安徽省蒙城第一中學(xué)（233500）耿美玲

生物高考著重考查學(xué)生的思維能力和探究能力，而高考生物實(shí)驗(yàn)題對(duì)這方面的考查尤為突出。高考生物實(shí)驗(yàn)的考查題型多樣化，有實(shí)驗(yàn)分析題型、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題型、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)與修正題型等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)又分為實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)等。近幾年來(lái)，實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì)受到命題者的青睞。實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)類(lèi)試題能很好地考查學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，把優(yōu)秀的學(xué)生和一般的學(xué)生區(qū)分開(kāi)來(lái)，具有很好的選拔功能。當(dāng)然，這類(lèi)試題具有較高的難度，優(yōu)秀生也需要進(jìn)行訓(xùn)練才能有效掌握解題方法。本文結(jié)合2017 年高考全國(guó)Ⅰ卷理綜第29題和2019 年高考全國(guó)Ⅰ卷理綜第29 題這兩道高考真題來(lái)例析實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì)。

一、實(shí)例一

（一）題目

根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA 病毒和DNA 病毒兩種類(lèi)型。有些病毒對(duì)人類(lèi)健康會(huì)造成很大危害。通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類(lèi)型。

假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請(qǐng)利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類(lèi)型，簡(jiǎn)要寫(xiě)出（1）實(shí)驗(yàn)思路，（2）預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論即可。（要求：實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組）

（二）分析與討論

該題是2017年高考全國(guó)Ⅰ卷理綜第29題。高考后，筆者和一部分學(xué)生交流了這道題，他們的答案可粗略歸納為以下幾種情況。

其一，甲組用含有放射性同位素標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)宿主細(xì)胞，同時(shí)，乙組用沒(méi)有放射性同位素標(biāo)記的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)宿主細(xì)胞，再分別接種新病毒，在適宜條件下培養(yǎng)一段時(shí)間，然后檢測(cè)甲、乙兩組子代病毒的放射性。若甲組的子代病毒有放射性，乙組的沒(méi)有，則新病毒為DNA 病毒；若甲、乙兩組的子代病毒都沒(méi)有放射性，則新病毒為RNA 病毒。若甲組用含有放射性同位素標(biāo)記尿嘧啶的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)宿主細(xì)胞，乙組同上，所得子代病毒類(lèi)型和上述情況正好相反。

上述兩種實(shí)驗(yàn)思路中甲組為實(shí)驗(yàn)組，乙組為空白對(duì)照組，看似合理，其實(shí)不符合題干中括號(hào)內(nèi)的要求。題干要求實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組，實(shí)際上就是要設(shè)計(jì)甲、乙兩組的對(duì)比實(shí)驗(yàn)（即相互對(duì)照實(shí)驗(yàn)），不要設(shè)置空白對(duì)照組，即本題實(shí)驗(yàn)的自變量不是胸腺嘧啶或尿嘧啶是否被放射性同位素標(biāo)記。即使題干沒(méi)有要求實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組，最好也不要按照上述方式答題，否則，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果為甲、乙兩組的子代病毒都沒(méi)有放射性時(shí)，只能用反證法推理新病毒的類(lèi)型，而不是直接推理。因此，即使題干沒(méi)做題干中括號(hào)內(nèi)的要求，也要設(shè)計(jì)可相互印證的甲、乙兩個(gè)組。

其二，甲組用已標(biāo)記脫氧核糖的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)宿主細(xì)胞，乙組用已標(biāo)記核糖的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)宿主細(xì)胞，再分別接種新病毒，在適宜的條件下培養(yǎng)一段時(shí)間，然后檢測(cè)甲、乙兩組子代病毒的放射性。學(xué)生得出此類(lèi)答案的原因是沒(méi)有注意到題干中的提示“假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換”，對(duì)脫氧核糖和核糖進(jìn)行了放射性同位素標(biāo)記。

