基于科學探究的高考生物實驗題分類及解題策略

陳英水

摘 要：實驗和探究能力是高考理科綜合能力考試目標之一，生物實驗題是理科綜合能力測試和生物單科考試最重要的題型之一.由于新課程倡導自主、合作、探究學習，筆者通過對高考生物實驗題進行詳細研究，結合2009年生物學科考試大綱中“實驗和探究能力”具體要求，從科學探究一般過程出發對高考生物實驗題型進行更合理分類，并對每一類型試題的常見考點及解題策略，以有代表性的高考試題為例題的形式予以分析，以供同行和學生參考.

關鍵詞：科學探究；生物實驗題；分類；解題策略

實驗和探究能力是高考理科綜合能力考試目標之一，生物實驗題是理科綜合能力測試和生物單科考試最重要的題型之一.實驗題形式變化多，許多同學覺得無以應對.許多老師做了大量的工作，對實驗題的類型和解題策略進行了大量的研究，得出許多有實用價值的研究成果.但是，因分類依據不是十分明確，分出的實驗題類型比較混亂.新課程倡導自主、合作、探究學習，筆者認為從科學探究的一般過程對高考生物實驗題進行分類，更具合理性.因此，本文就從科學探究一般過程對高考生物實驗題進行分類，并對每一類的解題策略，以有代表性的高考試題為例題的形式予以粗淺的分析.

一、科學探究的一般過程介紹

科學探究的一般過程包括提出問題、作出假設、設計實驗方案、實施實驗、分析實驗結果，若支持假設則建立某一理論，若否定假設則改進實驗設計再實驗或重新假設.可簡單地用圖1表示.

二、高考生物實驗題的分類

雖然新課程倡導探究性學習理念，但高考試題要求學生獨立完成全程性探究實驗的各個方面的可能性較小，要求學生對探究過程中的個別方面，也就是對某個局部進行科學的補充可能性較大.就目前的高考模式而言，只要求考生參加筆試，不要求實際操作.因此，通過分析歷年的高考試題結合科學探究的一般過程可將生物實驗題分為三類：

（一）實驗設計題

從科學探究一般過程看，實驗設計題包括讓“學生提出問題、作出假設和設計實驗方案”.實驗設計題是以給出材料為基礎（有些題材料要自選），根據現有條件，提出課題、作出假設、設計實驗程序、預測實驗結果，并對實驗結果進行合理的分析和解釋，以考查考生“使用恰當的方法驗證簡單的生物學事實”和“具有對一些生物學問題進行初步探究”的能力[1].該類試題能較好地反映考生的綜合素質（如收集處理信息的能力、語言表達能力、知識遷移能力與創新能力、實驗研究的方法和能力、邏輯思維的條理性與嚴密性等），已成為當前命題的熱點.

（二）實驗結果分析題

從科學探究一般過程看，實驗結果分析題是指實施實驗方案后，對取得的實驗結果進行分析.實驗結果分析題最大的特點是實驗結果已經給出，以考察學生“對實驗現象和結果進行解釋、分析和處理”的能力.

（三）實驗評價題

從科學探究一般過程看，實驗評價題是指“否定假說，改進實驗設計，再試驗”. 此類題目具有明確的實驗目的，并列舉了解決問題的方案，要求學生依據所掌握的生物學知識，分析評價已知方案的優缺點，并說明原因或進一步設計出可行的方案，以考察學生“對一些簡單的實驗方案做出恰當的評價和修訂”的能力.此類試題主要考查學生對實驗設計的嚴密性和科學性的把握，并以此為媒介，引導學生探求解決問題的思路、方法，進一步培養學生的科學素質和實驗思維能力.

三、解題策略例析

（一）實驗設計題的解題策略例析

縱觀歷年理綜及單科高考題，實驗設計題常見考點有：課題名稱、實驗假設、實驗原理、實驗材料試劑和用具、實驗思路、實驗步驟、實驗測量與記錄（設計表格記錄數據）、實驗結果（或預期）與實驗結論等八方面內容.每一考點都有一定的解題技巧，具體如下：

1.課題名稱

【高考真題再現】（寧夏理綜）28題（II）.同一品種的西瓜種植在非生物因素相同的兩塊土地上，但單位面積產量差別很大，為了探究兩塊土地上產量不同的原因，請根據所學知識提出一個值得研究的課題（要求寫出課題的題目）.

