安徽 陶應(yīng)禮

科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，實(shí)驗設(shè)計以及對結(jié)果的交流與討論能力是其重要組成部分。研究2020—2021年的高考生物試題可發(fā)現(xiàn)，試題以素養(yǎng)和能力立意，識記、計算等方面的考查力度被慢慢淡化，更偏重于考查知識的理解和運(yùn)用，以及關(guān)鍵能力和學(xué)科核心素養(yǎng)。其中，實(shí)驗探究能力是每年必考的內(nèi)容(表1)，這與新一輪課程改革的理念不謀而合。

表1 2020—2021年全國乙卷考查的生物實(shí)驗類題目

根據(jù)表1進(jìn)行分析，實(shí)驗類試題的考查方式多種多樣，且思維水平要求較高，是高考的重點(diǎn)和難點(diǎn)。筆者基于教學(xué)實(shí)踐和研究，對其進(jìn)行歸類分析，以期為廣大同人的復(fù)習(xí)課教學(xué)提供參考。

一、考查實(shí)驗假說

實(shí)驗假說是一種明確性的描述，具有可驗證性。通過設(shè)計實(shí)驗可以對假說進(jìn)行檢驗，如果實(shí)驗結(jié)果證實(shí)了假說，假說就屬于科學(xué)的結(jié)論；如果實(shí)驗結(jié)果否定了假說，假說就需要完善或者被否定，需要提出新的假說。提出假說可以幫助研究者發(fā)現(xiàn)新的理論，促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展，例如，孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律采用的假說-演繹法，即利用了提出假說的方法。

【例1】已知給大鼠注射促甲狀腺激素(TSH)，其促甲狀腺激素釋放激素(TRH)的分泌量會下降。請根據(jù)此反饋調(diào)節(jié)機(jī)制提出兩個可能的假說。

【答案】①TSH通過反饋調(diào)節(jié)抑制下丘腦分泌TRH；②TSH促進(jìn)甲狀腺分泌TH，TH通過反饋調(diào)節(jié)抑制TRH的分泌。

【解析】甲狀腺激素(TH)的分泌過程存在分級調(diào)節(jié)和反饋調(diào)節(jié)。下丘腦分泌的TRH促進(jìn)垂體分泌TSH，TSH再促進(jìn)甲狀腺分泌TH，這是分級調(diào)節(jié)；機(jī)體為維持激素水平的穩(wěn)定，當(dāng)TSH或者TH含量過多時會抑制TRH的分泌，這是反饋調(diào)節(jié)。由題意可知，本題有兩種可能的假說，TSH直接抑制下丘腦分泌TRH或者TSH先促進(jìn)甲狀腺分泌TH，TH再抑制下丘腦分泌TRH。

教材中有很多涉及提出假說的科學(xué)史，教師可指導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)，明確提出假說在科學(xué)研究中的作用和意義，例如，摩爾根用假說-演繹法證明基因在染色體上；科學(xué)家根據(jù)狗的胰腺切除實(shí)驗，提出胰腺能分泌某種抗糖尿病的物質(zhì)的假說，最終發(fā)現(xiàn)胰島素等。另外，教師還可以創(chuàng)設(shè)具體的問題情境，讓學(xué)生總結(jié)提出假說的方法，例如，有研究表明，運(yùn)動可以提高動物的免疫力，某研究小組提出假說:運(yùn)動通過影響淋巴細(xì)胞的增殖進(jìn)而影響免疫力，然后設(shè)計實(shí)驗驗證運(yùn)動、淋巴細(xì)胞的增殖、免疫力之間的因果關(guān)系，如果有明顯的相關(guān)性則肯定假說，如果沒有明顯的相關(guān)性則否定假說。

