精編習題 發展素養 提升復習效率
——以“物質跨膜運輸的方式”為例

河北

學科核心素養是學生后天習得的終身受益成果，是學生在解決真實情境中的生物學問題時所表現出來的必備品格和關鍵能力。在復習課教學中，要培養學生的關鍵能力，發展學科核心素養，教師需要依據《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課程標準》），參照《中國高考評價體系》命題要求，編制高質量的習題，讓學生在主動參與學習活動中通過動手、動腦的探究學習過程來實現。現筆者以高中生物學教材人教版必修1 第4 章第3 節“物質跨膜運輸的方式”復習為例，對生物新高考模式下課堂復習教學中選編習題及習題的教學導向作用進行淺析，以供教師們參考。

1.利用設計真實情境試題，發展科學思維能力

“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。在教學中，教師可通過為學生創設真實情境的習題，利用情境活動，培養學生在情境中運用所學知識，用歸納與概括、演繹與推理和批判性思維等科學方法探討、闡釋生命現象及規律，發展學生學科核心素養。

【例1】馬鈴薯（俗稱土豆）塊莖中含有豐富的膳食纖維，有促進胃腸蠕動，疏通腸道作用，是北方日常食用的蔬菜。由于馬鈴薯材料易于獲得，已成為高中生物實驗的常用材料之一。某科學研究興趣小組利用打孔器將A、B 兩個品種的馬鈴薯從中部打出相同的孔洞，放入適量且等量的某一濃度的蔗糖溶液，使兩個孔洞中蔗糖溶液初始高度相同，一段時間后液面變化如圖1 所示。

分析回答問題：

（1）該生物興趣小組實驗的目的是___________________________。

（2）A 品種馬鈴薯出現圖示結果的外因是________________。水分子通過__________的方式進入A 馬鈴薯細胞，引起馬鈴薯鮮重變化。隨著處理時間延長，該馬鈴薯鮮重不再變化時，馬鈴薯細胞的滲透壓比處理前的__________。馬鈴薯鮮重不再變化時細胞水分進出情況如圖2__________所示。

圖2

（3）該科學研究興趣小組為研究細胞膜等生物膜的特性，比較了B 品種馬鈴薯細胞膜和人工膜（雙層磷脂）對多種物質的通透性，結果如圖3。

圖3

分析：

①圖3 中水分子進出B 品種馬鈴薯細胞膜方式______（填“是”或“不是”）自由擴散，說明你判斷的理由：______________________。

②B 品種馬鈴薯細胞膜對K+、Na+、Cl-的通透性不同，說明_____________________。

③甘油、CO2、O2等物質通過該品種馬鈴薯細胞膜的擴散速率不同，說明__________________可能影響其通過人工膜的擴散速率。

【參考答案】（1）探究A、B 兩品種馬鈴薯細胞液濃度大小 （2）外界（蔗糖）溶液濃度大于細胞液濃度，導致馬鈴薯塊莖失水 自由擴散 高 乙（3）①不是 圖3 中水分子在細胞膜中的通透性與人工膜的通透性不同 ②細胞膜具有選擇透過性 ③分子大小

【試題分析與教學導向】本題以學生日常生活中的食材——馬鈴薯塊莖為素材，以細胞的吸水和失水實驗為情境，考查細胞通過滲透作用吸水與失水的原因，以及細胞膜的功能特性，主要考查學生基于生物學事實，運用所學知識和科學思維方法認識事物、解決問題的能力，培養學生歸納與概括能力和批判性思維。第（1）問要求學生能根據題干提示的實驗過程及結果信息，概括出實驗目的。由于實驗中使用的是不同品種的馬鈴薯塊莖和同一種濃度的蔗糖溶液，實際是相當于一個滲透裝置，根據實驗結果可以概括出實驗目的是“探究A、B 兩品種馬鈴薯細胞液濃度大小”。第（2）問是實驗分析過程，A 品種馬鈴薯失水的外因是外界（蔗糖）溶液濃度大于細胞液濃度，導致馬鈴薯塊莖失水，水分子通過自由擴散進出細胞，當A 馬鈴薯鮮重不再變化時，由于馬鈴薯細胞失水，滲透壓比處理前的要高，此時水分子進出細胞速率相等，情況如圖2 中乙所示。第（3）問主要考查學生的批判性思維。通過分析圖3 可知，B 品種馬鈴薯細胞膜和人工膜對水分子的通透性不同，說明水分子進出B 品種馬鈴薯細胞膜方式不是自由擴散；細胞膜對K+、Na+、Cl-的通透性不同，說明細胞膜具有選擇透過性；甘油、CO2、O2等物質以自由擴散方式通過細胞膜，但擴散速率不同，說明分子大小可能影響其通過人工膜的擴散速率。