這種實(shí)驗(yàn)思路是錯(cuò)誤的，因?yàn)樵诩?xì)胞內(nèi)核糖會(huì)被核糖核苷酸還原酶［1］催化轉(zhuǎn)變成脫氧核糖。如果同位素標(biāo)記在核糖上而沒(méi)有標(biāo)記在脫氧核糖上，當(dāng)核糖轉(zhuǎn)變成脫氧核糖時(shí)，脫氧核糖也會(huì)被放射性同位素標(biāo)記上，因此會(huì)出現(xiàn)甲、乙兩組的子代病毒都被放射性同位素標(biāo)記而最終影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的判定。因此，本題實(shí)驗(yàn)的自變量不能設(shè)置成放射性同位素是標(biāo)記在脫氧核糖上還是核糖上。

其三，對(duì)胸腺嘧啶脫氧核苷酸和尿嘧啶核糖核苷酸進(jìn)行放射性同位素標(biāo)記，或?qū)π剀蘸湍蜍者M(jìn)行放射性同位素標(biāo)記。

對(duì)它們做放射性同位素標(biāo)記，是標(biāo)記在堿基上，還是標(biāo)記在五碳糖上？如果標(biāo)記的不是堿基，而是五碳糖，情況與上述標(biāo)記在細(xì)胞內(nèi)的核糖上相似，所以這樣的實(shí)驗(yàn)思路也是錯(cuò)誤的。

綜上所述，該題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄恳环N新病毒是DNA 病毒還是RNA 病毒，旨在考查學(xué)生的科學(xué)思維，而不是實(shí)際操作能力。從題干的三處題眼可找到解題思路，題眼一“假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換”就提醒學(xué)生從DNA 和RNA的堿基組成上進(jìn)行分析。雖然細(xì)胞中的堿基是可以轉(zhuǎn)換的，如尿嘧啶（U）在胸苷酸合酶［2］的催化下可轉(zhuǎn)變?yōu)樾叵汆奏ぃ═），但根據(jù)題眼一以及題干“利用放射性同位素標(biāo)記的方法”這一要求，就可確定本題的自變量為將放射性同位素標(biāo)記在胸腺嘧啶（T）上還是標(biāo)記在尿嘧啶（U）上，而因變量為新病毒的類(lèi)型，用是否有放射性來(lái)檢測(cè)新病毒的類(lèi)型。題眼二“實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組”，實(shí)際上就是要設(shè)計(jì)甲、乙兩組的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，不能設(shè)置成空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。結(jié)合題眼三“以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料”，并參考生物教材必修二中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)“T2噬菌體侵染大腸桿菌”的設(shè)計(jì)，本題大致的實(shí)驗(yàn)思路為：首先用含放射性同位素的培養(yǎng)基來(lái)培養(yǎng)宿主細(xì)胞，此時(shí)宿主細(xì)胞會(huì)被放射性同位素標(biāo)記；然后用此時(shí)的宿主細(xì)胞培養(yǎng)新病毒，而新病毒合成核酸需要利用宿主細(xì)胞中的原料，那么子代病毒就會(huì)被放射性同位素標(biāo)記，否則，子代病毒就不會(huì)帶有放射性。進(jìn)行假說(shuō)演繹分析：若新病毒是DNA 病毒，則標(biāo)記T的那組實(shí)驗(yàn)的子代病毒會(huì)帶有放射性，標(biāo)記U 的那組實(shí)驗(yàn)的子代病毒不會(huì)帶有放射性；若新病毒是RNA 病毒，則標(biāo)記T 的那組實(shí)驗(yàn)的子代病毒不會(huì)帶上放射性，標(biāo)記U 的那組實(shí)驗(yàn)的子代病毒會(huì)帶有放射性。注意答題時(shí)要把假說(shuō)演繹分析的結(jié)果反過(guò)來(lái)描述，即把“若A，則B”改為“若B，則A”。

