高三生物二轮实验探究专题复习策略

北京

《普通高中生物学课程标准》的课程基本理念：倡导探究性学习，力图促进学生学习方式的变革，引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑。课程目标中指出：确认变量；作出假设和预期；设计可行的实验方案；实施实验方案，收集证据；根据证据作出合理判断；用准确的术语、图表介绍研究方法和结果，阐明观点。北京市2018年《考试说明》生物部分提出：考查对所学生物学基础知识的理解与应用，着重考查获取新知识、处理不同形式信息以及分析解决实际问题的能力，在实验与探究等实践过程中强调思辨与创新。对于高三后期的学生来说，虽然经过了高二年级的基础知识的学习及高三前期的一轮复习，但是由于课时紧张及实验条件有限等因素，导致学生参与感悟探究实验的机会远远不足。面对当下形式的高考，需要高三后期的学生提升解决实验专题问题的能力，这就需要高三生物教师研究出一个可行且高效的方案。

1.将实验专题根据实验探究的一般思路分步分析及训练

1.1 确认变量

实验过程中可以变化的因素称为变量，其中认为研究者主动操作而改变的变量称作自变量；随着自变量的变化而变化的变量称作因变量；除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变因素，会对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。面对一个实验问题情境，确认变量往往是最关键的环节，如果学生对变量确认得准确全面，就很容易对其他的实验要素进行准确描述。

【例1】（2015年，北京卷，第4题）大蚂蚁和小蚂蚁生活在某地相邻的两个区域。研究者在这两个蚂蚁种群生活区域的接触地带设4种处理区，各处理区均设7个10 m×10 m的观测点，每个观测点中设有均匀分布的25处小蚂蚁诱饵投放点。在开始实验后的第1天和第85天时分别统计诱饵上小蚂蚁的出现率并进行比较，结果见表1：

表1

对本研究的实验方法和结果分析，表述错误的是（ ）

A.小蚂蚁抑制大蚂蚁的数量增长

B.采集实验数据的方法是样方法

C.大蚂蚁影响小蚂蚁的活动范围

D.土壤含水量影响小蚂蚁的活动范围

【答案】A

【点评】本题素材的选取贴近学生生活实际，以真实的问题情境——影响小蚂蚁出现率的因素分析进行命题，考查学生运用所学知识和技能解决问题的能力，试题设计与《普通高中生物学课程标准》中对生物学科课程性质的定位吻合，是北京市高考试题一贯重视学科综合素养的典型体现。本题可以通过分析实验变量得以解决：由表格信息（“处理区”）可知本实验的自变量为是否定时灌溉及是否驱走大蚂蚁，因变量是小蚂蚁出现率的变化，进而应用探究实验目的一般模型，即探究自变量对因变量的影响，可得到本研究的研究目的：探究定时灌溉及驱走大蚂蚁对小蚂蚁出现率变化的影响，最后得到本实验的结论：定时灌溉及驱走大蚂蚁会使小蚂蚁的出现率增加。

通过以上分析，结合选项设置可以看出，本题的A、C项考查本实验的结论，B、D项考查实验的无关变量。本实验的无关变量是会影响小蚂蚁的出现但又不是自变量的因素，如实验数据的获取、小蚂蚁的食物量、小蚂蚁的天敌、土壤条件等。从解题的角度看，本题只要找准实验的自变量和因变量即可作答。学生在对实验进行变量分析时需要注意区分因变量和检测指标：检测指标是反映因变量的可直接观察或测量的实验结果。有些实验中检测指标直接反映就是因变量，有些实验中是由检测指标间接反映因变量。例如：在探究光照强度对光合作用强度影响的实验中，因变量是光合作用速率，而检测指标往往是二氧化碳的吸收量或者是氧气的释放量再或者是植物干重的增加量，通过这些量的变化反映光合作用速率的变化。

1.2 判断对照实验和设置对照实验

除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫作对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组，在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量都应当始终保持相同，即要遵循单一变量原则，并且每一组的实验材料要充足，以减少实验误差，设置对照组的目的是排除无关变量对实验的干扰，或者是作为实验组的参照增强实验结果的可信度和说服力。

【例2】乳头瘤病毒（HPV）持续感染可导致宫颈癌发生。科研人员将HPV外壳L1蛋白基因与在人体中不能复制但能有效表达外源基因的痘苗病毒重组，制备新型疫苗。

（1）为研究重组疫苗的保护作用，将生长发育状况一致的小鼠随机均分为四组，1组注射用PBS缓冲液配制的重组病毒疫苗 100 μL，2 组注射______作为阴性对照，3 组注射_____作为阳性对照，4 组注射_____作为空白对照。

（2）给上述三组小鼠皮下注射C3细胞（含有HPV基因的癌细胞），观察、记录小鼠成瘤情况，结果如表2。

表2

据实验结果分析，尽管各组小鼠都可成瘤，但实验组小鼠_____，说明重组病毒疫苗具有一定的免疫保护作用。

（3）若欲检验重组病毒疫苗是否有治疗作用，对小鼠进行的处理最恰当的是_____（选填下列字母）。

a.先注射HPV，一段时间后注射重组病毒疫苗

b.先注射重组病毒疫苗，一段时间后再注射HPV病毒

c.先注射C3细胞，一段时间后注射重组病毒疫苗

d.先注射重组病毒疫苗，一段时间后再注射C3细胞

【答案】（1）100 μL PBS缓冲液配制的痘苗病毒100 μL PBS 缓冲液配制的乳头瘤病毒疫苗 100 μL PBS缓冲液 （2）平均瘤重较小，成瘤小鼠百分率较低，成瘤时间较晚 （3）c