通過實踐應用，顯示本題的編制符合《課程標準》要求的“試題素材應貼近學生生活實際，以真實問題情境組織命題，應注重考查學生綜合運用所學知識和技能解決問題的能力”，對發展學生學科核心素養中的生命觀念和科學思維具有較為典型的導向作用，能使學生加深對滲透作用、自由擴散等概念的理解和掌握，拓展了學生對水分子進出細胞方式的認知，加深了學生對細胞膜功能的理解。

2.通過創設實驗情境題，引導學生回歸教材實驗

“科學探究”是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力。教師可通過創設探究性學習情境，引導鼓勵學生進行觀察、思考、提問，并在提出的假設基礎上進行探究活動方案的設計和實施，有利于引導學生重視探究性學習的完成與交流，培養學生團隊合作能力和創新能力。

【例2】植物葉片表皮上分布有大量的氣孔，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、預測實驗結果并作出解釋。

（1）實驗材料與主要用具：_________________________________。

（2）實驗步驟：_________________________________。

（3）預測實驗結果并作出解釋：________________________________。

【參考答案】

（1）菠菜、清水、0.3 g/mL 蔗糖溶液、蓋玻片、載玻片、顯微鏡、吸水紙、滴管、鑷子等 （2）實驗步驟：①取菠菜時，用鑷子剝取表皮。②在載玻片上滴一滴清水，將表皮放入清水，蓋上蓋玻片，制成臨時的裝片。③將臨時裝片放在顯微鏡載物臺上，先在低倍鏡下找到氣孔，移動到視野中央，再換高倍鏡進行觀察，記錄觀察到的氣孔狀態。④在蓋玻片的一側滴上0.3 g/mL 蔗糖溶液，在另一側用吸水紙吸取蓋玻片下的液體，反復幾次。⑤繼續觀察氣孔的變化，并做記錄 （3）預測實驗結果并作出解釋：在清水中氣孔應開啟，因為當細胞液濃度大于細胞外溶液濃度時，保衛細胞吸水膨脹變形，氣孔開啟；在蔗糖溶液中氣孔應關閉，因為當細胞液濃度小于細胞外溶液濃度時，保衛細胞失水收縮，氣孔關閉

【試題分析與教學導向】本題以植物葉片表皮氣孔開啟與關閉為情境，考查學生對人教版必修1 教材中質壁分離與復原實驗的理解與掌握程度，考查學生實驗分析與設計能力。根據題干“請以放置一小段時間的菠菜為材料”可知，實驗材料菠菜應該處于失水的萎蔫狀態，將其表皮細胞置于清水中保衛細胞會吸水膨脹，引起氣孔開啟，若將開啟的氣孔結構置于0.3 g/mL 蔗糖溶液中，其保衛細胞會因為細胞液濃度低于外界溶液濃度而發生滲透失水，導致細胞收縮，氣孔關閉。上述整個觀察過程需要借助于顯微鏡，所以材料用具中除菠菜外，最重要的是顯微鏡。

本題的難點在于首先學生要對教材中的實驗熟悉，再分析題目提供的“材料的氣孔處于關閉狀態”的信息，進而設計實驗步驟并進行分析。本題設置的目的是在例1 基礎上進一步通過實驗來探究成熟植物細胞中的滲透作用以及發生滲透作用的條件，引導學生重視教材實驗的實驗原理、實驗材料、實驗步驟及實驗結果分析，在復習中重視對教材實驗及其他主干知識的回歸。

3.通過引導學生構建模型，提升析題能力

模型是人們按照特定的科學研究目的，在一定的假設條件下，再現原型客體的某種本質特征（如結構、功能、關系和過程等）的物質形式或思維形式的類似物。模型方法作為一種現代科學認知手段和思維方法，在高中生物教學中得到了廣泛應用，“模型與建模”是高中生物學學科核心素養中運用科學思維的重要方法之一，在某種意義上，通過模型構建活動，能讓學生加深對生物學概念、原理、過程等的理解和掌握，模型也逐漸成為近幾年高考命題的重要模式之一。