二、考查實(shí)驗?zāi)康?/h2>

實(shí)驗?zāi)康氖侵笇?shí)驗的預(yù)期和目標(biāo)，通常為觀察一些現(xiàn)象、探究一種假說或驗證一個結(jié)論等。實(shí)驗一般分為已知結(jié)果的驗證實(shí)驗和未知結(jié)果的探究實(shí)驗兩種類型，不同實(shí)驗的實(shí)驗?zāi)康谋硎龇绞讲煌?，例如，已知胰島素具有降低血糖的作用，設(shè)置對照實(shí)驗，對實(shí)驗組動物注射胰島素，對對照組動物注射生理鹽水，通過結(jié)果的比較，可驗證胰島素的作用，此為驗證性實(shí)驗，驗證性實(shí)驗的目的一般表述為“驗證……的作用或現(xiàn)象”；已知血漿中含有緩沖物質(zhì)，可以維持pH的穩(wěn)定，某興趣小組欲探究馬鈴薯提取液是否同血漿一樣也含有緩沖物質(zhì)，設(shè)計實(shí)驗進(jìn)行探究，此為探究性實(shí)驗，探究性實(shí)驗的目的一般表述為“探究……的作用或現(xiàn)象”。

【例2】生物膜不同于半透膜，細(xì)胞通過生物膜可以主動選擇吸收或排出一些物質(zhì)，而不允許其他物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。某同學(xué)據(jù)此做了以下實(shí)驗：①選生長狀況相同的紅色莧菜隨機(jī)分為A、B兩組；②A組放入常溫水中，B組放入沸水中，幾分鐘后進(jìn)行觀察；③實(shí)驗結(jié)果：A組莧菜仍為紅色，水為無色，B組莧菜紅色消失，水變?yōu)榧t色。請寫出該同學(xué)的實(shí)驗?zāi)康摹?/p>

【答案】驗證生物膜具有選擇透過性。

【解析】由題意可知，生物膜不同于半透膜，某同學(xué)據(jù)此做了以上實(shí)驗，該實(shí)驗為驗證性實(shí)驗。莧菜中的紅色色素位于液泡中，沸水破壞了生物膜的選擇透過性，所以B組實(shí)驗得到了以上結(jié)果。

【例3】某種植物的花色有紫色和黑色一對相對性狀，且由一對等位基因控制，但其顯隱性未知。某科研小組選擇多株開紫色花的植株與多株開黑色花的植株雜交，結(jié)果顯示，部分雜交組合的子代全為紫色花，部分雜交組合的子代紫色花和黑色花均有。試寫出該科研小組的實(shí)驗?zāi)康摹?/p>

【答案】探究該植物花色性狀的顯隱性。

【解析】由題意可知，該植物的花色紫色和黑色的顯隱性未知，紫色和黑色均可能為顯性性狀，該實(shí)驗應(yīng)為探究性實(shí)驗，實(shí)驗的目的為探究該植物花色性狀的顯隱性，通過雜交實(shí)驗可以得出結(jié)論。

應(yīng)對考查實(shí)驗?zāi)康牡南嚓P(guān)試題，教師一方面要指導(dǎo)學(xué)生區(qū)分驗證性實(shí)驗和探究性實(shí)驗的區(qū)別以及實(shí)驗?zāi)康谋硎龇绞降牟煌?；另一方面可以收集考查?shí)驗?zāi)康牡南嚓P(guān)高考題，如2020年全國乙卷理綜第4題、第38題第(1)題等，進(jìn)行針對性訓(xùn)練，提高學(xué)生解決此類試題的能力。

三、考查實(shí)驗材料與器具

實(shí)驗材料和器具是進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗必需的條件。實(shí)驗材料一般是指實(shí)驗需要用到的動物、生物組織、藥品等；實(shí)驗器具是處理實(shí)驗材料、操作實(shí)驗過程、測量實(shí)驗結(jié)果等環(huán)節(jié)所需要的實(shí)驗器材，如燒杯、顯微鏡、解剖刀、電位計等。實(shí)驗題的考查，有時要求考生對實(shí)驗材料和器具進(jìn)行補(bǔ)充或修改。解答此類題目時可以先快速瀏覽整個實(shí)驗的目的、過程、結(jié)果等，結(jié)合上下文，一般可以找到蛛絲馬跡。