【解題策略】如果試題需要寫出實驗課題，可直接讀取題干領會.實驗課題的格式有：“……的研究”，“探究……”，“……的影響”等.

【答案參考】病蟲害對西瓜產生影響的研究

2.實驗假設

【高考真題再現】（江蘇單科卷）42題（2）.工業生產中產生的SO2是酸雨（pH<56）形成的主要原因之一.有人設計實驗研究酸雨對植物的毒害作用.實驗過程如圖2所示（除圖中特別說明的外，其他條件甲、乙均相同）：

實驗結果表明，“酸雨”使植物葉片變黃，而對照實驗中的植物沒有變黃.該實驗說明酸雨對植物的生長發育有影響.

參照上述裝置和試劑以小麥種子為實驗材料嘗試設計實驗，探究2種不同pH的酸雨對種子萌發率的影響.①探究的問題：不同pH的酸雨對小麥種子萌發率的影響.

②作出的假設：.

【解題策略】假設時注意以下四點：第一，假設的內容是由問題決定的.第二，假設的作出與你的基本預測有很大關系.如果你的基本預測是肯定的，你的假設就是肯定的假設；如果你的基本預測是否定的，你的假設就是否定的假設；如果你的基本預測是中立的，你的假設就是中立的假設.第三，假設在實驗之前沒有正確和錯誤之分，只有可檢驗和不可檢驗之分，因此，要求作出的假設是可以檢驗的.第四，我們作出假設的基本句式是“如果……，那么…….”“如果”后面跟的是你的基本預測，“那么”后面跟的是可觀察或計量的定義.本實驗題的問題是“2種不同pH的酸雨對種子萌發率有何影響？”，我們不知道不同pH的酸雨對種子萌發率有無影響，如果有影響，是積極的呢，還是消極的？所以，我們的預測可以是肯定的，也可以是否定的.另外，假設的可操作定義是種子的萌發率.

【答案參考】如果一定pH的酸雨對小麥種子萌發沒有影響，那么小麥種子萌發率沒有變化；如果一定pH的酸雨促進小麥種子萌發，那么小麥種子萌發率明顯升高；如果一定pH的酸雨抑制小麥種子萌發，那么小麥種子萌發率明顯下降.（任寫一種）endprint

3.實驗原理

【高考真題再現】（全國I）30（21分）.為了驗證胰島素具有降低血糖的作用，以小鼠活動狀況為觀察指標設計實驗.某同學的實驗方案如下：

①將正常小鼠隨機分成A、B兩組，觀察并記錄其活動狀況.

②A組小鼠注射適量胰島素溶液，B組注射等量生理鹽水.一段時間后，A組小鼠會出現四肢無力，活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，B組活動狀況無變化.

③A組小鼠出現低血糖癥狀后，分別給A、B兩組小鼠注射等量葡萄糖溶液.一段時間后，A組小鼠低血糖癥狀緩解，B組活動狀況無變化.

該實驗方案可以說明胰島素具有降低血糖的作用.請回答：

（1）該實驗原理是什么？

【解題策略】實驗原理是指實驗操作的依據和實驗結果的原因.因此，寫實驗原理一般按照三方面寫，一寫實驗組如何操作，二寫出現什么結果，三寫操作與結果對應的理論依據.

【答案參考】胰島素具有降低血糖的作用.體內胰島素含量過高時（實驗組如何操作），引起血糖下降（操作與結果對應的理論依據），機體出現活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀（出現什么結果）；補充葡萄糖溶液（實驗組如何操作），引起血糖上升（操作與結果對應的理論依據）此癥狀可以得到緩解（出現什么結果）.

4.實驗材料和用具選擇

【高考真題再現】（全國II）30（1）.植物葉片表皮上分布有大量氣孔，氣孔結構如圖4所示.當組成氣孔的細胞（保衛細胞）吸水后，會膨脹變形，氣孔開啟；反之，細胞失水收縮，氣孔關閉.請以放置一小段時間的菠菜為材料設計一個實驗，證明氣孔具有開啟和關閉的功能.要求寫出實驗材料與主要用具、實驗步驟、預測實驗結果并做出解釋.

