郭生鑫 姜萬錄

中國高考評價體系說明明確指出：命題要結(jié)合真實的情境載體，考查學(xué)生的遷移應(yīng)用能力.試題情境可以分為兩類：生活實踐情境和學(xué)習(xí)探索情境.其中學(xué)習(xí)探索情境源于真實的研究過程或?qū)嶋H的探索過程，涵蓋學(xué)習(xí)探索與科學(xué)探究過程中所涉及的問題.這類試題往往和科學(xué)研究密切相關(guān)，不僅展示科學(xué)探究的步驟，而且還體現(xiàn)科研工作者的思維過程和研究方法，能很好的考查學(xué)生在解決問題的過程中運用創(chuàng)新思維的能力，下面結(jié)合實例解析這類試題考查方式.

一、對科學(xué)探究過程進(jìn)行考查

科學(xué)探究是人們在研究自然科學(xué)問題時所采用的方法，泛指科學(xué)家用于研究人類未知的自然界各種活動.其形式是多種多樣的，其要素有：提出問

題、猜想與假設(shè)、制定計劃與設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗與收集證據(jù)、結(jié)論與解釋、反思與評價、表達(dá)與交流.科學(xué)探究的每一個要素都可成為生物學(xué)試題考查的內(nèi)容，這類試題不僅能夠反映學(xué)生對相關(guān)知識的理解，還能考查學(xué)生對科學(xué)的思想觀念和科學(xué)家研究自然界所用方法的領(lǐng)悟情況.

例1 1969年，道格·科曼將實驗室中的兩類體型異常肥碩的小鼠（稱為db鼠和ob鼠）分別與正常鼠進(jìn)行了連體實驗.連體實驗指將兩只鼠從肩膀到盆腔之間的皮膚連在一起，讓兩者的血液循環(huán)聯(lián)通.回答下列問題：

（1）實驗前，科曼曾設(shè)想兩只小鼠肥胖的原因是血液中缺乏某種可以抑制食欲的物質(zhì)，若設(shè)想成立，則連體小鼠中的肥胖鼠的攝食量變化應(yīng)為.

（2）連體小鼠經(jīng)過一段時間恢復(fù)后，得到實際實驗結(jié)果如表1所示.

表1

實驗處理實驗結(jié)果

db鼠和正常鼠連體db鼠攝食量變化不大，正常鼠攝食量明顯減少

ob鼠和正常鼠連體ob鼠攝食量明顯減少，正常攝食量變化不大

①根據(jù)實驗結(jié)果，小鼠肥胖的原因并不是血液中缺乏某種抑制食欲的物質(zhì)，科曼重新作出假設(shè)：db鼠血液中存在能抑制食欲的物質(zhì)且比正常鼠血液中濃度高，但db鼠，從而導(dǎo)致肥胖.而ob鼠肥胖的原因可能是缺乏該抑制食欲的物質(zhì).

②新的假設(shè)能完美解釋實驗結(jié)果，為進(jìn)一步驗證，可將db鼠和ob鼠進(jìn)行連體，若實施實驗后發(fā)現(xiàn)，說明新的假設(shè)成立.

③為排除手術(shù)等對實驗結(jié)果的影響，實驗中還需增設(shè)作為對照.

（3）1995年，這種能夠抑制食欲的化學(xué)物質(zhì)終于被確認(rèn)且被命名為瘦素.某研究小組分別將兩組小鼠做切除甲狀腺及假手術(shù)處理，發(fā)現(xiàn)切除甲狀腺導(dǎo)致血清瘦素水平上升.欲利用切除甲狀腺的小鼠繼續(xù)實驗證明甲狀腺激素能抑制瘦素分泌，請寫出簡要方案：

①分組.實驗組：;對照組：.

②培養(yǎng)與檢測：.

（4）已知高脂飲食及年齡增長都可引起瘦素分泌增多.若持續(xù)給兩組正常幼鼠分別喂食普通飼料和高脂飼料，請在一個坐標(biāo)圖中用曲線預(yù)測血清瘦素（pg/ml）水平的變化.

解析 本題是以科曼所做“連體老鼠”實驗探究肥胖的原因為情境，著重考查學(xué)生依據(jù)假設(shè)進(jìn)行預(yù)期、依據(jù)實驗結(jié)果修正原假說、設(shè)計實驗方案和預(yù)測實驗結(jié)果等科學(xué)探究相關(guān)要素.