【例4】為研究甲狀腺激素的功能，科研小組進(jìn)行了以下實(shí)驗，請對空白處進(jìn)行補(bǔ)充：選取生長發(fā)育狀況相同的大鼠若干只，隨機(jī)分為3組，編號為A、B、C。給A組大鼠注射適量溶解有甲狀腺激素的生理鹽水，B組大鼠注射等量溶解有甲狀腺激素拮抗劑的生理鹽水，C組大鼠注射________，一段時間后觀察三組大鼠的活動狀況。

【答案】等量的生理鹽水

【解析】該題考查了實(shí)驗試劑及其使用方法，考生不僅要準(zhǔn)確填寫需要的實(shí)驗試劑，還要熟練掌握其使用方法。對照實(shí)驗一般需要設(shè)置空白對照組，且遵循單一變量原則，由題意可知，該實(shí)驗A、B兩組均為實(shí)驗組，C組應(yīng)為空白對照組。根據(jù)控制變量的要求，空白對照組需要注射生理鹽水，且需要和實(shí)驗組注射的試劑等量。

實(shí)驗試劑、材料和器具的考查，一般限于識記層次，學(xué)生只要熟記即可。教師在日常教學(xué)中，盡量讓學(xué)生親自動手操作實(shí)驗，熟練掌握其使用方法和注意事項。復(fù)習(xí)課教學(xué)時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生用表格的形式整理高中生物學(xué)教材中所有實(shí)驗中用到的試劑、材料和器具，幫助學(xué)生建立知識網(wǎng)絡(luò)，如整理高中生物學(xué)教材中使用到酒精的實(shí)驗與使用目的(表2)。

表2 高中生物教材中使用到酒精的實(shí)驗與使用目的

四、考查實(shí)驗設(shè)計與步驟

中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗一般為對照實(shí)驗，其步驟可以歸納為“三部曲”。第一步為“分組編號”，選材時一定要注意選擇相同的實(shí)驗材料，分組要隨機(jī)，編號是為了便于觀察和統(tǒng)計；第二步為“設(shè)置變量”，在對不同組進(jìn)行處理時，需要注意控制變量，遵循單一變量原則，例如培養(yǎng)或飼養(yǎng)一定要在相同條件下進(jìn)行等；第三步為“觀察結(jié)果”，為減少實(shí)驗誤差，要注意數(shù)據(jù)的取舍，實(shí)驗結(jié)果需要測量還要取平均值。

【例5】某醫(yī)藥公司開發(fā)了一種治療糖尿病的口服新藥X，先用兔子做第一期藥效和安全性試驗。實(shí)驗材料有糖尿病模型兔若干只、玉米油稀釋的藥物X、玉米油、血糖測量儀等。請寫出實(shí)驗的思路。

【答案】①選取生長發(fā)育狀況等相同的糖尿病模型兔喂食普通飼料，半小時后測量起始血糖，然后隨機(jī)均分為2組，編號為A、B。②給A組兔灌喂適量的玉米油稀釋的藥物X，B組兔灌喂等量的玉米油，相同環(huán)境下待一段時間。③用血糖測量儀測每組兔的血糖，并取平均值。

【解析】由題意可知，該實(shí)驗為對照實(shí)驗，可以使用實(shí)驗步驟的“三部曲”解答。具體表述時需要注意一些專業(yè)性和細(xì)節(jié)問題，例如該藥物是口服藥，需要使用灌喂的方法而不能是注射，對照組灌喂的玉米油需要和實(shí)驗組等量等。

