張雄　陳興華

生物學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，科學(xué)探究是高中生物學(xué)四大核心素養(yǎng)之一，實(shí)驗(yàn)與探究能力也是高考生物學(xué)的重要考查目標(biāo)。高考生物學(xué)在實(shí)驗(yàn)與探究的具體情境中，基于所學(xué)知識(shí)的理解、綜合運(yùn)用和生物學(xué)學(xué)科思維進(jìn)行命題，以考查實(shí)驗(yàn)與探究能力[1]。本文以2021年高考生物廣東卷19題為例，著重分析以科學(xué)探究為核心的生物學(xué)核心素養(yǎng)的考查方式，啟發(fā)學(xué)生在高考備考中要逐漸培養(yǎng)自己的信息提取和分析能力、實(shí)驗(yàn)與探究能力等。

原題：人體缺乏尿酸氧化酶，導(dǎo)致體內(nèi)嘌呤分解代謝的終產(chǎn)物是尿酸（存在形式為尿酸鹽）。尿酸鹽經(jīng)腎小球?yàn)V過(guò)后，部分被腎小管細(xì)胞膜上具有尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)功能的蛋白URAT1和GLUT9重吸收，最終回到血液。尿酸鹽重吸收過(guò)量會(huì)導(dǎo)致高尿酸血癥或痛風(fēng)。目前，E是針對(duì)上述蛋白治療高尿酸血癥或痛風(fēng)的常用臨床藥物。為研發(fā)新的藥物，研究人員對(duì)天然化合物F的降尿酸作用進(jìn)行了研究。給正常實(shí)驗(yàn)大鼠（有尿酸氧化酶）灌服尿酸氧化酶抑制劑，獲得了若干只高尿酸血癥大鼠，并將其隨機(jī)分成數(shù)量相等的兩組，一組設(shè)為模型組，另一組灌服F設(shè)為治療組，一段時(shí)間后檢測(cè)相關(guān)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)圖1。

回答下列問(wèn)題：

（1）與分泌蛋白相似，URAT1和GLUT9在細(xì)胞內(nèi)的合成、加工和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程需要___________及線(xiàn)粒體等細(xì)胞器（答出兩種即可）共同參與。腎小管細(xì)胞通過(guò)上述蛋白重吸收尿酸鹽，體現(xiàn)了細(xì)胞膜具有___________的功能特性。原尿中還有許多物質(zhì)也需借助載體蛋白通過(guò)腎小管的細(xì)胞膜，這類(lèi)跨膜運(yùn)輸?shù)木唧w方式有___________。

（2）URAT1分布于腎小管細(xì)胞刷狀緣（圖2，示意圖），該結(jié)構(gòu)有利于尿酸鹽的重吸收，原因是___________。

（3）與空白對(duì)照組（灌服生理鹽水的正常實(shí)驗(yàn)大鼠）相比，模型組的自變量是_________。與其它兩組比較，設(shè)置模型組的目的是___________。

（4）根據(jù)尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白檢測(cè)結(jié)果，推測(cè)F降低治療組大鼠血清尿酸鹽含量的原因可能是___________，減少尿酸鹽重吸收。為進(jìn)一步評(píng)價(jià)F的作用效果，本實(shí)驗(yàn)需要增設(shè)對(duì)照組，具體為_(kāi)__________。

參考答案：（1）核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體???選擇透過(guò)性????協(xié)助擴(kuò)散、主動(dòng)運(yùn)輸

（2）腎小管細(xì)胞刷狀緣可以增加膜面積，分布更多的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白URAT1，從而有利于重吸收更多的尿酸鹽

（3）尿酸氧化酶抑制劑 分析是否獲得了高尿酸血癥大鼠，確保血清尿酸鹽含量的變化是藥物F作用的結(jié)果

（4）F抑制轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白URAT1和GLUT9基因的表達(dá)，從而降低這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的含量 給高尿酸血癥大鼠灌服E