【解題策略】一般試題會給出材料用具，但完全開放性試題要求根據實驗目的、原理和要求，自主選擇實驗材料和用具.如果材料是給定的，要考慮每一種材料和用具的作用，要根據實驗材料和用具來推斷實驗步驟.因為，有些實驗的操作方法可能有多種，而不同的方法需要不同的材料和用具.如果材料是自選的，也可以先確定實驗方法，根據實驗具體操作步驟來推斷實驗材料和用具.注意選材原則：①方便易得.②不要少用也不要多用.③為使對照實驗控制好變量，選材時植物宜選同一枝干的兩段或幾段、或長勢相同的植株，數量宜多不宜少，而且各株原來的生長環境也要相同；動物宜選物種相同、個體長勢相同、重量相等、性別相同、以往生長環境也相同的動物.

【參考】菠菜、清水、濃鹽水、蓋玻片、載玻片、顯微鏡、吸水紙、滴管、鑷子等.

5.實驗思路

【高考真題再現】寧夏理綜28題Ⅰ.將某種玉米子粒浸種發芽后研磨勻漿過濾，得到提取液.取6支試管分別加入等量的淀粉溶液后，分為3組并分別調整到不同溫度，如圖所示，然后在每支試管中加入等量的玉米子粒提取液，保持各組溫度30分鐘后，繼續進行實驗（提取液中還原性物質忽略不計）：

（1）、（2）小題略

（3）以上實驗的三種處理溫度不一定是玉米子粒提取液促使淀粉分解的最適溫度.你怎樣設計實驗才能確定最適溫度？（只要求寫出設計思路）

【解題策略】實驗設計思路是對自變量如何操縱、無關變量如何控制、因變量如何檢測作一個簡單的交代.

【答案參考】在20℃和100℃之間每隔一定溫度設置一個實驗組（操縱自變量），其它實驗條件保持一致（控制無關變量）.以反應液和上述試劑（或答碘液或答斑氏試劑或答斐林試劑）發生顏色反應的程度為指標（檢測因變量）確定最適溫度.

6.實驗步驟

【高考真題再現】（全國II）31.胰高血糖素對小白鼠和人具有相同的生理作用.為了驗證“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，請以小白鼠為實驗對象設計實驗步驟，預測和解釋實驗應出現的結果，并寫出實驗結論.

【解題策略】實驗步驟一般按以下四步進行，

第一步：分組編號，作好實驗準備.即將材料用具用1、2、3…等進行分組標號.

第二步：設置對照，操縱實驗變量.即在正常基礎上對自變量進行“加”、“減”或“改變”.

第三步：同條件處理，控制無關變量.即進行其他條件相同且適宜處理.

第四步：觀察比較，檢測反應變量.根據反應變量，反應或培養一段相同時間后，尋找具有可操作性的觀察指標（如果反應指標和觀察指標不同，還要進一步處理，如加入指示劑，借助顏色反應或儀器輔助才能觀察）.

注意：在操縱實驗變量和控制無關變量時要學會用“等量且適量、相同且適宜”.

【答案參考】（1）將兩支試管分別編號為1號和2號，各加入等量的班氏糖定性試劑.

（2）確定1只鼠為實驗鼠，腹腔注射胰高血糖素溶液；另一只鼠為對照鼠，腹腔注射等容量生理鹽水.（3）在相同且適宜的環境下飼養1小時后，對兩只小白鼠采尿液，實驗鼠尿液放入1號試管內，對照鼠尿液放入2號試管內.（4）將兩支試管搖勻后，放入盛有開水的燒杯內加熱煮沸，待冷卻后，觀察兩支試管溶液顏色的變化.

7.設計表格記錄數據

【高考真題再現】（上海卷）.某生物學興趣小組開展“不同濃度香煙浸出液對水蚤的影響”的課題研究.他們已將香煙和蒸餾水按照1：1的重量比浸泡24h，過濾后的濾液作為原液.如果你是其中一員，請回答：1）、2）、3）小題略

4）設計1張表格用于在實驗時記錄數據.