實(shí)驗設(shè)計題是近幾年高考的必考題，有的要求寫出實(shí)驗設(shè)計思路，如2021年全國乙卷理綜第29題(3)題；有的要求寫出具體的實(shí)驗步驟，如2020年全國乙卷理綜第37題(4)題、38題(2)題等。此類型題通常分值高、難度大。教師在日常教學(xué)時，要重視教材課后習(xí)題中實(shí)驗設(shè)計題的教學(xué)，注重在平時培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗設(shè)計能力，另外，考前可以匯總近幾年的高考真題中的相關(guān)試題，做到有的放矢，加強(qiáng)訓(xùn)練。

五、考查實(shí)驗結(jié)果與結(jié)論

實(shí)驗結(jié)果是實(shí)驗后可視化或可測量的現(xiàn)象，如果是數(shù)據(jù)可以用圖表表示，要注意數(shù)據(jù)的取舍，還要對實(shí)驗誤差進(jìn)行分析和討論。實(shí)驗結(jié)論是由實(shí)驗結(jié)果直接得出或推導(dǎo)出的結(jié)論性命題，一般用文字表述。驗證性實(shí)驗的結(jié)果和結(jié)論是已知的，具有唯一性，探究性實(shí)驗的結(jié)果和結(jié)論是未知的，可能沒有結(jié)論，也可能有多個結(jié)論。

【例6】人體在代謝過程中，細(xì)胞會產(chǎn)生一些酸性或堿性物質(zhì)，血漿pH總是維持在7.35～7.45之間，其原因是血漿中含有H2CO3、HCO3-等緩沖物質(zhì)。某學(xué)習(xí)小組為驗證此現(xiàn)象做了以下實(shí)驗，請預(yù)測實(shí)驗結(jié)果和結(jié)論。

第一步：取6支試管，平均分為A、B、C三組。編號為A1、A2、B1、B2、C1、C2，在A1、A2中加入10 mL蒸餾水，B1、B2中加入10 mL緩沖物質(zhì)，C1、C2中加入10 mL血漿，測量原始pH。

第二步：在A1、B1、C1試管中加入1滴稀鹽酸溶液，在A2、B2、C2試管中加入1滴氫氧化鈉溶液，振蕩搖勻，靜置一段時間。

第三步：測量6支試管中溶液的pH，并進(jìn)行比較。

【答案】實(shí)驗結(jié)果：A1試管中的pH明顯下降，A2試管中的pH明顯升高，B1、B2、C1、C2試管中的pH無明顯變化。實(shí)驗結(jié)論：血漿中存在緩沖物質(zhì)，可以維持pH的穩(wěn)定。

【解析】依據(jù)題意，該實(shí)驗為驗證性實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)果是已知的，結(jié)果與結(jié)論具有唯一性。蒸餾水不能維持pH的穩(wěn)定，加入酸或堿會使pH發(fā)生變化，緩沖液和血漿中有緩沖物質(zhì)，加入酸或堿pH變化不大。

【例7】植物細(xì)胞分裂時，關(guān)于著絲粒是如何分裂的有兩種假說。假說一：著絲粒分裂是紡錘絲牽拉的結(jié)果；假說二：著絲粒分裂是基因控制的生理活動。某興趣小組做了以下實(shí)驗，請預(yù)測實(shí)驗結(jié)果與結(jié)論。

第一步：提前3天培養(yǎng)洋蔥根尖。

第二步：取兩個廣口瓶，加入等量清水，編號為甲和乙。在甲瓶中加入5 mL清水，乙瓶中加入5 mL秋水仙素。將第一步培養(yǎng)的洋蔥分別轉(zhuǎn)入甲、乙瓶中，在相同條件下繼續(xù)培養(yǎng)一段時間。

第三步：分別切取兩瓶中洋蔥的根尖2～3 mm，制成臨時裝片。用顯微鏡觀察并統(tǒng)計兩組根尖有絲分裂后期細(xì)胞所占的比例。

【答案】

實(shí)驗結(jié)果實(shí)驗結(jié)論乙瓶中處于有絲分裂后期細(xì)胞的比例明顯低于甲瓶假說一正確甲瓶和乙瓶細(xì)胞處于有絲分裂后期的比例無明顯差異假說二正確