一、科學(xué)探究素養(yǎng)的考查

科學(xué)探究的流程主要包括提出問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)論五個(gè)環(huán)節(jié)。以本題為例，提出的問(wèn)題是：天然化合物F是否具有降尿酸作用。作出的假設(shè)是化合物F具有降尿酸作用（或化合物F不具有降尿酸作用）。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，在于運(yùn)用對(duì)照原則、單一變量原則等實(shí)驗(yàn)原則進(jìn)行自變量的處理和因變量的檢測(cè)。本題的對(duì)照包括空白對(duì)照、陰性對(duì)照和陽(yáng)性對(duì)照，其中模型組屬于陰性對(duì)照，灌服藥物E的組別屬于陽(yáng)性對(duì)照。這里的模型指的是疾病模型，因此高尿酸血癥大鼠作為模型組，該組別的設(shè)置對(duì)治療組（實(shí)驗(yàn)組）有重要的參考意義。本實(shí)驗(yàn)的自變量為尿酸氧化酶抑制劑的有無(wú)以及藥物的種類(lèi)，因變量是降尿酸的效果（或程度）。而該因變量比較抽象，需要具體的觀(guān)測(cè)指標(biāo)來(lái)反映，即血清尿酸鹽的含量、腎組織中尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白URAT1和GLUT9的含量。因此本題的實(shí)驗(yàn)思路是：給正常實(shí)驗(yàn)大鼠灌服生理鹽水，設(shè)置空白對(duì)照組;然后將高尿酸血癥大鼠分為三組，分別灌服生理鹽水（模型組/陰性對(duì)照組）、藥物E（陽(yáng)性對(duì)照組）和化合物F（治療組/實(shí)驗(yàn)組），飼養(yǎng)一段時(shí)間后，檢測(cè)并比較各組小鼠的血清尿酸鹽含量、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白URAT1和GLUT9的含量。最后將實(shí)施實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀(guān)的統(tǒng)計(jì)圖，分析得出結(jié)論：天然化合物F具有降尿酸作用。

本題以真實(shí)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科研成果為藍(lán)本，創(chuàng)設(shè)了探究治療高尿酸血癥或痛風(fēng)的藥物效果的真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境，考查學(xué)生在陌生情境中分析與解決問(wèn)題的能力。本題主要突出了科學(xué)探究素養(yǎng)的考查，第（3）、（4）問(wèn)主要考查了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的能力，同時(shí)也可以激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的熱情，有助于培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和勇于探索的科學(xué)精神。本題主要體現(xiàn)了《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》“四翼”中的應(yīng)用性和創(chuàng)新性。

第（3）問(wèn)從設(shè)置陰性對(duì)照組的目的、自變量分析的角度進(jìn)行設(shè)問(wèn)，學(xué)生首先需要提取題干的有效信息，即正常實(shí)驗(yàn)大鼠含有尿酸氧化酶，可以降低血清尿酸鹽的含量;而模型組小鼠中尿酸氧化酶的活性受到抑制，不能通過(guò)自身正常的代謝途徑來(lái)降低血清尿酸鹽的含量。比較模型組與空白對(duì)照組的差異以及與治療組的差異來(lái)分析模型組設(shè)置的意義。學(xué)生在平時(shí)的練習(xí)中，幾乎沒(méi)有見(jiàn)過(guò)類(lèi)似模型組的這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，因此對(duì)于模型組意義的準(zhǔn)確理解成為了本題的主要難點(diǎn)。

第（4）問(wèn)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、對(duì)照組設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行設(shè)問(wèn)，第一空學(xué)生需要運(yùn)用尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能以及基因表達(dá)等必備知識(shí)，結(jié)合圖1左圖的血清尿酸鹽含量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，比較分析圖1右圖的尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推理出化合物F降低血清尿酸鹽含量的分子機(jī)理。第二空學(xué)生需要提取并利用題干的有效信息“E是針對(duì)上述蛋白治療高尿酸血癥或痛風(fēng)的常用臨床藥物”，來(lái)分析陽(yáng)性對(duì)照組自變量該如何設(shè)計(jì)。值得注意的是，第二空的呈現(xiàn)形式是實(shí)驗(yàn)思路的部分補(bǔ)充，而整道題并不需要學(xué)生寫(xiě)出完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路或步驟。該做法可以適當(dāng)降低試題的綜合難度，同時(shí)也有利于降低評(píng)卷的難度。

二、其它核心素養(yǎng)的滲透

本題主要的考查目標(biāo)是科學(xué)探究素養(yǎng)，除此之外也滲透了社會(huì)責(zé)任的教育和生命觀(guān)念的簡(jiǎn)單考查。

