赫英春

(黑龍江省哈爾濱市第一中學(xué))

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》明確提出了七點(diǎn)教學(xué)建議,其中包括“組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵”“加強(qiáng)和完善生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)”“注重生物科學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)”,可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促成學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐?！吨袊?guó)高考評(píng)價(jià)體系說(shuō)明》中明確指出“對(duì)于自然科學(xué)類學(xué)科而言,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手操作能力則是實(shí)踐操作能力群中的考查重點(diǎn)”等。本文對(duì)2018年至2022年高考全國(guó)卷的生物實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行分類,并有針對(duì)性地總結(jié)解題策略,對(duì)以具體的高考試題進(jìn)行解釋和分析,幫助學(xué)生提升解題能力。

一、近五年高考全國(guó)卷實(shí)驗(yàn)題分類

通過(guò)對(duì)2018年至2022年高考全國(guó)卷的生物實(shí)驗(yàn)題的研究及參考相關(guān)文獻(xiàn),本文將生物實(shí)驗(yàn)題分為教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類、實(shí)驗(yàn)分析類、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)類。

1.教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類

此類試題選材源于教材中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),考查內(nèi)容為比較基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料和試劑的使用、研究方法等,考點(diǎn)分布不固定,主要的設(shè)問(wèn)形式包括據(jù)現(xiàn)象書(shū)寫結(jié)果及原因;據(jù)表格判斷并書(shū)寫依據(jù);據(jù)結(jié)果選定實(shí)驗(yàn)材料;據(jù)圖形表格書(shū)寫原因;據(jù)相應(yīng)處理預(yù)期結(jié)果;實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?duì)應(yīng);實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)試劑;據(jù)結(jié)果進(jìn)行推測(cè);調(diào)查方法書(shū)寫依據(jù);人工授粉的具體做法等。

2.實(shí)驗(yàn)分析類

此類試題要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)理論,運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、過(guò)程、現(xiàn)象、結(jié)果等進(jìn)行分析或解釋,并根據(jù)提供的曲線/表格等書(shū)寫判斷依據(jù)等,考點(diǎn)主要為光合作用、遺傳規(guī)律、動(dòng)物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)等。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類

此類試題一般給出明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?要求學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的部分步驟;或者根據(jù)試題要求、給出的實(shí)驗(yàn)材料等設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)方案或?qū)嶒?yàn)思路,并寫出預(yù)期結(jié)果或得出結(jié)論等,答題的必備知識(shí)主要是遺傳的基本規(guī)律,動(dòng)植物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)等也有涉及。

4.實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)類

此類試題要求學(xué)生根據(jù)已知的生物學(xué)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)理論等對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、現(xiàn)象、推測(cè)、結(jié)果、結(jié)論等是否合理進(jìn)行分析、評(píng)價(jià),近五年的高考全國(guó)卷中考查形式均為選擇題,涉及的必備知識(shí)分布無(wú)明顯集中的趨勢(shì)。

二、解題策略及例析

1.教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)類

此類題目的復(fù)習(xí)要求學(xué)生熟練掌握教材實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料和試劑、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論性語(yǔ)句等基礎(chǔ)性知識(shí),體現(xiàn)高考命題的基礎(chǔ)性,同時(shí)為突破其他類型的實(shí)驗(yàn)題打下良好的知識(shí)基礎(chǔ)和能力基礎(chǔ)。

例1.(2021·全國(guó)乙卷·5)在格里菲思所做的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中,無(wú)毒性的R型活細(xì)菌與被加熱殺死的S型細(xì)菌混合后注射到小鼠體內(nèi),從小鼠體內(nèi)分離出了有毒性的S型活細(xì)菌。某同學(xué)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn),結(jié)合現(xiàn)有生物學(xué)知識(shí)所做的下列推測(cè)中,不合理的是

( )

A.與R型菌相比,S型菌的毒性可能與莢膜多糖有關(guān)

B.S型菌的DNA能夠進(jìn)入R型菌細(xì)胞指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成

