进一步设计出可行的方案.常见的考点有两类：一是评价不足，二是设计可行方案.实验评价题与实验设计类试题虽然在题目形式和具体要求上有些差异，但在思考方法上非常相似，若有清晰的实验设计思路，往往也就具备了较强的实验评价能力.

【高考真题再现】（全国II）1.为验证“镁是植物生活的必需元素”，三位同学进行了实验设计，下列是实验的基本思路.请分别指出三个实验思路能否达到实验目的，为什么？再写出你的设计思路.

（1）实验一：取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器进行培养.对照组容器内只盛有蒸馏水，实验组盛有用蒸馏水配制的镁盐溶液.两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况.

（2）实验二：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以蒸馏水，实验组浇以蒸馏水配制的镁盐溶液，两组置于相同的适宜条件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况.

（3）实验三：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以含有植物必需的各种元素的完全营养液，实验组浇以不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况.

（4）下面由你进行实验设计，请写出你的设计思路.

【解题策略】

1.评价不足

步骤一、首先看有无对照实验：如果无添加对照组，如果有→步骤二

步骤二、再看是否单一变量：在实验中除实验变量外，其他条件都必须一致，特别注意实验过程中是否会因添加试剂、或进行某个操作而引起控制条件的不一致性.例如研究温度对酶活性影响，则温度为变量.除单一变量温度外，其他条件应完全一样.还要注意等量性原则——每次实验所加试剂的量要相等.实验控制时间的一致性.实验条件的一致性等等.

步骤三、如果是单一变量，则看实验原理、实验操作、语言叙述等是否有错误.

2.设计可行方案

将原方案中不足之处改正过来就是合理的实验方案了.

【答案参考】

（1）不能；蒸馏水和镁盐溶液均缺乏植物必需的矿质元素而使两组植物生长均不正常.

（2）不能；因为两组容器内的砂性土壤中都可能含有镁离子.

（3）不能；因为两组容器内的砂性土壤中都可能含有镁离子.

（4）取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器，对照组盛有含植物必需的各种矿质元素的完全营养液，实验组盛有不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气.观察比较两组植物的生长发育情况.

四、实践与反思

学生答实验题时存在的主要问题有：对实验题有畏惧感，导致失分；未掌握实验题解题一般方法和技巧；缺乏理性思维和批判性思维，思维严密性和逻辑性不足；缺乏良好的语言组织和表达能力等.

通过以上解题策略的指导，学生的上述问题在很大程度上得以解决.但是，生物实验试题形式多样、考察知识背景丰富，为此，要注意避免死板训练，要在科学探究实践的基础上，明确实验设计的基本原则，储备经典的实验方法和思维方法，灵活运用理性思维、批判性思维及相应的解题策略，才能有效提高学生的生物实验能力与生物学核心素养.

参考文献：

[1]朱晓林.生物实验中应如何作出假设[J].中学生物教学，2015，（3）：35-37

[2]陆庆森.反应指标和观察指标在生物实验教学中的应用[J].中学生物教学，2014，（11）：29-31endprint