云南 余春權

(作者單位：云南省曲靖市羅平縣第一中學)

2021年高考全國甲卷生物學部分以考查基礎知識為主，未涉及較偏的知識點，在此基礎上，以實驗探究能力、綜合運用能力、邏輯思維能力為主要考查方向，真正體現了高中生物學核心理論體系的“一核、四層、四翼”。試卷的主要特點是“回歸教材” “情境化試題比例提升” “有著歷年高考題的影子”，最令考生印象深刻的是非選擇題第30題，該試題以科技研究的熱點問題為情境載體，考查學生的實驗探究能力，該題使學科核心素養(yǎng)的選拔功能得到了最大化的體現，因此歸納、總結實驗類試題的解題策略意義重大。

一、原題分析

【例1】(2021年，全國甲卷，第30題)用一段由放射性同位素標記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素32P標記的脫氧腺苷三磷酸(dATP，dA-Pα～Pβ～Pγ)等材料制備了DNA片段甲(單鏈)，對W基因在染色體上的位置進行了研究，實驗流程的示意圖如圖1所示。

圖1

回答下列問題：

(1)該研究人員在制備32P標記的DNA片段甲時，所用dATP的α位磷酸基團中的磷必須是32P，原因是________。

(2)該研究人員以細胞為材料制備了染色體樣品，在混合操作之前去除了樣品中的RNA分子，去除RNA分子的目的是________。

(3)為了使片段甲能夠通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結合，需要通過某種處理使樣品中的染色體DNA________。

(4)該研究人員在完成上述實驗的基礎上，又對動物細胞內某基因的mRNA進行了檢測，在實驗過程中用某種酶去除了樣品中的DNA，這種酶是________。

【試題詳解】

根據題意，通過有32P標記的DNA分子與被測樣本中的W基因進行堿基互補配對，形成雜交帶，可以推測出W基因在染色體上的位置。

(1)該實驗的目的是利用放射性同位素標記的DNA片段來確定基因在染色體上的位置，故要制備有32P標記的DNA片段甲，就要使α位的P為32P，而dATP去掉β位和γ位的P，剩余部分(即α位P)可作為合成DNA的原料，用以合成有32P標記的DNA片段甲。

(2)當樣品中的RNA和DNA共存時，可能會出現DNA與RNA發(fā)生互補結合的狀況，故在混合操作之前要去除樣品中的RNA分子，以避免DNA片段甲與RNA發(fā)生互補結合。

(3)DNA分子是由兩條反向平行的脫氧核苷酸長鏈盤旋成的雙螺旋結構，結構穩(wěn)定，要使片段甲通過堿基互補配對與染色體樣品中的W基因結合，就要將雙鏈解開，使其形成單鏈。

(4)該種酶能夠去除樣品中的DNA，故其為DNA水解酶。

【試題性質】

為了檢測例1的難度，筆者選擇5 000名高二升高三的學生作為實驗對象，受試學生涵蓋了不同層次的學生，受試前學生都沒有接觸過試題、答案及有關試題的其他信息，5 000名被測試者的檢測結果如表1所示。

表1

本題總分9分，5 000名被測試者的檢測結果表明：①本題對學生成績離散程度較低，優(yōu)、良、中、差學生區(qū)分明顯，試卷難度較大，大部分學生對實驗類試題解題所需的知識儲備不完整、缺乏歸納解題的方法、解題的技巧有待提升、解題的策略需要歸納總結；②高考生物學實驗類試題注重考查學生的關鍵能力和學科核心素養(yǎng)，注重考查學生運用所學知識分析、解決具體問題的能力；③試題強調考查知識之間的內在聯(lián)系，注重理論聯(lián)系實際，試題涉及不同模塊內考點的縱向聯(lián)系；④能力方面著重考查學生獲取信息的能力、分析問題的能力、邏輯推理能力、實驗與探究能力、綜合運用能力和語言表達能力，注重考查生命觀念、科學探究、科學思維等學科核心素養(yǎng)。

二、學科核心素養(yǎng)下實驗類試題解題策略

(一)實驗目的類

實驗目的是高考實驗類試題中常見的考查形式，實驗目的是實驗的有機組成成分，是實驗實施的目標和指南，也是解決實驗類問題的先決條件。一部分試題會在試題的真實情境中直接給出實驗目的；一部分試題則會直接考查實驗目的。筆者通過對大量考查實驗目的類試題的分析、歸納、總結，得出實驗目的類試題解題的表達模型：驗證(探究)+自變量+對象+因變量+作用(影響)。

【例2】喜溫植物幼苗在低溫(10 ℃)鍛煉6天后，接著進行冷脅迫(2 ℃)12 h，其細胞內超氧化物歧化酶(SOD，該酶能減緩植株的衰老)活性的動態(tài)變化如圖2所示。回答下列問題：

圖2

本實驗的目的是________。

【參考答案】探究低溫鍛煉是否能提高植物的抗寒能力

【解題策略】據圖2可知，該實驗是探究性實驗，自變量是“是否接受低溫鍛煉處理”，實驗對象是“喜溫植物”，因變量是“細胞內超氧化物歧化酶(SOD)活性的變化”。結果顯示，未鍛煉的植物在冷脅迫前后酶的活性下降程度明顯高于經過鍛煉的植株；無論脅迫前還是脅迫后，鍛煉后的SOD活性都明顯上升，根據實驗目的的表達模型得出該實驗的目的為“探究低溫鍛煉是否能提高植物的抗寒能力”。