【例3】細胞膜的選擇透過性保證了細胞內相對穩定的微環境。細胞通過細胞膜不斷與外界環境進行物質交換，保障細胞及個體正常生命活動的進行。分析回答下列問題：

（1）圖5 為氨基酸和Na+進出腎小管上皮細胞的示意圖，圖6 表示甲、乙兩種小分子物質在細胞內外的濃度情況。

圖5

圖6

請辨析下列說法：

①圖6 中的乙物質從胞內運輸至胞外的方式可能與Na+運入腎小管上皮細胞的方式相同

②圖5 中氨基酸進出腎小管上皮細胞的方式不同，但運輸的載體蛋白相同

③氨基酸運出腎小管上皮細胞和圖6 中的乙物質從胞外運進胞內都受載體蛋白數量的限制

④如果圖6 中的兩種物質表示CO2和O2在漿細胞內外的分布，則甲為O2，乙為CO2

（2）研究發現，在小腸絨毛的微絨毛面存在著兩種運輸葡萄糖的載體——SGLT1 和GLUT2，前者是主動轉運的載體，后者是被動運輸的載體。科學家通過體外實驗，根據不同葡萄糖濃度下的吸收速率繪制出如圖7 所示的曲線。

圖7

回答下列問題：

①SGLT1 介導的葡萄糖運輸速率曲線是_________（填“1”或“2”），理由是_______________________________________________。

②據圖7 分析，未離體的小腸絨毛細胞內葡萄糖濃度______（填“大于”“小于”或“等于”）20 mM。

（3）a.Na+b.二氧化碳 c.RNA d.胰島素

以上四種物質中，最可能以主動運輸方式通過胰島B細胞的是_________，請設計實驗對你的觀點進行探究，寫出實驗思路及預測結果和結論。

【參考答案】（1）①圖6 中乙物質運出細胞為順濃度梯度運輸，可能為協助擴散或自由擴散，由圖5 可知Na+運入腎小管上皮細胞的方式為協助擴散，故該說法正確；②圖5 中氨基酸進出腎小管上皮細胞的方式分別為逆濃度梯度的主動運輸和順濃度梯度的協助擴散，所需的載體蛋白不同，該說法錯誤；③氨基酸運出腎小管上皮細胞為協助擴散，圖6 中的乙物質從胞外運進胞內為逆濃度梯度運輸，為主動運輸，二者都受載體蛋白數量的限制，該說法正確；④如果圖6 中的兩種物質表示CO2和O2在漿細胞內外的分布，由于兩種氣體都是通過自由擴散方式運輸的，但O2在細胞外濃度高，CO2在細胞內濃度高，故甲為O2，乙為CO2，該說法正確。（2）①2 能在環境中葡萄糖濃度較低時進行運輸 ②小于

（3）a 實驗思路：將來源于同一器官、生理狀態相同的胰島B 細胞平均分為兩組，甲組放在有氧條件下培養，乙組放在無氧條件下培養，其他條件相同且適宜，培養一段時間后，分別測定細胞對Na+的吸收速率。預測結果及結論：若甲組細胞對Na+的吸收速率大于乙組，則說明Na+的跨膜運輸方式為主動運輸；若甲組和乙組細胞對Na+的吸收速率大致相同，則說明Na+的跨膜運輸方式為協助擴散。

【試題分析與教學導向】本題通過細胞模式圖、坐標曲線圖引導學生分析不同物質跨膜運輸的方式及特點，考查學生獲取信息、分析問題的能力，并引導學生構建物質跨膜運輸概念圖模型（如圖8 所示），通過模型索引相關知識，從而提升解題能力。第（1）問考查析圖比較能力，通過分析比較同種物質和不同種物質進出細胞的特點，要求學生能概括出每種物質跨膜運輸特點及影響因素，并且通過該題還可以拓展不同種物質進出同一細胞時，不僅運輸方式不同，還存在是否直接消耗ATP 的問題，達到發散學生思維，培養批判思維，讓學生理解生命活動的復雜性的目的。第（2）問主要考查學生識圖分析能力和語言表達能力。根據題干信息，SGLT1 載體運輸葡萄糖的方式為主動運輸，能使細胞根據生命活動的需要主動從環境中獲取營養物質，根據主動運輸特點，可以看出圖7 中曲線2 在葡萄糖濃度較低環境時就可以進行轉運，而曲線1 反映出的運輸方式需要環境中葡萄糖達到一定濃度才可進行，故可以推斷出圖7 中曲線2 代表的轉運方式為主動運輸。通過分析圖7 中曲線1，可以看出未離體的小腸絨毛細胞內葡萄糖濃度小于20 mM，可以保持胞外葡萄糖濃度高于胞內葡萄糖濃度，進行順濃度梯度運輸。第（3）問是對前兩個問題的進一步應用和深化，考查實驗探究能力，四種物質中明顯只能是Na+最可能通過主動運輸進出細胞；證明是主動運輸還是被動運輸方式，最直接可行的方案是通過影響細胞能量代謝，觀察轉運速率是否變化。