由于人們不良的飲食習(xí)慣等原因，當(dāng)今社會(huì)尿酸血癥或痛風(fēng)的發(fā)病率較高。本題聯(lián)系生活實(shí)際，以嘌呤代謝途徑作為知識(shí)背景，以治療高尿酸血癥或痛風(fēng)的藥物篩選的實(shí)驗(yàn)作為核心內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注自身的飲食習(xí)慣，即日常生活中不要過(guò)量攝入嘌呤含量豐富的食物。因此本題很好地滲透了健康生活、珍愛(ài)生命的社會(huì)責(zé)任，體現(xiàn)了生命至上的時(shí)代強(qiáng)音。

本題前兩問(wèn)滲透了“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀(guān)念，第（1）問(wèn)以尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作為切入點(diǎn)，考查細(xì)胞膜的功能特點(diǎn)和物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)纫话愀拍睿w現(xiàn)了細(xì)胞膜控制物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ苁且约?xì)胞膜上的載體蛋白作為物質(zhì)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。第（2）問(wèn)以形象的腎小管細(xì)胞刷狀緣圖片作為切入點(diǎn)，考查學(xué)生分析細(xì)胞膜的這種特殊結(jié)構(gòu)對(duì)于重吸收尿酸鹽的功能有何意義，學(xué)生可以聯(lián)系小腸絨毛上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能等相關(guān)內(nèi)容，并運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀(guān)進(jìn)行分析和作答。

三、對(duì)高考復(fù)習(xí)備考的建議

學(xué)生在高考復(fù)習(xí)備考中應(yīng)加強(qiáng)自身關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，主要建議包括以下兩個(gè)方面。

第一，重視信息的提取和分析。本題的題干信息形式多樣，內(nèi)容豐富。既有文字又有圖表;既有嘌呤代謝過(guò)程的簡(jiǎn)單介紹，又有實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的具體呈現(xiàn)。在文字閱讀量較大并且具有豐富的圖表信息的背景下，理解、提取和分析其有效信息的能力成為了正確答題的重要影響因素之一。在平時(shí)的練習(xí)和考試中遇到信息量較大的試題時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)圈出題目中的關(guān)鍵詞來(lái)提取有效信息，然后根據(jù)這些關(guān)鍵詞將題目信息與已有知識(shí)進(jìn)行合理的聯(lián)系。若試題信息僅以大量文字形式呈現(xiàn)，學(xué)生有時(shí)還需要根據(jù)關(guān)鍵詞畫(huà)出簡(jiǎn)單的流程圖或示意圖，來(lái)直觀(guān)地表示重要信息之間的關(guān)系。這樣便于后續(xù)的思考分析，從而提高作答的正確率。

第二，重視實(shí)驗(yàn)與探究。實(shí)驗(yàn)探究類(lèi)試題往往源于教材又高于教材，學(xué)生只有具有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析的知識(shí)技能，才能靈活地解決陌生實(shí)驗(yàn)情境中的實(shí)際問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)探究類(lèi)試題可以承載科學(xué)探究與科學(xué)思維的考查，往往具有一定的難度和較高的區(qū)分度。因此許多學(xué)生對(duì)這類(lèi)題目具有畏懼感，解決該困難的有效方法是學(xué)生要落實(shí)教材中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，并且總結(jié)歸納實(shí)驗(yàn)探究類(lèi)試題的做題方法。

對(duì)于教材中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，可以從實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c原理、實(shí)驗(yàn)材料與試劑、實(shí)驗(yàn)思路與步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論這四個(gè)部分進(jìn)行總結(jié)歸納。在這個(gè)過(guò)程中不僅可以落實(shí)教材實(shí)驗(yàn)中的基礎(chǔ)知識(shí)，還可以逐漸提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。平時(shí)在做實(shí)驗(yàn)探究類(lèi)試題時(shí)或做題后，也可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究的一般流程來(lái)深入地分析新實(shí)驗(yàn)情境中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)假設(shè)、實(shí)驗(yàn)思路或步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論等，這些深度思考的經(jīng)歷有助于提高在陌生實(shí)驗(yàn)情境中遷移與應(yīng)用的能力。通過(guò)以上兩方面的不斷訓(xùn)練，學(xué)生可以潛移默化地提高實(shí)驗(yàn)與探究能力，從而在考試中能更加從容地應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)探究類(lèi)試題。

責(zé)任編輯 李平安