以实验为情境的生物高考试题分析

马国玉 马金轩 马丽

(1.喀什第六中学,新疆 喀什 844000;2.喀什大学生命与地理科学学院,新疆 喀什 844000;3.沙湾市第三中学,新疆 沙湾 832100)

生物学是以实验为基础的学科,近代生物学的迅速发展离不开人们成百上千甚至上万次的实验.例如,孟德尔多年从事植物杂交试验研究,提出了遗传单位因子的概念;巴斯德严格控制无菌条件,利用长曲颈瓶证实了肉汁腐败的原因是来自外界微生物污染.《中国教育现代化2035》提出,发展中国特色世界先进水平的优质教育,增强综合素质,教育引导学生培养综合能力,培养创新思维.《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》提出发展包含生命观念、科学思维、科学探究、社会责任四个方面的生物学学科核心素养[1].实验题在高考中占一定比重,渗透着对核心素养的考查,但因实验题(特别是非选择题中)一般以新情境呈现,学生不易得分.归纳整理近三年生物高考中实验题的类型、解题技巧、出题立意,有于教师开展相关教学,帮助学生攻克实验题.

1 实验题知识点分析

为便于表示,现将试卷赋予代号,2022年全国卷定为A(甲卷)、B(乙卷),2021年全国卷定为C(甲卷)、D(乙卷),2020年全国卷定为E(卷Ⅰ)、F(卷Ⅱ)、G(卷Ⅲ).

分析结果见表1,参考王家荟[2]对试题的知识内容划分,主要考查的知识点有细胞的分子组成、细胞的代谢、遗传的分子基础、遗传的基本规律、动物生命活动的调节、微生物的应用、酶的应用、基因工程和胚胎工程,可见近三年高考实验题涉及知识点广,在细胞代谢、遗传的基本规律两部分占比较多.细胞代谢中常考点有物质的跨膜运输、呼吸作用和光合作用,例如2022年全国甲卷第2题和2020年全国卷Ⅱ第5题分别考查植物细胞失吸水原理和渗透作用原理,2021年全国乙卷第29题和2020年全国卷Ⅱ第30题分别考查光合作用中CO2的特殊固定形式和线粒体、叶绿体的功能.遗传的基本规律常

表1 实验题知识点统计

考考点即分离和自由组合定律的分析和应用,2020年全国卷Ⅰ第5题和2021年全国甲卷第5题考查分离定律,2022年全国甲卷第6题、第32题、2021年全国乙卷第6题、第32题、2020年全国卷Ⅱ第32题等均考查自由组合定律.

2 实验题命题类型分析

基于课标和考试大纲对学生能力的考查要求,可将实验题类型分为基础实验类、原理原因类、实验设计类、结果结论类,见表2.

表2 实验题类型统计

2.1 基础实验类

此类试题源于教材中的基础实验和科学史的经典实验,考查实验的现象、材料选取、试剂用途、结论推断等.如2021年全国乙卷第2题判断生物学实验所用试剂的叙述正误,2020全国卷Ⅰ第4题考查教材中观察类实验、实验材料的选择.在选修模块中部分试题答案以教材原文呈现,如2022年全国甲卷第38题的胚胎工程,2020年全国卷Ⅲ的果胶酶作用,学生回忆教材中的相关叙述即可解答.

2.2 原因原理类

此类试题考查对实验现象、结果结论、材料或试剂选用、步骤及操作的解释和分析,多以教材中的实验原理为基础,通过创设新的问题情境考查学生[3].如2022年全国乙卷第30题根据家兔注射药物后的现象分析原因,2021年全国甲卷第37题根据表格结果写出洗涤蚕丝织物不使用某些加酶洗衣粉的原因,以及加酶洗衣粉去渍效果更好的原因.

2.3 实验设计类

此类试题给出实验目的和实验材料,或提供可选材料,由学生设计实验达成某种结果,验证某个假设,多见于光合作用、动物激素调节和遗传规律应用.例如,2021年全国乙卷第29题验证干旱环境下植物对CO2的特殊固定形式,2020年全国卷Ⅲ用实验获得抗病抗倒伏且稳定遗传的新品种.2022年全国甲卷第37题较为特别,给出实验材料和结果,学生推测实验思路,是实验设计的逆向考法.

2.4 结果结论类

此类试题需要学生根据实验所用材料、试剂药品、步骤和操作推测实验结果,或已知结果从中归纳、综合得出相应结论.需指出,结果是自变量对观测指标的影响,结论是自变量对因变量的影响[4].如2022年全国乙卷第6题由正反交结果推测控制鸡羽性状的基因所在位置和性状显隐关系,2020年全国卷Ⅲ第2题由曲线图和题目信息推断影响胚芽鞘生长的各物质的作用.

3 实验题解题策略分析

3.1 基础实验类

例1 (2021全国乙卷第5题)在格里菲思所做的肺炎双球菌转化实验中,无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内,从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌.某同学根据上述实验,结合现有生物学知识所做的下列推测中,不合理的是( ).

A.与R型菌相比,S型菌的毒性可能与夹膜多糖有关

B.S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成

C.加热杀死S型菌使其蛋白质功能夹失而DNA功能可能不受影响

D.将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合,可以得到S型菌

解析S型菌菌体有多糖类荚膜,能致病,有毒;R型菌菌体没有荚膜,不能引起人或小鼠发病,无毒,通过对比可以说明S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关,A正确;R型菌转变为S型菌,是因为S型菌的DNA片段整合到了R型菌DNA中并指导蛋白质的合成,B正确;加热杀死的S型菌蛋白质变性失活,其DNA在加热过程中解开双螺旋,氢键被打开,但缓慢冷却时,其结构可恢复,DNA功能可能不受影响,C正确;S型菌的DNA经DNA酶处理后被分解,与R型菌混合后不会使R型菌发生转化,故不能得到S型菌,D错误.