C.加熱殺死S型菌使其蛋白質(zhì)功能喪失而DNA功能可能不受影響

D.將S型菌的DNA經(jīng)DNA酶處理后與R型菌混合,可以得到S型菌

【答案】D 該實(shí)驗(yàn)是教材中科學(xué)史的內(nèi)容,肺炎雙(鏈)球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)包括格里菲思體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和艾弗里體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),其中格里菲思體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明S型細(xì)菌中存在某種轉(zhuǎn)化因子,能將R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌,沒(méi)有證明轉(zhuǎn)化因子是什么物質(zhì),而艾弗里體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn),將各種物質(zhì)分開(kāi),單獨(dú)研究它們?cè)谶z傳中的作用,并用到了生物實(shí)驗(yàn)中的減法原理,最終證明DNA是遺傳物質(zhì)。與R型菌相比,S型菌具有莢膜多糖、有毒,故推測(cè)S型菌的毒性可能與莢膜多糖有關(guān),A正確;S型菌的DNA進(jìn)入R型菌細(xì)胞后使R型菌具有了S型菌的性狀,可知S型菌的DNA進(jìn)入R型菌細(xì)胞后指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成,B正確;加熱殺死的S型菌不會(huì)使小白鼠死亡,說(shuō)明加熱殺死的S型菌的蛋白質(zhì)功能喪失,而加熱殺死的S型菌的DNA可以使R型菌發(fā)生轉(zhuǎn)化,可知其DNA功能不受影響,C正確;將S型菌的DNA經(jīng)DNA酶處理后,DNA被水解為小分子物質(zhì),與R型菌混合后不能得到S型菌,D錯(cuò)誤。

例2.(2019·全國(guó)Ⅱ卷·29)某研究小組切取某種植物胚芽鞘的頂端,分成甲、乙兩組,按下圖所示的方法用瓊脂塊收集生長(zhǎng)素,再將含有生長(zhǎng)素的瓊脂塊置于去頂胚芽鞘切段的一側(cè),一段時(shí)間后,測(cè)量胚芽鞘切段的彎曲程度(α角),測(cè)得數(shù)據(jù)如下表。據(jù)此回答問(wèn)題。

分組瓊脂塊甲乙左右α角/度20.49.09.1

(1)生長(zhǎng)素在胚芽鞘中的運(yùn)輸屬于極性運(yùn)輸,這種運(yùn)輸?shù)姆较蚴莀_______________。

(2)上圖中α角形成的原因是

。

(3)據(jù)表可知乙組中左、右兩側(cè)的瓊脂塊所引起的α角基本相同,但小于甲瓊脂塊所引起的α角,原因是________________________。

【答案】(1)從形態(tài)學(xué)上端到形態(tài)學(xué)下端 (2)瓊脂塊中的生長(zhǎng)素進(jìn)入胚芽鞘切段的左側(cè),使胚芽鞘左側(cè)的生長(zhǎng)素濃度高于右側(cè),引起胚芽鞘左側(cè)生長(zhǎng)快于右側(cè),形成α角 (3)乙左右兩側(cè)瓊脂塊中的生長(zhǎng)素含量基本相同,但小于甲瓊脂塊中生長(zhǎng)素的含量

【解析】該實(shí)驗(yàn)也是教材中科學(xué)史的內(nèi)容,是對(duì)溫特實(shí)驗(yàn)的升華,(2)的原因即教材中植物向光性的解釋,也是(3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。書(shū)寫時(shí)需要針對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋,保證語(yǔ)言的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

2.實(shí)驗(yàn)分析類

此類試題一般以教材的知識(shí)為背景,要求學(xué)生從題干情境中獲取有效信息,對(duì)文字、表格、圖形等進(jìn)行邏輯推理,包括對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理、步驟、結(jié)果等多個(gè)方面的分析,書(shū)寫出判斷的依據(jù)、意義等,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、規(guī)范性語(yǔ)言表達(dá)等能力。建議在備考的過(guò)程中采用語(yǔ)言表達(dá)模板和思維模板進(jìn)行訓(xùn)練。

例3.(2020·全國(guó)Ⅰ卷·30)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一些栽培措施可以影響作物的生理活動(dòng),促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育,達(dá)到增加產(chǎn)量等目的?；卮鹣铝袉?wèn)題:

(1)中耕是指作物生長(zhǎng)期中,在植株之間去除雜草并進(jìn)行松土的一項(xiàng)栽培措施,該栽培措施對(duì)作物的作用有________________(答出2點(diǎn)即可)。

(2)農(nóng)田施肥的同時(shí),往往需要適當(dāng)澆水,此時(shí)澆水的原因是________________(答出1點(diǎn)即可)。

(3)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常采用間作(同一生長(zhǎng)期內(nèi),在同一塊農(nóng)田上間隔種植兩種作物)的方法提高農(nóng)田的光能利用率?，F(xiàn)有4種作物,在正常條件下生長(zhǎng)能達(dá)到的株高和光飽和點(diǎn)(光合速率達(dá)到最大時(shí)所需的光照強(qiáng)度)見(jiàn)下表。從提高光能利用率的角度考慮,最適合進(jìn)行間作的兩種作物是選擇這兩種作物的理由是________________。