【点评】本题以热点问题——宫颈癌疫苗为背景，有一定的信息量和复杂度，考查学生运用学科知识分析和解决问题的能力。试题设问层级比较清晰，先考查学生基于对实验目的分析后的对照实验设计，然后考查学生对实验结果的分析，最后考查学生根据所获得的信息设计恰当方案的能力，完整地涉及了科学探究素养的各个水平。解答本题需要在确认变量基础上，综合考量对照实验的设置，最后根据实验目的确定实验组的操作。（1）由“研究重组疫苗的保护作用”可知，该实验的自变量应为重组疫苗，由对照实验可知1组作为实验组，2、3、4组都是对照组，他们与实验组之间应只有一个因素不同，故2组应注射100 μL PBS 缓冲液配制的痘苗病毒，3 组应注射 100 μL PBS缓冲液配制的乳头瘤病毒疫苗，4组应注射100 μL PBS缓冲液。（3）由“检验重组病毒疫苗是否有治疗作用”可知，本实验的变量仍为重组病毒疫苗，通过对本题所提供的选项观察可知，四个选项均注射了重组病毒疫苗，可知本小题考查的是对实验组的设计，结合本实验的目的——“治疗作用”等因素可做出正确选择。

1.3 提出假设，得出结论（推论、推测）

假设是运用思维、想象，对所研究事物的本质或规律的初步设想或推测，是对所研究的问题提出可能的答案或尝试性理解。假设并不是单纯主观思辨的产物，也不是以荒诞的臆造为基础的虚妄、任意、离奇的猜想，而是依据事实和科学知识，对未知领域有规律地推测。

【例3】独脚金内酯是近年新发现的一类植物激素。为了研究独脚金内酯对侧枝生长发育的影响，科研人员进行了一系列实验研究。

（1）研究发现，独脚金内酯合成缺陷型植株的侧枝长度明显高于野生型植株，说明独脚金内酯能够_________。

（2）进一步研究发现，独脚金内酯通过促进生长素的作用来发挥影响效应。请你对（1）结果产生的可能机制提出一个合理的假设：____________________________________________________。

【答案】（1）抑制侧枝的生长 （2）在顶芽产生的生长素沿主茎极性运输时，独脚金内酯会抑制侧芽的生长素向外运输（或在顶芽产生的生长素沿主茎极性运输时，独脚金内酯促进生长素运入侧芽）

【点评】本题结合新的信息情境——独脚金内酯考查学生运用归纳的方法对结果进行解释，并能够结合已有生物学原理等，运用文字推测并进行阐述。

解答本题需要先分析实验的变量，再结合所获取的信息进行推论。（1）题干用一句话对实验结果进行了描述，设问考查的是学生对实验结论的推测（概括），通过分析实验结果的表述可知，实验自变量为独脚金内酯合成缺陷与否，因变量的检测指标为侧枝长度，所以本实验的结论为独脚金内酯能够抑制侧枝的生长。（2）题干中的进一步提示：独脚金内酯是通过促进生长素的作用来发挥影响效应，结合已知的生长素作用特点（高浓度生长素会抑制侧枝生长），可推测由于独脚金内酯的存在使侧枝中的生长素浓度升高，进而抑制侧枝的生长，再结合顶端优势产生过程中侧芽生长素积累的两个途径（由顶芽运输、侧芽产生），阐述（1）结果产生可能的机制是在顶芽产生的生长素沿主茎极性运输时，独脚金内酯会抑制侧芽的生长素向外运输或者是在顶芽产生的生长素沿主茎极性运输时，独脚金内酯促进生长素运入侧芽。

在本题结论的得出和机制的推测过程中，既有对实验变量的分析，也有考生对学科知识（生长素的作用特点等）的应用，充分体现了“假设是依据事实和科学知识，对未知领域有规律地推测”。

2.进行实验设计及实验评价

实验设计是指一种有计划的研究，包括一系列有意图性的对过程要素进行改变并对其进行效果观测，对这些结果进行统计分析以便确定过程变异之间的关系。一般实验的设计思路包括以下步骤：①取材、分组、编号；②用自变量分别处理实验材料，其他条件相同且适宜；③检测相关指标。实验评价往往也从以上三个角度进行。

【例4】将拟南芥植株进行一段时间的4℃低温“训练”后，移至-8℃致死低温下，植株的存活率明显提高。研究人员推测，低温“训练”可使植株降低乙烯合成量的能力增强，从而提高了植株的抗致死低温能力。请提供实验设计的基本思路：____________，以检验这一推测。

【答案】取长势相同的拟南芥植株若干等分成两组，一组经4℃低温“训练”，另一组未经低温“训练”，将两组植株再分别放在-8℃条件下，分别测量乙烯合成量及存活率

【分析】本题提供了部分实验现象和推测，要求学生设计实验，对所做推测进行检验，综合考查学生的实验探究能力，基本涵盖了本文所述的几个要点。

分析题干可知实验自变量为是否经过低温“训练”，检测指标为-8℃致死低温下，植株乙烯合成量及植株的存活率。①取材、分组、编号：实验材料应选长势相同的拟南芥植株若干、等分成两组、一组经4℃低温“训练”，另一组未经低温“训练”；②用自变量分别处理实验材料，其他条件相同且适宜：将两组植株再分别放在-8℃条件下培养，其他条件相同；③检测相关指标：分别测量乙烯合成量及存活率。

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中对生物学的课程目标阐述中强调学生要能够通过本课程的学习，形成科学思维的习惯，掌握科学探究的思路和方法等。在高三二轮复习中，通过设置实验的专题复习，选取经典的试题作为例题，进行逐步分析训练后再进行综合分析训练，引导学生进一步体会实验思想，并达到提升学生分析问题、作出假设、得出结论等能力。