【解析】此為探究性實(shí)驗，結(jié)果與結(jié)論不唯一。若假說一正確，著絲粒分裂是紡錘絲牽拉的結(jié)果，由于乙瓶中加入了秋水仙素，抑制了紡錘體的形成，乙瓶中處于有絲分裂后期細(xì)胞的比例應(yīng)該明顯低于甲瓶；若假說二正確，著絲粒分裂是基因控制的生理活動，與紡錘體的有無無關(guān)，兩組細(xì)胞處于有絲分裂后期的比例無明顯差異。

實(shí)驗結(jié)果和結(jié)論是兩個不同的概念，考生不僅要注意區(qū)分結(jié)果和結(jié)論的不同，還要準(zhǔn)確判斷結(jié)果和結(jié)論的數(shù)量。分析近幾年高考題，例如，2021年全國乙卷理綜第29題，要求考生設(shè)計實(shí)驗驗證植物在干旱條件下存在特殊的CO2固定方式，并預(yù)測實(shí)驗結(jié)果；2020年山東卷生物第22題，要求考生設(shè)計實(shí)驗驗證破壞腦-脾神經(jīng)通路可以降低小鼠的體液免疫能力，并預(yù)測實(shí)驗結(jié)果等，可以看出實(shí)驗結(jié)果與結(jié)論的預(yù)測是高考?？嫉闹R點(diǎn)。教師在進(jìn)行復(fù)習(xí)課教學(xué)時，要引導(dǎo)學(xué)生匯總高中所有實(shí)驗的結(jié)果與結(jié)論，再配以高考真題進(jìn)行訓(xùn)練和講解，可以更好地應(yīng)對此類試題。

六、考查實(shí)驗評價與分析

實(shí)驗評價題是指對實(shí)驗材料選取、實(shí)驗過程、實(shí)驗結(jié)果等進(jìn)行科學(xué)性評價、改正或完善。實(shí)驗分析題是指對實(shí)驗過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象、結(jié)果、誤差等進(jìn)行解釋和討論。此類題目往往以非選擇題的形式出現(xiàn)，思維水平要求高，難度一般較大。

【例8】某科研小組用兔子進(jìn)行實(shí)驗，探究尿量的影響因素。實(shí)驗內(nèi)容如下：耳緣靜脈注射垂體提取液0.5 mL，記錄尿量?；卮鹣铝袉栴}：

(1)指出該實(shí)驗存在的問題。

(2)處理后實(shí)驗兔尿量如何變化？并解釋原因。

【答案】(1)未測量實(shí)驗前兔的尿量。 (2)尿量會減少，因為垂體提取液中含抗利尿激素，可促進(jìn)腎小管和集合管對水的重吸收。

【解析】第(1)題要求指出實(shí)驗存在的問題，為實(shí)驗評價題。尿量的變化需要通過比較才能得出，因此需要測實(shí)驗前兔的尿量。第(2)題要求預(yù)測并解釋實(shí)驗現(xiàn)象，為實(shí)驗分析題。垂體提取液中含抗利尿激素，可以促進(jìn)腎小管和集合管對水的重吸收，因此實(shí)驗后兔的尿量會減少。

解答例8時要先讀懂新情境中的實(shí)驗?zāi)康?、方法和步驟等，然后與教材中的實(shí)驗或知識點(diǎn)建立聯(lián)系，把新知識轉(zhuǎn)化成舊知識，把新情境轉(zhuǎn)化成熟悉的情境，便可迎刃而解。教師平時要有意識地培養(yǎng)學(xué)生提取試題材料中信息的能力，以及利用教材中的知識解決新情境中實(shí)際問題的能力。