（1）科曼通過外科手術(shù)，把肥胖小鼠和體型正常小鼠從肩膀到盆腔之間的皮膚連在一起，將兩者的血液循環(huán)聯(lián)通做成連體，這樣兩只小鼠體內(nèi)物質(zhì)就能通過血液循環(huán)進(jìn)行交流.按照他實驗前的猜測如果兩只小鼠肥胖的原因是血液中缺乏某種可以抑制食欲的物質(zhì)，在和正常小鼠連接后，正常的小鼠可以產(chǎn)生可以抑制食欲的物質(zhì)，連通后肥胖小鼠可以從正常老鼠血液中獲取抑制食欲的物質(zhì)就能夠減肥，所以肥胖小鼠的攝食量應(yīng)減少.

（2）連體小鼠經(jīng)過一段時間恢復(fù)后，得到實際實驗結(jié)果確不像預(yù)期的那樣，而是正常小鼠與db鼠連體共生，正常飼喂一段時間后，正常小鼠攝食量明顯減少，根據(jù)實驗結(jié)果可推知，db小鼠肥胖的原因并不是血液中缺乏某種抑制食欲的物質(zhì)，可能是不能識別抑制食欲的物質(zhì).因此，科曼重新作出假設(shè)：db鼠血液中存在能抑制食欲的物質(zhì)且比正常鼠血液中濃度高，但db鼠不能識別抑制食欲的物質(zhì)，從而導(dǎo)致肥胖.可將正常小鼠與ob小鼠連體共生，正常飼喂一段時間后，正常小鼠無變化，ob小鼠攝食量略微減少，說明ob小鼠肥胖的原因可能是抑制食欲的物質(zhì)分泌不足引起的.

新的假設(shè)能完美解釋實驗結(jié)果，為進(jìn)一步驗證，可將db鼠和ob鼠進(jìn)行連體，則ob鼠可以獲得該物質(zhì)，ob 鼠攝食量下降，db 鼠攝食量變化不大.為了使實驗更具有說服力，實驗需要增加正常鼠的連體實驗排除手術(shù)等對實驗結(jié)果的影響.

（3）欲利用切除甲狀腺的小鼠繼續(xù)實驗證明甲狀腺激素能抑制瘦素分泌，其實驗?zāi)康氖羌谞钕偌に啬芤种剖菟胤置?，所以實驗材料是切除甲狀腺的小鼠，自變量是是否有甲狀腺激素，因變量是瘦素的含量，通過設(shè)置對照實驗來研究，由于切除甲狀腺的小鼠甲狀腺激素減少，血清瘦素水平上升，通過是否補充甲狀腺激素，檢測血清瘦素含量變化即可證明.實驗思路如下：

①分組：實驗組：切除甲狀腺小鼠注射適量的甲狀腺激素或飼喂適量的甲狀腺激素（含甲狀腺激素的普通飼料）;對照組：切除甲狀腺小鼠注射適量的生理鹽水或飼喂適量的清水（普通飼料）.

②培養(yǎng)與檢測：相同環(huán)境培養(yǎng)，測定血清瘦素含量.

（4）根據(jù)題干的信息“高脂飲食及年齡增長都可引起瘦素分泌”，所以坐標(biāo)曲線如圖1所示.

圖1

答案：（1）減少;

（2）①不能識別抑制食欲的物質(zhì);

②ob鼠攝食量下降，db鼠攝食量變化不大;

③正常鼠的連體實驗.

（3）①實驗組：切除甲狀腺小鼠注射適量的甲狀腺激素或飼喂適量的甲狀腺激素（含甲狀腺激素的普通飼料）;對照組：切除甲狀腺小鼠注射適量的生理鹽水或飼喂適量的清水（普通飼料）;

②相同環(huán)境培養(yǎng)，測定血清瘦素含量（答不全不得分）.

（4）見解析.