圖8

通過對本試題的分析，教師可以引導學生自主構建相關模型（如圖8），讓學生體會模型構建過程和模型在分析問題、解決問題中的應用，體會模型是在解決具體問題中的一種思維方法，讓學生在今后的學習中學會自己根據信息構建模型，深化理解概念，發展生命觀念和科學思維。

4.理論與實踐相結合，樹立社會責任意識和勞動意識

“社會責任”是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力。對于高中教學而言，社會責任除了讓學生通過學習生物學知識，樹立造福人類的態度和價值觀，辨別迷信和偽科學，形成生態意識，參與環境保護實踐，宣傳健康生活和關愛生命等社會責任外，還應該結合本地資源開展科學探究實踐，體現生物學科在勞動生產實踐中的應用，強化學生的科學勞動意識，樹立創造性勞動的觀念和弘揚勞動精神。

【例4】分析回答下列與生產、生活實踐相關的生物學問題。

Ⅰ.生產實踐中將引起50%左右細胞發生初始質壁分離的濃度稱之為細胞液的等滲濃度。為研究甲地某植物能否移植到乙地生長，某生物科技小組設計了一個測定該地植物細胞液濃度的實驗方案，實驗結果如表所示：

（1） 該植物細胞的細胞液的等滲濃度為_____________。

（2）通過測定，該小組認為乙地適合該植物生長，則乙地土壤溶液濃度的范圍大致為_____________。

（3）如果再給你4 組實驗材料，請設計可以更精確地測定出細胞液的等滲濃度的方法_________________________。

Ⅱ.血漿中的部分成分經過腎小球的濾過作用（形成原尿）和腎小管的重吸收作用后最終成為尿液，圖9 為血糖濃度與單位時間血糖的濾過量和腎小管重吸收葡萄糖量的關系。

圖9

回答下列問題：

（1）健康人血糖值能維持在圖示中N 點左右，這主要是_________________（填激素名稱）的調節作用所致。

（2）據圖9，腎小管重吸收葡萄糖的速率最大約為________mg/min，限制該最大值的因素是_________________。

（3）血糖濃度超過T 點后，尿液中開始出現葡萄糖，據圖9分析其原因是______________________________________。與健康人相比，糖尿病人腎小管對水的重吸收更_________________，導致排尿較多。

【參考答案】Ⅰ.（1）0.5～ 0.6 mol/ L （2）0.3 mol·L-1＜土壤溶液濃度＜0.4 mol·L-1（3）分別配制濃度為0.52 mol/L、0.54 mol/L、0.56 mol/L、0.58 mol/L 的4 組外界溶液進行重復實驗 Ⅱ.（1） 胰島素和胰高血糖素 （2）300腎小管細胞膜上葡萄糖載體蛋白的數量 （3）血糖的重吸收速率達不到血糖濾過速率，原尿中未重吸收的葡萄糖成為尿液中的葡萄糖 少（或弱）

【試題分析與教學導向】本題以植物移栽和尿液形成為背景，考查細胞物質運輸方式及學生獲取信息和分析問題能力。在Ⅰ題的移栽實驗中，通過給出的“細胞液的等滲濃度”概念，要求學生根據表格讀出相關信息，推斷植物細胞液濃度的范圍為0.5～0.6 mol/L，進而推斷出適合該植物生長的乙地土壤溶液濃度必須小于該范圍，才能保障植物正常從土壤中吸收營養物質和水分。在Ⅱ題的尿液形成過程中，答題的關鍵是從圖9中讀取信息，其中第（3）問，尤其要求學生根據曲線信息組織出合適的語句進行規范表達，指出糖尿病人“三多一少”癥狀出現的原因。

本題主要引導學生將所學知識應用到生產、生活實踐中去，強化科學勞動意識，以及對與人體健康有關的疾病能正確解讀，宣揚科學知識，辨別迷信和偽科學，從而達到在教學實踐中樹立社會責任意識和勞動意識的育人目的。

總之，在復習中，教師要根據《中國高考評價體系》和《課程標準》的要求，通過精編（選）習題，體現高考命題的“基礎性、綜合性、應用性和創新性”的考查要求，使對學科核心素養的培養貫穿在整個教學活動中，突出重點，聚焦概念，讓學生在實踐活動中加深對生物學概念的理解，提升知識的應用能力，培養創新精神，提升分析問題、解決問題的能力，最終實現立德樹人的根本教育目標。