从模型角度审视高考生物试题——以2017年全国卷Ⅱ为例

甘肃 马小明 拦生发

《普通高中生物学课程标准（实验）》（以下简称《课程标准》）中指出：“提高每个高中学生的生物科学素养是本《课程标准》实施中的核心任务。”在教学过程中，教师组织学生进行模型分析、构建或者重建，以及尝试进行同一模型不同表达形式或不同模型间的转换，无疑是提高学生科学素养的有效手段。 同时，模型建构能力也被认为是学生将来从事科学研究的必备能力。所以，在历年的高考题中均有考查模型建构或运用能力的题目。

《美国国家科学教育标准》中对模型的表述是“模型是与真实物体、单一事件或一类事物对应的且具有解释力的试探性体系或结构。”人教版高中生物必修1中对模型的描述是“模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述，这种描述可以是定性的，也可以是定量的；有的借助于具体的实物或其他形象化的手段来表达，有的则通过抽象的形式来表达。模型的形式很多，包括物理模型、概念模型、数学模型等。”物理模型在定性描述上更加形象；数学模型在定量描述上更加直观；概念模型由于是文字性高度的概括和归纳，可以很好地帮助人们全面理解相关问题的实质。

下面笔者从模型角度审视2017年全国卷Ⅱ生物试题，还原题目的原型，分析或转化模型，并将其按模型的类型分类，为今后的“教”与“学”提供新的思路和方法借鉴。

1. 物理模型类

物理模型是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，例如，DNA双螺旋模型、生物膜流动镶嵌模型、真核细胞模型，以及课本中各种细胞器、细胞核的图片等都属于物理模型。其意义在于将微观的、抽象的事物简洁化、具体化，便于认识事物的本质，在生物学教学中占据重要地位。2017年全国卷Ⅱ中相关的试题有第1题和第29题。

【例1】（2017年，全国卷Ⅱ，第1题）已知某种细胞有4条染色体，且两对等位基因分别位于两对同源染色体上。某同学用示意图表示这种细胞在正常减数分裂过程中可能产生的细胞。其中表示错误的是 （ ）

【分析】该题考查减数分裂过程中染色体的行为，其原型位于人教版高中生物必修2第2章第1节中“精子的形成过程”和“卵细胞的形成过程”中染色体的行为变化，课本中主要以图片的形式展示。为了使学生能够更加清晰地认识减数分裂中染色体的行为变化，在“受精作用”部分又安排了“建立减数分裂中染色体变化的模型”的学生活动，进一步提高学生对减数分裂过程中染色体行为变化的感性认识。如果学生在学习过程中对减数分裂过程中染色体行为变化模型有一定认识，该题就很容易作答。

【答案】D

2017年全国卷Ⅱ第29题（题略）考查光合作用和细胞呼吸的过程。其原型位于人教版高中生物必修1第5章第3节和第4节。课本中对于光合作用和细胞呼吸的过程也是以图解形式展示，该题只是将课本中的图解变换了一种新的形式。所以，识记并理解课本中光合作用图解和细胞呼吸图解是解答这一类问题的关键，也是很有效的学习方法。

【教学建议】从以上试题分析可见高考中对于物理模型的考查主要体现在是否清楚物理模型指代的含义，是否能够辨析物理模型的变式等。所以在教学过程中为了更好地把握模型含义和变式应该做到：（1）重视教材中模型制作活动。如细胞模型、DNA双螺旋模型、生物膜模型等实物模型，能动手制作的模型尽量动手制作，不要购买成品实物模型，因为动手制作过程中学生思维的深度和广度与直接观看实物模型是无法比拟的；（2）重视手工绘图。如动、植物细胞有丝分裂过程图、精子和卵细胞形成图、各细胞器图像等。学生在绘图过程中，会更多地去思考画的是什么、为什么这样画，真正起到物理模型的教育价值——使抽象的事物具体化，加深学生对相关事物的感性认识。

2.概念模型类

概念模型是以文字的形式概括事物的本质属性，如种群、群落等的概念；真核细胞等的定义；分离定律、自由组合定律等的解释，以及构建的知识网络、知识体系等均属于概念模型范畴。其意义在于准确清晰地表达事物的本质属性，以便准确认识或辨别不同事物。2017年全国卷Ⅱ中相关的试题有第2、3、5、30题。

【例2】（2017年，全国卷Ⅱ，第2题）在证明DNA是遗传物质的过程中，T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验发挥了重要作用。下列与该噬菌体相关的叙述，正确的是（ ）

A. T2噬菌体也可以在肺炎双球菌中复制和增殖

B. T2噬菌体病毒颗粒内可以合成mRNA和蛋白质

C.培养基中的32P经宿主摄取后可出现在T2噬菌体的核酸中

D.人体免疫缺陷病毒与T2噬菌体的核酸类型和增殖过程相同

【分析】该题考查T2噬菌体相关内容，其原型位于人教版高中生物必修2第3章第1节中的“噬菌体侵染细菌的实验”部分。该题通过T2噬菌体将考点“病毒”与“DNA是遗传物质”相整合。这就启示师生在高考复习过程中一定要重视知识点的整合和整理，构建概念模型是常用且有效的方法。

【答案】C

【例3】（2017年，全国卷Ⅱ，第3题）下列关于生物体中酶的叙述，正确的是 （ ）

A.在细胞中，核外没有参与DNA合成的酶

B.由活细胞产生的酶在生物体外没有催化活性

C.从胃蛋白酶的提取液中沉淀该酶可用盐析的方法

D.唾液淀粉酶催化反应最适温度和保存温度是37℃

【分析】该题考查有关酶的内容。酶是高中生物学中重要且关键的一个知识点，是衔接蛋白质、RNA、催化剂、各项生化反应的纽带。比如，在本题中A项隐含的问题是“细胞核外，有没有DNA的合成”，学生需联系线粒体和叶绿体内含有DNA且能自主复制进行判断；B项考查酶的应用，学生需联系消化酶分泌到消化道起作用，以及生活中有加酶洗衣粉进行判断；C项的原型位于人教版高中生物必修1第2章第2节第23页特色栏目“与生活的联系”中提到的蛋白质的盐析；D项考查酶的特性之一——作用条件温和，但是应该在低温下保存。

