生物实验题分类及解题策略

赫英春

(黑龙江省哈尔滨市第一中学)

《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》明确提出了七点教学建议,其中包括“组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键”“加强和完善生物学实验教学”“注重生物科学史和科学本质的学习”,可见实验教学是促成学生达成生物学学科核心素养的重要支撑。《中国高考评价体系说明》中明确指出“对于自然科学类学科而言,实验设计能力、动手操作能力则是实践操作能力群中的考查重点”等。本文对2018年至2022年高考全国卷的生物实验题进行分类,并有针对性地总结解题策略,对以具体的高考试题进行解释和分析,帮助学生提升解题能力。

一、近五年高考全国卷实验题分类

通过对2018年至2022年高考全国卷的生物实验题的研究及参考相关文献,本文将生物实验题分为教材基础实验类、实验分析类、实验设计类、实验评价类。

1.教材基础实验类

此类试题选材源于教材中的基础实验,考查内容为比较基础的实验原理、实验材料和试剂的使用、研究方法等,考点分布不固定,主要的设问形式包括据现象书写结果及原因;据表格判断并书写依据;据结果选定实验材料;据图形表格书写原因;据相应处理预期结果;实验材料与实验目的对应;实验器材及实验试剂;据结果进行推测;调查方法书写依据;人工授粉的具体做法等。

2.实验分析类

此类试题要求学生掌握基础的实验理论,运用所学知识对实验原理、过程、现象、结果等进行分析或解释,并根据提供的曲线/表格等书写判断依据等,考点主要为光合作用、遗传规律、动物生命活动调节等。

3.实验设计类

此类试题一般给出明确的实验目的,要求学生完成实验过程中的部分步骤;或者根据试题要求、给出的实验材料等设计完整的实验方案或实验思路,并写出预期结果或得出结论等,答题的必备知识主要是遗传的基本规律,动植物生命活动调节等也有涉及。

4.实验评价类

此类试题要求学生根据已知的生物学知识、实验理论等对实验原理、现象、推测、结果、结论等是否合理进行分析、评价,近五年的高考全国卷中考查形式均为选择题,涉及的必备知识分布无明显集中的趋势。

二、解题策略及例析

1.教材基础实验类

此类题目的复习要求学生熟练掌握教材实验中的实验目的、实验原理、实验材料和试剂、实验过程、实验现象、实验结果及结论性语句等基础性知识,体现高考命题的基础性,同时为突破其他类型的实验题打下良好的知识基础和能力基础。

例1.(2021·全国乙卷·5)在格里菲思所做的肺炎双球菌转化实验中,无毒性的R型活细菌与被加热杀死的S型细菌混合后注射到小鼠体内,从小鼠体内分离出了有毒性的S型活细菌。某同学根据上述实验,结合现有生物学知识所做的下列推测中,不合理的是

( )

A.与R型菌相比,S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关

B.S型菌的DNA能够进入R型菌细胞指导蛋白质的合成

C.加热杀死S型菌使其蛋白质功能丧失而DNA功能可能不受影响

D.将S型菌的DNA经DNA酶处理后与R型菌混合,可以得到S型菌

【答案】D 该实验是教材中科学史的内容,肺炎双(链)球菌转化实验包括格里菲思体内转化实验和艾弗里体外转化实验,其中格里菲思体内转化实验证明S型细菌中存在某种转化因子,能将R型细菌转化为S型细菌,没有证明转化因子是什么物质,而艾弗里体外转化实验,将各种物质分开,单独研究它们在遗传中的作用,并用到了生物实验中的减法原理,最终证明DNA是遗传物质。与R型菌相比,S型菌具有荚膜多糖、有毒,故推测S型菌的毒性可能与荚膜多糖有关,A正确;S型菌的DNA进入R型菌细胞后使R型菌具有了S型菌的性状,可知S型菌的DNA进入R型菌细胞后指导蛋白质的合成,B正确;加热杀死的S型菌不会使小白鼠死亡,说明加热杀死的S型菌的蛋白质功能丧失,而加热杀死的S型菌的DNA可以使R型菌发生转化,可知其DNA功能不受影响,C正确;将S型菌的DNA经DNA酶处理后,DNA被水解为小分子物质,与R型菌混合后不能得到S型菌,D错误。