該題的難點(diǎn)是自變量的確定，DNA 和RNA 的化學(xué)組成的區(qū)別是五碳糖和堿基不同，如果學(xué)生審題時(shí)忽略了題干中的“假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換”這一條件，就很有可能會(huì)弄錯(cuò)自變量，從而導(dǎo)致錯(cuò)答該題。另外，該題實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì)不強(qiáng)調(diào)用等量的宿主細(xì)胞、接種等量的病毒等，即不強(qiáng)調(diào)等量原則，也不強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)，而是關(guān)注自變量、因變量、對(duì)照設(shè)置以及自變量和因變量的關(guān)系。

二、實(shí)例二

（一）題目（節(jié)選）

將生長(zhǎng)在水分正常土壤中的某植物通過(guò)減少澆水進(jìn)行干旱處理，該植物根細(xì)胞中溶質(zhì)濃度增大，葉片中的脫落酸（ABA）含量增高，葉片氣孔開(kāi)度減小。回答下列問(wèn)題。

（3）有研究表明：干旱條件下氣孔開(kāi)度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA 引起的。請(qǐng)以該種植物的ABA 缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一結(jié)論，要求簡(jiǎn)要寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。

（二）分析與討論

這道題是2019 年高考全國(guó)Ⅰ卷理綜第29 題，相比2017 年高考全國(guó)Ⅰ卷理綜第29 題，該題要相對(duì)簡(jiǎn)單些。但筆者在和一部分學(xué)生交流時(shí)發(fā)現(xiàn)他們存在兩種典型錯(cuò)誤。第一種是實(shí)驗(yàn)材料用錯(cuò)，既用了ABA 缺失突變體植株，又用了正常植株；第二種是只設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，只驗(yàn)證了干旱條件下氣孔開(kāi)度減小的原因中的一種，即只驗(yàn)證了不是由缺水直接引起的，或是只驗(yàn)證了是由ABA 引起的。

這道題的題干明確給出實(shí)驗(yàn)材料要選擇ABA缺失突變體植株，而有意回避正常植株，那是因?yàn)檎Ｖ仓暝谌彼畷r(shí)會(huì)合成ABA，使氣孔開(kāi)度減小，從而使實(shí)驗(yàn)變得復(fù)雜。因此，本題的實(shí)驗(yàn)用ABA缺失突變體植株作為實(shí)驗(yàn)材料，降低了題目的難度。題給的實(shí)驗(yàn)材料是ABA 缺失突變體植株，所以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)只能用此材料，不能用其他材料。

這道題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖窃O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證干旱條件下氣孔開(kāi)度減小的兩個(gè)原因，第一個(gè)要驗(yàn)證它不是由缺水直接引起的，第二個(gè)要驗(yàn)證它是由ABA 引起的。很顯然，這是雙自變量問(wèn)題，因此需要設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，即一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證干旱條件下氣孔開(kāi)度減小不是由缺水引起的，另一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證干旱條件下氣孔開(kāi)度減小是由ABA 引起的。那么這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)照又該如何設(shè)置？若第一個(gè)實(shí)驗(yàn)用空白對(duì)照，則需兩組實(shí)驗(yàn)，一組材料正常處理，另一組材料干旱處理，每組材料處理前后都需測(cè)氣孔開(kāi)度。而第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的空白對(duì)照其實(shí)包含了自身對(duì)照，所以驗(yàn)證干旱條件下氣孔開(kāi)度減小不是由缺水直接引起的，最好用自身對(duì)照。自身對(duì)照實(shí)驗(yàn)思路如下：首先測(cè)定ABA 缺失突變體植株在正常條件下的氣孔開(kāi)度，然后經(jīng)干旱處理后，再測(cè)定該植株的氣孔開(kāi)度，預(yù)期結(jié)果是經(jīng)干旱處理后該植株的氣孔開(kāi)度未發(fā)生變化。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)如果也用自身對(duì)照，首先要測(cè)定ABA 缺失突變體植株的氣孔開(kāi)度，然后在干旱條件下給予ABA 處理，最后測(cè)定該植株的氣孔開(kāi)度。但這樣就無(wú)法排除溶解ABA 的溶劑對(duì)氣孔開(kāi)度的影響。因此，驗(yàn)證干旱條件下氣孔開(kāi)度減小是由ABA 引起的，最好選用空白對(duì)照?？瞻讓?duì)照實(shí)驗(yàn)中的對(duì)照組要用溶解ABA 的溶劑來(lái)處理植株，從而排除溶劑對(duì)氣孔開(kāi)度的影響?？瞻讓?duì)照實(shí)驗(yàn)思路如下：取干旱處理的ABA 缺失突變體植株分成兩組，分別測(cè)定兩組的氣孔開(kāi)度；在干旱條件下，對(duì)其中一組進(jìn)行ABA 處理，而另外一組作為對(duì)照組，一段時(shí)間后，再分別測(cè)定兩組的氣孔開(kāi)度，預(yù)期結(jié)果是經(jīng)ABA 處理的植株的氣孔開(kāi)度減小，而未做處理的對(duì)照組的植株的氣孔開(kāi)度不變。