【答案】C

综上，在教学过程中有必要引导学生建立酶的概念模型，图1为笔者根据课本内容建立的酶相关内容的概念模型，学生可以借鉴或者自己构建更加完善的概念模型。

图1 酶相关内容的概念模型

同样，针对2017年全国卷Ⅱ第2题可以从组成成分、生存方式、侵染方式等方面去构建T2噬菌体的概念模型；针对第5、30题可以对人体生命活动的调节：体温调节、渗透压调节、血糖调节等构建概念模型，用以认识和理解相关知识点。

【教学建议】在高三复习过程中重视和强化知识点的总结与归纳是非常重要的教学环节，知识点的总结与归纳常用且有效的方法就是构建概念模型。所以，教师在平时的教学过程中可以以课后作业的形式要求学生针对某个知识点（如细胞结构、生理过程、生命现象等）构建概念模型，这样不仅可以使零散的知识整体化、系统化，使学生的学习从知识层面走向智慧层面，并且对于学生自主学习能力、创新能力的提升有极大帮助。

3.数学模型类

数学模型主要以数学公式或曲线等方式表示某些事物的变化规律，如种群的“J”型增长曲线和“S”型增长曲线、哈代-温伯格定律公式（p+q）2=p2+2pq+q2等。其意义在于使繁杂的过程简洁化、规律化，便于学生认识事物发展的规律，在教学过程中构建数学模型有助于提高学生的思维品质和逻辑推理能力。2017年全国卷Ⅱ中相关的试题有第4、6、31题。

【例4】（2017年，全国卷Ⅱ，第4题）将某种植物的成熟细胞放入一定浓度的物质A溶液中，发现其原生质体（即植物细胞中细胞壁以内的部分）的体积变化趋势如图所示。下列叙述正确的是 （ ）

A. 0 ～ 4 h内物质A没有通过细胞膜进入细胞内

B. 0 ～ 1 h内细胞体积与原生质体体积的变化量相等

C. 2 ～ 3 h内物质A溶液的渗透压小于细胞液的渗透压

D. 0 ～ 1 h内液泡中液体的渗透压大于细胞质基质的渗透压

【分析】该题考查植物细胞的质壁分离及复原。其原型位于人教版高中生物必修1第4章第1节中的“植物细胞的吸水和失水”实验。当细胞液浓度小于外界浓度时，细胞失水，发生质壁分离；当细胞液浓度大于外界浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。图中曲线表示细胞原生质体体积随时间的变化趋势，放于溶液A的成熟植物细胞原生质体的相对体积先变小（0 ～1 h），说明此时该细胞正在失水，渐渐发生质壁分离；然后又逐渐增大（1. 5 ～ 4 h），说明在A溶液中又发生质壁分离的自动复原。2 ～ 3 h细胞正在吸水，所以细胞液的渗透压大于外界溶液（物质A溶液）的渗透压。

【答案】C

【例5】（2017年，全国卷Ⅱ，第6题）若某哺乳动物毛色由3对位于常染色体上的、独立分配的等位基因决定，其中，A基因编码的酶可使黄色素转化为褐色素；B基因编码的酶可使该褐色素转化为黑色素；D基因的表达产物能完全抑制A基因的表达；相应的隐性等位基因a、b、d的表达产物没有上述功能。若用两个纯合黄色品种的动物作为亲本进行杂交，F1均为黄色，F2中毛色表现型出现了黄∶褐∶黑= 52∶3∶9的数量比，则杂交亲本的组合是 （ ）

A. AABBDD×aaBBdd，或AAbbDD×aabbdd

B. aaBBDD×aabbdd，或AAbbDD×aaBBDD

C. aabbDD×aabbdd，或AAbbDD×aabbdd

D. AAbbDD×aaBBdd，或AABBDD×aabbdd

【分析】该题考查学生对基因的自由组合的理解，其原型位于人教版生物必修2第1章第2节中含两对等位基因的杂合子自交，以庞尼特方格形式给出（见表1）。

表1 含两对等位基因的杂合子自交雌雄配子组合方式

教学过程中，在学生理解两对等位基因自由组合原因，学会庞尼特方格建立的过程，并且能够灵活应用的基础上，建立N对等位基因自由组合的相关数学模型是必要的，如表2所示（表中数据均以完全显性为前提），用以加深理解相关知识点。

表2 含n对等位基因的杂合子自交相关数学模型建构

该题中F2代表现型出现了黄∶褐∶黑 = 52∶3∶9的数量比，组合方式64种，即43种，所以是含有3对等位基因的杂合子自交结果。

【答案】D

【教学建议】对于数学模型，在组织学习相关内容时，要注重分析与推理，明确模型中不同符号的含义，明确曲线的意义等，这是处理数学模型类题型应该具备的基本能力。在此基础上对教材模型进行改进和转化。这样不仅有助于培养学生的逻辑推理能力、抽象思维能力，而且有助于学生创新思维的发展。

4.结语

模型构建是重要的教学手段，尤其在高三复习过程中显得尤为重要。通过构建物理、数学或概念模型进行知识整合梳理，从而使抽象的事物现象具体化，使散乱的知识点有条理、有规律，不仅对学生应对考试有极大帮助，同时对于学生优化学习方法也有极大帮助。