(二)實驗原理類

實驗原理是實驗設計的依據和思路。高考中的實驗原理類試題主要有兩類：一是檢測類試題，該類試題的實驗原理一般是教材上的相關理論知識，學生應該用有關的生物學原理分析該實驗考的是教材中哪一模塊的知識，抽離出該部分的知識點作為實驗原理的“核心”；二是提供一個已完成的實驗，根據實驗的過程和步驟等填寫實驗原理，該類實驗原理的表達模型：生物學原理+自變量(設置處理)和因變量(檢測指標)之間的關系。

【例3】某同學有喝牛奶的習慣，在學習了細胞的化合物知識后，他想知道牛奶中有無還原糖和蛋白質。下面是其未設計完的實驗，請幫助他完成實驗設計。

實驗目的：探究某品牌牛奶中有無還原糖和蛋白質。

實驗原理：________。

材料用具：略。

【參考答案】還原糖與斐林試劑反應呈磚紅色，牛奶中若含有還原糖，則會出現磚紅色；蛋白質與雙縮脲試劑反應呈紫色，牛奶中若含有蛋白質，則會出現紫色

【解題策略】基于題目情境可知，試題涉及的生物學原理是還原糖和斐林試劑在水浴加熱的條件下反應生產磚紅色沉淀，蛋白質和雙縮脲試劑反應產生紫色絡合物。自變量為“是否加斐林試劑或是否加雙縮脲試劑”，因變量為“是否發(fā)生反應”，檢測指標為“是否出現磚紅色沉淀或紫色絡合物”，分析后利用關鍵詞和實驗原理表達模型即可將該實驗的原理表述出來。

(三)實驗思路類

實驗思路是學生學科核心素養(yǎng)中科學探究的具體呈現形式，同時也是對學生理解能力、分析能力、信息提取與處理能力、語言表達能力等方面的綜合考查。實驗思路類試題是近幾年高考的必考題型，該類試題難度較大，學生掌握起來難度也較大，該類試題的解題表達模型：材料的選擇及處理+分組編號+設置對照(變量處理)+培養(yǎng)和觀察(檢測)。學生在表達時，應使用學科專業(yè)術語進行準確、完整的表述，要考慮實驗材料選擇什么、實驗材料是否需要處理，特別要考慮怎樣表述才能使對照實驗遵循單一變量原則，如實驗組和對照組所用的試劑的量要表述出“相同”“適量”“等量”，培養(yǎng)條件要求是“在相同且適宜條件下培養(yǎng)一段時間”，處理的時間或次數要表述出“相同且適宜”，觀察(檢測)的指標應明確表述等。

【例4】(2021年，全國乙卷，第29題節(jié)選)生活在干旱地區(qū)的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}：

(3)若以pH作為檢測指標，請設計實驗來驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預期結果)

【解題策略】(3)該實驗的實驗材料是植物甲且不需要預先處理，該實驗的自變量是“植物甲所處的生存環(huán)境是否干旱”，由于夜間氣孔打開吸收CO2，生成蘋果酸儲存在液泡中，導致液泡pH降低，故可通過檢測液泡的pH驗證植物甲存在該特殊方式，即因變量(檢測指標)是“液泡中的pH”。實驗只有一個自變量，故可將實驗分為A、B兩組，設置A組為對照組，置于濕度適宜的正常環(huán)境中，B組置于干旱環(huán)境中?；谝陨戏治?，利用上述總結的表達模型就可以解答此題。

(四)實驗結果、結論類

實驗結果是根據實驗數據或實驗現象對客觀事實的具體描述，即對因變量檢測結果的描述，實驗結果的表達應注意明確自變量和檢測指標，將實驗組和對照組現象進行對比，從而得出結果。需要特別注意是，并不是一次實驗現象或者一組實驗數據就能夠呈現出全部的實驗結果。基于此，作答時應注重多組數據的統(tǒng)計分析，獲得平均值，以確保實驗結果的準確性。實驗結論是根據實驗結果進行歸納和推理而獲得的定性或者定量的表述，可能是對實驗結果的解釋，或是對實驗結果的進一步推測和升華，實驗結論要與實驗目的相對應。需要注意的是，驗證性實驗表述時，只表述驗證的結論；而探究性實驗是預測，結果和結論可能有很多種，一定要注意結果和結論的多樣性，在表述時要對應分別表述。

【例5】(2019年，全國卷Ⅱ，第37題節(jié)選)物質W是一種含氮有機物，會污染土壤。W在培養(yǎng)基中達到一定量時培養(yǎng)基表現為不透明。某研究小組欲從土壤中篩選出能降解W的細菌(目標菌)。回答下列問題。

(3)土壤中的某些微生物可以利用空氣中的氮氣作為氮源。若要設計實驗進一步確定甲、乙菌能否利用空氣中的氮氣作為氮源，請簡要寫出實驗思路、預期結果和結論，即________。

【參考答案】(3)將甲、乙菌分別接種在無氮源培養(yǎng)基上，若細菌能生長，則說明該細菌能利用空氣中的氮氣作為氮源

【解題策略】(3)基于題目情境分析可知，該題為探究類實驗試題，目標菌能夠利用空氣中的氮氣作為氮源，故選用的篩選培養(yǎng)基應不添加氮源，能夠在無氮源的培養(yǎng)基上生存的細菌便是目的細菌，故得出具體的實驗操作。

三、結論

綜上所述，筆者通過多年生物學實驗教學的歸納、總結，對部分經典實驗類試題進行研究、分析，從中提煉出實驗目的類、實驗原理類、實驗思路類、實驗結果和結論類，四類經典實驗類試題的解題模型，旨在提高教師自身對實驗類試題的教學設計，促使學生形成相應的科學探究品質，使學生更加高效地解答相關生物學實驗類試題。