【解題策略】一張記錄數據的表格包含以下三方面內容：表格名稱、表格工作區的行和列.表格的名稱是根據實驗目的而定的，基本句式是××記錄表.表格工作區的行與列則對應于實驗變量和反應變量，實驗變量可以用組別代替.要注意：①表格工作區是預留給實驗者真實記錄數據的，而不是造出數據來填的.②切勿忘記給表格添上名稱.endprint

8.實驗結果預期、解釋與結論

【高考真題再現】（全國II）31（見“實驗步驟”處）

【解題策略】（1）實驗結果也就是一種實驗現象，而實驗結論是根據實驗現象推導出來的，實驗解釋是分析實驗結果出現的原因，三者不能混淆.做題時一定要看清題目要求，問的是實驗結果還是結論，二者要分開來答.（2）探究性實驗的實驗結果預期要對應假設進行分類討論并得出相應的結論.其基本句式也是“如果……，那么…….” “如果”后面跟的是預測的現象，“那么”后面跟的是相應的結論.如：①如果實驗組和對照組無顯著差異，那么實驗變量無影響；②如果實驗組比對照組好，那么實驗變量有利；③如果實驗組比對照組差，那么實驗變量不利.驗證性實驗的實驗結果是已知的，只要根據實驗原理確定已知實驗結果，并對實驗結果進行準確描述，再對應實驗目的做出肯定結論.

【答案參考】實驗預測、解釋：l號試管中應該出現磚紅色沉淀（現象），表明實驗鼠尿液中有葡萄糖（解釋）；2號試管中仍為藍色溶液（現象），表明對照鼠尿液中無葡萄糖（解釋）.

實驗結論：實驗鼠血糖升高，超過一定數值而出現糖尿，是胰高血糖素具有升高血糖的生理作用所引起的.

（二）實驗結果分析題的解題策略例析

實驗結果分析類試題的特點是實驗方法、結果已知，常見考點是解釋實驗方法、結果和根據實驗結果得出實驗結論.這類題目理論知識一般是以高中生物教材上的有關理論為知識背景，但實驗的材料、實驗的方法和步驟往往是書本外的，題目的情境設置很新穎.但只要撩開新情境的面紗，抓住實驗的基本原理和實驗結果，結合所學的理論知識，就不難得出正確的答案.

【高考真題再現】（全國高考廣東、河南、廣西卷生物試題）用蛋清制備一定量的混濁液，然后用其進行下列實驗.實驗處理和結果如下表所示.根據實驗結果回答：

（1）A酶發揮作用所需要的pH環境為_；B酶發揮作用的pH環境為.

（2）第4管和第8管液體不發生變化的原因是.

（3）如果第2管反映的是胃內的消化過程，那么A酶是，蛋清的分解產物主要是.

【解題策略】

1. 縱觀全題，審清題意

實驗題的邏輯性是很強的，題目中的每一個條件，每一個步驟，都有著緊密的聯系.所以，遇到實驗題時，不要草草讀完題目就急于動筆，應沉住氣，通讀全題，仔細分析題目的每一個條件，每一個問題，把握好題目前后的相關性，對題意做到一個總體的了解，找出解題的方向.

2.聯系課本有關知識弄清實驗原理

解答本題必須具備關于酶的特性和蛋白質消化的基礎知識.酶的化學本質是蛋白質，在高溫下易變性而失去活性，所以，煮沸后冷卻的酶無催化能力.酶活性的發揮需要適宜的條件，如適宜的pH，并且每種酶都有各自適宜的pH范圍.蛋白質在胃、胰蛋白酶的作用下分解為多肽，在肽酶的作用下可分解為氨基酸.

3.分析變量，得出結論

實驗的自變量既有溫度又有酸堿度還有酶的種類，分析的時候是一定要遵循單一變量原則，即一個自變量對應一個因變量[2].如實驗一，研究的是A酶，可選擇試管2分別與1、3、4號比較分析.試管2號和1號比較自變量是A酶的有無，實驗結果的差異說明A酶的作用能催化蛋清渾濁液分解.試管2號和3號比較自變量是PH的差別，實驗結果的差異說明A酶適于在酸性環境中發揮作用.試管2號和4號比較自變量是溫度的差別（是否煮沸），實驗結果的差異說明A酶煮沸后失活.