例2.(2019·全国Ⅱ卷·29)某研究小组切取某种植物胚芽鞘的顶端,分成甲、乙两组,按下图所示的方法用琼脂块收集生长素,再将含有生长素的琼脂块置于去顶胚芽鞘切段的一侧,一段时间后,测量胚芽鞘切段的弯曲程度(α角),测得数据如下表。据此回答问题。

分组琼脂块甲乙左右α角/度20.49.09.1

(1)生长素在胚芽鞘中的运输属于极性运输,这种运输的方向是________________。

(2)上图中α角形成的原因是

。

(3)据表可知乙组中左、右两侧的琼脂块所引起的α角基本相同,但小于甲琼脂块所引起的α角,原因是________________________。

【答案】(1)从形态学上端到形态学下端 (2)琼脂块中的生长素进入胚芽鞘切段的左侧,使胚芽鞘左侧的生长素浓度高于右侧,引起胚芽鞘左侧生长快于右侧,形成α角 (3)乙左右两侧琼脂块中的生长素含量基本相同,但小于甲琼脂块中生长素的含量

【解析】该实验也是教材中科学史的内容,是对温特实验的升华,(2)的原因即教材中植物向光性的解释,也是(3)实验现象的原因。书写时需要针对每一个实验现象进行解释,保证语言的科学性和严谨性。

2.实验分析类

此类试题一般以教材的知识为背景,要求学生从题干情境中获取有效信息,对文字、表格、图形等进行逻辑推理,包括对实验的原理、步骤、结果等多个方面的分析,书写出判断的依据、意义等,培养学生科学思维、规范性语言表达等能力。建议在备考的过程中采用语言表达模板和思维模板进行训练。

例3.(2020·全国Ⅰ卷·30)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动,促进作物的生长发育,达到增加产量等目的。回答下列问题:

(1)中耕是指作物生长期中,在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施,该栽培措施对作物的作用有________________(答出2点即可)。

(2)农田施肥的同时,往往需要适当浇水,此时浇水的原因是________________(答出1点即可)。

(3)农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是选择这两种作物的理由是________________。

作物ABCD株高/cm1706559165光饱和点/μmol·m-2·s-11 2001 180560623

【答案】(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争;增加土壤氧气含量,促进根系的呼吸作用 (2)肥料中的矿质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光饱和点高且长得高,可以利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用

【解题模板】

图1 语言表达模板

例4.(2021·全国乙卷·30)在自然界中,竞争是一个非常普遍的现象。回答下列问题:

(1)竞争排斥原理是指在一个稳定的环境中,两个或两个以上受资源限制的,但具有相同资源利用方式的物种不能长期共存在一起。为了验证竞争排斥原理,某同学选用双小核草履虫和大草履虫为材料进行实验,选择动物所遵循的原则是____________。该实验中需要将两种草履虫放在资源____________(填“有限的”或“无限的”)环境中混合培养。当实验出现____________的结果时即可证实竞争排斥原理。

(2)研究发现,以同一棵树上的种子为食物的两种雀科鸟原来存在竞争关系,经进化后通过分别取食大小不同的种子而能长期共存。若仅从取食的角度分析,两种鸟除了因取食的种子大小不同而共存,还可因取食的____________(答出1点即可)不同而共存。

(3)根据上述实验和研究,关于生物种间竞争的结果可得出的结论是____________。

【答案】(1)形态和习性上很接近(或具有相同的资源利用方式) 有限的 一方(双小核草履虫)存活,另一方(大草履虫)死亡 (2)部位、时间等(合理即可) (3)有相同资源利用方式的物种竞争排斥,有不同资源利用方式的物种竞争共存

【解题模板】

图2 思维模板

3.实验设计类

此类试题一般出现在遗传、代谢、调节三大模块中,要求学生以给出的实验材料及条件为基础,按照明确的实验目的和有关原理,设计出简单的实验方案并预测实验结果,进而得出实验结论,考查学生“使用恰当的方法验证简单的生物学事实”和“对一些生物学问题进行初步探究”的能力。构建实验设计的基本框架,围绕实验目的设计实验并掌握书写实验思路的答题模板(图3)是解决此类试题的关键,从而提高学生的实验探究能力。

图3 实验设计的基本框架

【解题模板】

例5.(2021·全国乙卷·29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2,吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中;白天气孔关闭,液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题:

(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和____________释放的CO2。

(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式,这种方式既能防止____________,又能保证____________正常进行。