基础实验类试题源于教材,是教材实验的原型或修改,难度较低,不需要特别的解题技巧,学生对相关实验的识记是根本.

3.2 原理原因类

例2 (2022全国乙卷第30题节选)题干略.

根据实验二推测,丙组甲状腺激素的合成是____(填“大于”或“小于”)甲组.乙组和丙组甲状腺激素的合成量____(填“相同”或“不相同”),原因是____.

解析由于甲状腺激素的分泌存在分级调节和(负)反馈调节机制,乙组注射甲状腺激素后会使家兔自身分泌的甲状腺激素含量降低,故乙组家兔血中甲状腺激素含量比对照组少;丙组注射促甲状腺激素,可促进甲状腺合成和分泌甲状腺激素,故丙组家兔血中甲状腺激素含量比对照组多,乙组和丙组合成甲状腺激素的量不同.

例3 (2021全国甲卷第30题节选)题干略

该研究人员在制备32P标记的DNA片段甲时,所用dATP的α位磷酸基团中的磷必须是32P,原因是____.

解析dATP脱去Pβ与Pγ后成腺嘌呤脱氧核苷酸,是DNA的基本单位,因此制备32P标记的DNA片段时所用dATP的α位磷元素要被标记.

原因原理类试题在考试大纲中对实验探究能力的要求属于第二等级,解答此类题要从试题获取有效信息,找图表中的关键点,结合生物学原理、规律分析题目,一般从实验对象的特点和处理条件的角度回答,注意组织好语言.

3.3 实验设计类

例4 (2021全国乙卷第29题节选)题干略

若以Ph作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式.(简要写出实验思路和预期结果)

解析该实验的检测指标为pH,结合题意可知,在这种特殊的CO2固定方式中,晚上生成苹果酸储存在植物甲的液泡内,白天液泡内储存的苹果酸脱羧又释放出CO2,液泡pH在夜间逐渐降低,在白天逐渐升高,由此确定实验思路.

例5 (2022全国乙卷第32题节选)题干略

已知白花纯合体的基因型有2种.现有1株白花纯合体植株甲,若要通过杂交实验(要求选用1种纯合体亲本与植株甲只进行1次杂交)来确定其基因型,请写出选用的亲本基因型、预期实验结果和结论.

解析由题意知,白花纯合体植株甲的基因型有aaBB和aabb两种.选用1种纯合体亲本与甲杂交1次便可确定基因型,则需要子代因植株甲的基因型不同而出现不同表现型.AABB与甲杂交,无论甲是何种基因型,后代均为紫色;同理,aaBB或aabb与甲杂交后代均为白色.若选用AAbb,杂交结果:

①AAbb(红)×aabb(白)→Aabb,子代花色全为红;

②AAbb(红)×aaBB(白)→AaBb,子代花色全为紫.

实验设计类试题具有一定开放性,对学生的思维水平要求较高.解答此类试题时,根据实验目的和题目要求确定自变量、因变量和无关变量,遵循科学实验基本原则,设置合理条件.若在遗传题中设计实验,在确定等位基因的显隐性关系和基因型对应的表现型后,区分各种实验材料的特点,预想不同交配类型的结果,有时需要结合数学方法进行相关计算.

3.4 结果结论类

例6 (2021全国乙卷第30题节选)在自然界中,竞争是一个非常普遍的现象,回答下列问题:

竞争排斥筹措理是指…(以下略)当实验出现____的结果时即可证实竞争排斥原理.

根据上述实验和研究,关于生物种间竞争的结果可得出的结论是____.

解析该实验需将两种草履虫放在资源有限的环境中混合培养,据题干“不能长期共存在一起”的信息可确定,实验一方存活,另一方死亡的结果时,即可证实竞争排斥原理.综合上述实验和研究,具有相同资源利用方式的物种不能长期共存在一起,若进化出新的资源利用方式便可共存,由此得出结论.

例7 (2020全国卷Ⅲ第2题)取燕麦胚芽鞘切段,随机分成三组……(以下略)用KCl代替蔗糖进行上述实验可以得到相同的结果(如图1所示).下列说法不合理的是( ).

图1 实验结果图

A.KCl可进行胚芽鞘细胞中调节细胞的渗透压

B.胚芽鞘伸长生长过程中,件随细胞对水分的吸收

C.本实验中Sue是作为能源物质来提高IAA作用效果的

D.IAA促进胚芽鞘伸长的效果可因加入Sue或KCl而提高

解析题干信息指出“蔗糖能进入胚芽鞘细胞”KCl可替代蔗糖发挥相同的作用,故KCl可进入胚芽鞘细胞,进而调节细胞渗透压,A正确;细胞伸长生长需要从外界吸收营养物资和水分,B正确;蔗糖属于能源物质而KCl不是,题干信息KCl可代替蔗糖进行实验,由此判断该实验中蔗糖的作用不是供能,C错误;生长素能促进胚芽鞘的生长,由题图可知,蔗糖能提高生长素的作用效果,结合题意,KCl也能提高生长素的作用效果,D正确.

结果结论类试题可从实验名称、目的、原理、对象、条件、方法和步骤等多方面分析.若为探究性实验,实验结果可能未知,需预测可能出现的各种结果,并归纳出相应的结论;若为验证性实验,则根据实验目的、条件和步骤等推出结果,再由结果得出结论.

4 教学与备考建议(略)