二、對科學(xué)探究思維方法進(jìn)行考查

科學(xué)研究是一個在不斷試錯中改進(jìn)的過程，在研究過程中為了達(dá)到某種目的要選擇不同研究方法，涉及到從事研究的計劃、策略、手段、工具、步驟以及過程.科學(xué)探究的基本方法有觀察法、實驗法、調(diào)查法和資料分析法等.在生物學(xué)試題中，通過展示科研工作者從事某一項研究，多方位、多角度地采用不同的方法發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，進(jìn)而對學(xué)生創(chuàng)新思維進(jìn)行考查.

例2 某植物的白花和紅花由一對等位基因A/a控制，取白花植株自交，子代表現(xiàn)為白花∶紅花=1∶1，重復(fù)多次均為上述結(jié)果.請回答下列問題：

（1）植物花色的顯性性狀為;能否判斷為AA純合致死并解釋原因..

（2）取白花植株進(jìn)行單倍體育種，發(fā)現(xiàn)所有植株均開紅花，出現(xiàn)上述結(jié)果的原因是.

（3）經(jīng)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，白花植株體細(xì)胞中基因A、a所在的同源染色體中的一部分缺失，則缺失片段上（填“是”或“否”）含有等位基因A/a，原因是.

（4）請設(shè)計實驗對第（3）題中的分析進(jìn)行驗證，并寫出預(yù)測結(jié)果.

解析 本題是以某植物花色遺傳為情境，展示科學(xué)探究的研究過程，在研究中采用不同的研究方法即實驗法和觀察法，探究花色遺傳的本質(zhì)和規(guī)律.

實驗法是在控制的條件下觀察、測量和記錄實驗對象變化的一種研究方法，是科學(xué)研究中因果研究的最主要方法.其目的是要精確地確定變量間的函數(shù)關(guān)系，證實變量間因果關(guān)系的假設(shè).

（1）根據(jù)題中實驗結(jié)果可知，取白花植株自交，后代出現(xiàn)紅花，表明發(fā)生了性狀分離比，說明白花對紅花為顯性，則親本白花的基因型為Aa，子代表現(xiàn)為白花∶紅花=1∶1，重復(fù)多次均為上述結(jié)果.若AA純合致死，白花自交后代應(yīng)出現(xiàn)2∶1的性狀分離比，與預(yù)期不符.

（2）取白花植株進(jìn)行單倍體育種，單倍體育種是通過花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株，再經(jīng)過人工染色體加倍獲得正常植株，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有植株均開紅花，說明親代白花植株含基因A的花粉不育.

為進(jìn)一步探究A花粉不育的原因，試題中采用了觀察法，觀察法是指研究者有目的、有計劃地在自然條件下或限定條件下，用自己的感官和輔助工具（放大鏡、顯微鏡等儀器以及照相機、錄像機、攝像機等工具）觀察被研究對象，從而獲得資料的一種方法.科學(xué)的觀察是有計劃、有目的的，觀察時要全面、細(xì)致、實事求是，并及時記錄.

（3）經(jīng)顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，白花植株體細(xì)胞中基因A、a所在的同源染色體中的一部分缺失，再結(jié)合題干信息，白花植株自交，子代表現(xiàn)為白花∶紅花=1∶1， 若A/a位于缺失片段上，則子代不會同時出現(xiàn)白花和紅花，所以缺失片段上不含有等位基因A/a.

（4）為了驗證（3）題中假設(shè)，讓白花植株作母本，紅花植株做父本進(jìn)行雜交實驗，觀察子代的性狀及比例.如果子代表現(xiàn)型及比例為白花∶紅花=1∶1 即可證明.

答案：（1）白花 不能，若AA純合致死，白花自交后代應(yīng)出現(xiàn)2∶1的性狀分離比;

（2）親代白花植株含基因A的花粉不育;

（3）否 若A/a位于缺失片段上，則子代不會同時出現(xiàn)白花和紅花（其他答案合理即可）;

（4）讓白花植株作母本，紅花植株做父本進(jìn)行雜交，觀察子代的性狀及比例 預(yù)期結(jié)果∶子代表現(xiàn)型及比例為白花∶紅花=1∶1.

總之，科學(xué)探究不僅是一種方法，更是一種理念，通過試題能更好地考查學(xué)生對科學(xué)探究過程和思維方法的掌握，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力和備考能力，提升生物學(xué)科核心素養(yǎng).

（收稿日期：2021-09-20）