【答案參考】（l）酸性；堿性.（2）高溫煮沸使A酶及B酶均失去活性（或答酶失去活性）.（3）胃蛋白酶；多肽.（4）能吸收；蛋清已被分解成氨基酸.

（三）實驗評價題解題策略例析

實驗評價題的特點依據已知實驗目的、原理和材料用具設計好實驗方案，要求學生依據所掌握的生物學知識，分析評價已知方案的優缺點，并說明原因或進一步設計出可行的方案.常見的考點有兩類：一是評價不足，二是設計可行方案.實驗評價題與實驗設計類試題雖然在題目形式和具體要求上有些差異，但在思考方法上非常相似，若有清晰的實驗設計思路，往往也就具備了較強的實驗評價能力.

【高考真題再現】（全國II）1.為驗證“鎂是植物生活的必需元素”，三位同學進行了實驗設計，下列是實驗的基本思路.請分別指出三個實驗思路能否達到實驗目的，為什么？再寫出你的設計思路.

（1）實驗一：取生長狀況一致的大豆幼苗，用符合實驗要求的容器進行培養.對照組容器內只盛有蒸餾水，實驗組盛有用蒸餾水配制的鎂鹽溶液.兩組置于相同的適宜條件下培養，并對溶液通氣，觀察比較兩組植物的生長發育情況.

（2）實驗二：取生長狀況一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均勻，容器符合實驗要求），對照組澆以蒸餾水，實驗組澆以蒸餾水配制的鎂鹽溶液，兩組置于相同的適宜條件下培養，觀察比較兩組植物的生長發育情況.

（3）實驗三：取生長狀況一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均勻，容器符合實驗要求），對照組澆以含有植物必需的各種元素的完全營養液，實驗組澆以不含鎂離子的完全營養液，兩組置于相同的適宜條件下培養，觀察比較兩組植物的生長發育情況.

（4）下面由你進行實驗設計，請寫出你的設計思路.

【解題策略】

1.評價不足

步驟一、首先看有無對照實驗：如果無添加對照組，如果有→步驟二

步驟二、再看是否單一變量：在實驗中除實驗變量外，其他條件都必須一致，特別注意實驗過程中是否會因添加試劑、或進行某個操作而引起控制條件的不一致性.例如研究溫度對酶活性影響，則溫度為變量.除單一變量溫度外，其他條件應完全一樣.還要注意等量性原則——每次實驗所加試劑的量要相等.實驗控制時間的一致性.實驗條件的一致性等等.

步驟三、如果是單一變量，則看實驗原理、實驗操作、語言敘述等是否有錯誤.

2.設計可行方案

將原方案中不足之處改正過來就是合理的實驗方案了.

【答案參考】

（1）不能；蒸餾水和鎂鹽溶液均缺乏植物必需的礦質元素而使兩組植物生長均不正常.

（2）不能；因為兩組容器內的砂性土壤中都可能含有鎂離子.

（3）不能；因為兩組容器內的砂性土壤中都可能含有鎂離子.

（4）取生長狀況一致的大豆幼苗，用符合實驗要求的容器，對照組盛有含植物必需的各種礦質元素的完全營養液，實驗組盛有不含鎂離子的完全營養液，兩組置于相同的適宜條件下培養，并對溶液通氣.觀察比較兩組植物的生長發育情況.

四、實踐與反思

學生答實驗題時存在的主要問題有：對實驗題有畏懼感，導致失分；未掌握實驗題解題一般方法和技巧；缺乏理性思維和批判性思維，思維嚴密性和邏輯性不足；缺乏良好的語言組織和表達能力等.

通過以上解題策略的指導，學生的上述問題在很大程度上得以解決.但是，生物實驗試題形式多樣、考察知識背景豐富，為此，要注意避免死板訓練，要在科學探究實踐的基礎上，明確實驗設計的基本原則，儲備經典的實驗方法和思維方法，靈活運用理性思維、批判性思維及相應的解題策略，才能有效提高學生的生物實驗能力與生物學核心素養.

參考文獻：

[1]朱曉林.生物實驗中應如何作出假設[J].中學生物教學，2015，（3）：35-37

[2]陸慶森.反應指標和觀察指標在生物實驗教學中的應用[J].中學生物教學，2014，（11）：29-31endprint