作物ABCD株高/cm1706559165光飽和點(diǎn)/μmol·m-2·s-11 2001 180560623

【答案】(1)減少雜草對(duì)水分、礦質(zhì)元素和光的競(jìng)爭(zhēng);增加土壤氧氣含量,促進(jìn)根系的呼吸作用 (2)肥料中的礦質(zhì)元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收 (3)A和C 作物A光飽和點(diǎn)高且長(zhǎng)得高,可以利用上層光照進(jìn)行光合作用;作物C光飽和點(diǎn)低且長(zhǎng)得矮,與作物A間作后,能利用下層的弱光進(jìn)行光合作用

【解題模板】

圖1 語(yǔ)言表達(dá)模板

例4.(2021·全國(guó)乙卷·30)在自然界中,競(jìng)爭(zhēng)是一個(gè)非常普遍的現(xiàn)象?；卮鹣铝袉?wèn)題:

(1)競(jìng)爭(zhēng)排斥原理是指在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中,兩個(gè)或兩個(gè)以上受資源限制的,但具有相同資源利用方式的物種不能長(zhǎng)期共存在一起。為了驗(yàn)證競(jìng)爭(zhēng)排斥原理,某同學(xué)選用雙小核草履蟲(chóng)和大草履蟲(chóng)為材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn),選擇動(dòng)物所遵循的原則是____________。該實(shí)驗(yàn)中需要將兩種草履蟲(chóng)放在資源____________(填“有限的”或“無(wú)限的”)環(huán)境中混合培養(yǎng)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)____________的結(jié)果時(shí)即可證實(shí)競(jìng)爭(zhēng)排斥原理。

(2)研究發(fā)現(xiàn),以同一棵樹(shù)上的種子為食物的兩種雀科鳥(niǎo)原來(lái)存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,經(jīng)進(jìn)化后通過(guò)分別取食大小不同的種子而能長(zhǎng)期共存。若僅從取食的角度分析,兩種鳥(niǎo)除了因取食的種子大小不同而共存,還可因取食的____________(答出1點(diǎn)即可)不同而共存。

(3)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)和研究,關(guān)于生物種間競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果可得出的結(jié)論是____________。

【答案】(1)形態(tài)和習(xí)性上很接近(或具有相同的資源利用方式) 有限的 一方(雙小核草履蟲(chóng))存活,另一方(大草履蟲(chóng))死亡 (2)部位、時(shí)間等(合理即可) (3)有相同資源利用方式的物種競(jìng)爭(zhēng)排斥,有不同資源利用方式的物種競(jìng)爭(zhēng)共存

【解題模板】

圖2 思維模板

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類

此類試題一般出現(xiàn)在遺傳、代謝、調(diào)節(jié)三大模塊中,要求學(xué)生以給出的實(shí)驗(yàn)材料及條件為基礎(chǔ),按照明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮陀嘘P(guān)原理,設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,考查學(xué)生“使用恰當(dāng)?shù)姆椒?yàn)證簡(jiǎn)單的生物學(xué)事實(shí)”和“對(duì)一些生物學(xué)問(wèn)題進(jìn)行初步探究”的能力。構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本框架,圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并掌握書(shū)寫實(shí)驗(yàn)思路的答題模板(圖3)是解決此類試題的關(guān)鍵,從而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

圖3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本框架

【解題模板】

例5.(2021·全國(guó)乙卷·29)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(kāi)吸收CO2,吸收的CO2通過(guò)生成蘋果酸儲(chǔ)存在液泡中;白天氣孔關(guān)閉,液泡中儲(chǔ)存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問(wèn)題:

(1)白天葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有________。光合作用所需的CO2來(lái)源于蘋果酸脫羧和____________釋放的CO2。

(2)氣孔白天關(guān)閉、晚上打開(kāi)是這類植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式,這種方式既能防止____________,又能保證____________正常進(jìn)行。

(3)若以pH作為檢測(cè)指標(biāo),請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果)

【答案】(1)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體 細(xì)胞呼吸 (2)水分大量散失 光合作用 (3)實(shí)驗(yàn)思路:白天和夜間每隔一定時(shí)間取干旱條件下生長(zhǎng)的植物甲的葉片,測(cè)定葉肉細(xì)胞的pH; 預(yù)期結(jié)果:植物甲葉肉細(xì)胞pH在夜間逐漸降低、白天逐漸升高。

【解題模板】

代謝和調(diào)節(jié)模塊中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題解題思路基本可適用圖4所示模板,但遺傳模塊中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題有很大差別,考查方向大致有三個(gè):①判斷顯隱性/驗(yàn)證分離(自由組合)定律;②驗(yàn)證某個(gè)體是純合子/雜合子/基因型;③探究基因所在位置。這些考向根本上都是對(duì)遺傳規(guī)律的應(yīng)用,熟練掌握教材中的知識(shí)和科學(xué)家的研究方法便可輕松應(yīng)對(duì)。常用的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法如圖5:

圖4 剖析突破圖解

圖5 遺傳模塊設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法

【解題模板】

例6.(2018·全國(guó)Ⅱ卷·32)某種家禽的豁眼和正常眼是一對(duì)相對(duì)性狀,豁眼雌禽產(chǎn)蛋能力強(qiáng)。已知這種家禽的性別決定方式與雞相同,豁眼性狀由Z染色體上的隱性基因a控制,且在W染色體上沒(méi)有其等位基因?；卮鹣铝袉?wèn)題:

(1)用純合體正常眼雄禽與豁眼雌禽雜交,雜交親本的基因型為_(kāi)_______;理論上,F1個(gè)體的基因型和表現(xiàn)型為_(kāi)_______,F2雌禽中豁眼禽所占的比例為_(kāi)_______。

(2)為了給飼養(yǎng)場(chǎng)提供產(chǎn)蛋能力強(qiáng)的該種家禽,請(qǐng)確定一個(gè)合適的雜交組合,使其子代中雌禽均為豁眼,雄禽均為正常眼。寫出雜交組合和預(yù)期結(jié)果,要求標(biāo)明親本和子代的表現(xiàn)型、基因型。

(3)假設(shè)M/m基因位于常染色體上,m基因純合時(shí)可使部分應(yīng)表現(xiàn)為豁眼的個(gè)體表現(xiàn)為正常眼,而MM和Mm對(duì)個(gè)體眼的表現(xiàn)型無(wú)影響。以此推測(cè),在考慮M/m基因的情況下,若兩只表現(xiàn)型均為正常眼的親本交配,其子代中出現(xiàn)豁眼雄禽,則親本雌禽的基因型為_(kāi)_______,子代中豁眼雄禽可能的基因型包括________。

【答案】(1)ZAZA,ZaW ZAW、ZAZa,雌雄均為正常眼 1/2 (2)雜交組合:豁眼雄禽(ZaZa)×正常眼雌禽(ZAW) 預(yù)期結(jié)果:子代雌禽為豁眼(ZaW),雄禽為正常眼(ZAZa) (3)ZaWmm ZaZaMm,ZaZamm

4.實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)類

此類試題有明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?并列舉了解決問(wèn)題的方案,有的還會(huì)給出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或者結(jié)果,如曲線、表格等,要求學(xué)生依據(jù)所掌握的生物學(xué)知識(shí),評(píng)價(jià)已知方案的優(yōu)缺點(diǎn),說(shuō)明原因或進(jìn)一步設(shè)計(jì)出可行的方案,或者評(píng)價(jià)結(jié)果、推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論等是否合理。主要考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性的把握程度,并以此為媒介,引導(dǎo)學(xué)生探求解決問(wèn)題的思路、方法,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)思維能力,與實(shí)驗(yàn)分析類試題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題雖然在題目形式和具體要求上有差異,但在思考方法上相似。找到正確的評(píng)價(jià)角度,具備規(guī)范的語(yǔ)言表達(dá)能力、正確的思維角度和清晰的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路,便可解決此類問(wèn)題。近五年的高考全國(guó)卷中均以選擇題的形式進(jìn)行考查,在一定程度上降低了解題難度。

【解題模板】

圖6 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)角度的分析

例7.(2022·全國(guó)乙卷·4)某種酶P由RNA和蛋白質(zhì)組成,可催化底物轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的產(chǎn)物。為探究該酶不同組分催化反應(yīng)所需的條件,某同學(xué)進(jìn)行了下列5組實(shí)驗(yàn)(表中“+”表示有,“-”表示無(wú))。

實(shí)驗(yàn)組①②③④⑤底物+++++RNA組分++-+-蛋白質(zhì)組分+-+-+低濃度Mg2++++--高濃度Mg2+---++產(chǎn)物+--+-

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出的結(jié)論是

( )

A.酶P必須在高濃度Mg2+條件下才具有催化活性

B.蛋白質(zhì)組分的催化活性隨Mg2+濃度升高而升高

C.在高濃度Mg2+條件下RNA組分具有催化活性

D.在高濃度Mg2+條件下蛋白質(zhì)組分具有催化活性

【答案】C 該題為根據(jù)表格的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄吭撁覆煌M分催化反應(yīng)所需的條件,自變量是酶的組分、Mg2+的濃度,因變量是產(chǎn)物的有無(wú),底物為無(wú)關(guān)變量。第①組為空白對(duì)照組,其余均為實(shí)驗(yàn)組,由①③⑤可得出結(jié)論:蛋白質(zhì)組分無(wú)催化活性;由①②④可得出結(jié)論:在高濃度Mg2+條件下RNA組分具有催化活性。

三、總結(jié)