由以上分析可知，該題的實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)也并未強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)，比如在第二個(gè)空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，沒(méi)有強(qiáng)調(diào)兩組是否用等量的ABA 缺失突變體植株，也沒(méi)有強(qiáng)調(diào)如何平衡和消除無(wú)關(guān)變量。

上述實(shí)驗(yàn)思路是設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)分別驗(yàn)證干旱條件下氣孔開(kāi)度減小的原因，即它不是由缺水直接引起的，而是由ABA 引起的。那如果設(shè)計(jì)一個(gè)含有三組變量的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，是否可以呢？首先取在正常條件下的ABA 缺失突變體植株，分成甲、乙和丙三組，分別測(cè)定三組植株的氣孔開(kāi)度，然后甲組正常澆水，乙組干旱處理，丙組給予干旱及ABA共同處理，培養(yǎng)一段時(shí)間后，再分別測(cè)定三組植株的氣孔開(kāi)度。預(yù)期結(jié)果是甲組和乙組植株的氣孔開(kāi)度均未發(fā)生變化，而丙組的植株氣孔開(kāi)度減小了。上述實(shí)驗(yàn)中，甲組和乙組對(duì)照能說(shuō)明干旱條件處理下植株的氣孔開(kāi)度減小不是由缺水直接引起的，乙組和丙組對(duì)照能說(shuō)明干旱條件下植株的氣孔開(kāi)度減小是由ABA 直接引起的。如果不考慮溶解ABA的溶劑對(duì)植株氣孔開(kāi)度的影響（事實(shí)上影響近似為零），那么可以這樣設(shè)計(jì)。如果考慮溶解ABA的溶劑對(duì)植株氣孔開(kāi)度的影響，那么最好按照上述分析來(lái)設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分別驗(yàn)證水和ABA的作用。

三、總結(jié)

通過(guò)上述兩個(gè)實(shí)例可以看出，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路時(shí)要重點(diǎn)提取題干中的有效信息和利用教材中的有關(guān)生物學(xué)原理和規(guī)律。實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì)一般不強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)，如不強(qiáng)調(diào)等量原則以及無(wú)關(guān)變量如何平衡和消除等，而是關(guān)注自變量、因變量的確定以及對(duì)照組的設(shè)置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定自變量和因變量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)類(lèi)題型旨在考查學(xué)生的思維能力，而非實(shí)際操作能力。

實(shí)驗(yàn)思路的設(shè)計(jì)是較為“粗線條”的思考過(guò)程，需要言簡(jiǎn)意賅，并要注意遵循對(duì)照原則和單一變量原則，其書(shū)寫(xiě)格式為“材料+自變量+檢測(cè)因變量+預(yù)期”。