(3)若以pH作为检测指标,请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)

【答案】(1)细胞质基质、线粒体、叶绿体 细胞呼吸 (2)水分大量散失 光合作用 (3)实验思路:白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片,测定叶肉细胞的pH; 预期结果:植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。

【解题模板】

代谢和调节模块中的实验设计类试题解题思路基本可适用图4所示模板,但遗传模块中的实验设计类试题有很大差别,考查方向大致有三个:①判断显隐性/验证分离(自由组合)定律;②验证某个体是纯合子/杂合子/基因型;③探究基因所在位置。这些考向根本上都是对遗传规律的应用,熟练掌握教材中的知识和科学家的研究方法便可轻松应对。常用的设计实验方法如图5:

图4 剖析突破图解

图5 遗传模块设计实验方法

【解题模板】

例6.(2018·全国Ⅱ卷·32)某种家禽的豁眼和正常眼是一对相对性状,豁眼雌禽产蛋能力强。已知这种家禽的性别决定方式与鸡相同,豁眼性状由Z染色体上的隐性基因a控制,且在W染色体上没有其等位基因。回答下列问题:

(1)用纯合体正常眼雄禽与豁眼雌禽杂交,杂交亲本的基因型为________;理论上,F1个体的基因型和表现型为________,F2雌禽中豁眼禽所占的比例为________。

(2)为了给饲养场提供产蛋能力强的该种家禽,请确定一个合适的杂交组合,使其子代中雌禽均为豁眼,雄禽均为正常眼。写出杂交组合和预期结果,要求标明亲本和子代的表现型、基因型。

(3)假设M/m基因位于常染色体上,m基因纯合时可使部分应表现为豁眼的个体表现为正常眼,而MM和Mm对个体眼的表现型无影响。以此推测,在考虑M/m基因的情况下,若两只表现型均为正常眼的亲本交配,其子代中出现豁眼雄禽,则亲本雌禽的基因型为________,子代中豁眼雄禽可能的基因型包括________。

【答案】(1)ZAZA,ZaW ZAW、ZAZa,雌雄均为正常眼 1/2 (2)杂交组合:豁眼雄禽(ZaZa)×正常眼雌禽(ZAW) 预期结果:子代雌禽为豁眼(ZaW),雄禽为正常眼(ZAZa) (3)ZaWmm ZaZaMm,ZaZamm

4.实验评价类

此类试题有明确的实验目的,并列举了解决问题的方案,有的还会给出相应的实验现象或者结果,如曲线、表格等,要求学生依据所掌握的生物学知识,评价已知方案的优缺点,说明原因或进一步设计出可行的方案,或者评价结果、推测实验结论等是否合理。主要考查学生对实验设计的严谨性和科学性的把握程度,并以此为媒介,引导学生探求解决问题的思路、方法,进一步培养学生的科学素养和实验思维能力,与实验分析类试题、实验设计类试题虽然在题目形式和具体要求上有差异,但在思考方法上相似。找到正确的评价角度,具备规范的语言表达能力、正确的思维角度和清晰的实验设计思路,便可解决此类问题。近五年的高考全国卷中均以选择题的形式进行考查,在一定程度上降低了解题难度。

【解题模板】

图6 实验评价角度的分析

例7.(2022·全国乙卷·4)某种酶P由RNA和蛋白质组成,可催化底物转化为相应的产物。为探究该酶不同组分催化反应所需的条件,某同学进行了下列5组实验(表中“+”表示有,“-”表示无)。

实验组①②③④⑤底物+++++RNA组分++-+-蛋白质组分+-+-+低浓度Mg2++++--高浓度Mg2+---++产物+--+-

根据实验结果可以得出的结论是

( )

A.酶P必须在高浓度Mg2+条件下才具有催化活性

B.蛋白质组分的催化活性随Mg2+浓度升高而升高

C.在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性

D.在高浓度Mg2+条件下蛋白质组分具有催化活性

【答案】C 该题为根据表格的实验结果得出正确的实验结论。实验目的是探究该酶不同组分催化反应所需的条件,自变量是酶的组分、Mg2+的浓度,因变量是产物的有无,底物为无关变量。第①组为空白对照组,其余均为实验组,由①③⑤可得出结论:蛋白质组分无催化活性;由①②④可得出结论:在高浓度Mg2+条件下RNA组分具有催化活性。

三、总结