基于高考真題的生物學(xué)探究類實(shí)驗(yàn)的解析思路

（廣東省深圳市南山區(qū)華僑城中學(xué) 廣東深圳 518053）

1 高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)分類

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題是生物學(xué)高考中的必考題，不管是常規(guī)實(shí)驗(yàn)還是遺傳類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都會(huì)在高考中占有一定比例。此類題目的回答需要學(xué)生有比較強(qiáng)的材料理解能力、邏輯思維能力和語言表達(dá)能力，同時(shí)還需要學(xué)生有一定的生物學(xué)背景知識(shí)，才能比較正確地解答出來。不過總的來看，實(shí)驗(yàn)類題目是高考中相對(duì)比較難、得分率比較低的試題。

在人教版高中生物學(xué)的必修部分約有20個(gè)實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)可以分為四類：①觀察類實(shí)驗(yàn)，如觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布；②鑒定類實(shí)驗(yàn)，如檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)；③驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)，如必修2中性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)；④探究類實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)數(shù)目較多，占生物必修實(shí)驗(yàn)的1/3，如探究生長(zhǎng)素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度。在高考試題中的實(shí)驗(yàn)考查主要是驗(yàn)證類和探究類。從近五年的全國Ⅰ卷高考真題分析中可以看出，探究類實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)和完善是主要考查內(nèi)容。另外，探究類實(shí)驗(yàn)也是落實(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)下生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)探究的重要載體。

2 探究類實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

探究類實(shí)驗(yàn)和其他實(shí)驗(yàn)類型不同的最大特點(diǎn)在于它是用來探索未知的。生物學(xué)知識(shí)的獲得就是歷代生物學(xué)家在觀察生命現(xiàn)象、設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、探究生命科學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)上不斷總結(jié)獲得的。探索未知就是在創(chuàng)造認(rèn)識(shí)。探究類實(shí)驗(yàn)往往都含有一個(gè)預(yù)定假設(shè)，而這個(gè)假設(shè)又不是隨機(jī)的，是基于一定的知識(shí)背景和實(shí)驗(yàn)原則所得出。例如，探究植物細(xì)胞的失水和吸水實(shí)驗(yàn)，學(xué)生首先要對(duì)滲透作用及其發(fā)生條件有一定的了解，才能提出問題并做出假設(shè)。驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)往往是對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行再次確認(rèn)，具有唯一性；探究類實(shí)驗(yàn)的結(jié)論則需要進(jìn)行探討分析。設(shè)計(jì)探究類實(shí)驗(yàn)時(shí)，要對(duì)結(jié)果保持可能性探討。基于這些因素，所以在解答探究類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)也就有自己的特點(diǎn)。

3 探究類實(shí)驗(yàn)的解題分析

3.1 探究類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟

以2018年全國Ⅱ卷理綜生物29題為例來探討高考中探究類實(shí)驗(yàn)的題目分析以及解析思路。題目部分內(nèi)容如下：

為研究垂體對(duì)機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的作用，某同學(xué)用垂體切除法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，用幼齡大鼠為材料，以體重變化作為生長(zhǎng)發(fā)育的檢測(cè)指標(biāo)。請(qǐng)完善下面的實(shí)驗(yàn)步驟：

①將若干只大鼠隨機(jī)分為A、B兩組后進(jìn)行處理，A組（對(duì)照組）的處理是________，B組的處理是________。

②將上述兩組大鼠置于相同的適宜條件下飼養(yǎng)。

③________________________________________。

④對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理與分析。

參考答案：

①手術(shù)但不切除垂體 切除垂體

③每隔一定時(shí)間，測(cè)定并記錄兩組大鼠的體重

對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，首先要從材料中分析出實(shí)驗(yàn)類型、目的、材料方法、原理或觀察指標(biāo)：①實(shí)驗(yàn)類型：這道題的實(shí)驗(yàn)類型從題干中的“研究”二字可以得出是屬于探究類實(shí)驗(yàn)。②實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕绢}是探討垂體對(duì)機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的作用。③實(shí)驗(yàn)材料：即幼齡大鼠。④實(shí)驗(yàn)方法：題目中已給出采用垂體切除法。⑤實(shí)驗(yàn)原理或者觀察指標(biāo)：本題中提到檢測(cè)體重變化，觀察指標(biāo)是實(shí)驗(yàn)原理的外在體現(xiàn)。對(duì)于沒有直接給出實(shí)驗(yàn)原理的題目，也可以找到觀察指標(biāo)。不過，有的實(shí)驗(yàn)題既沒有觀察指標(biāo)，也沒有實(shí)驗(yàn)原理，這時(shí)實(shí)驗(yàn)原理的確定取決于考生自身的知識(shí)背景。當(dāng)學(xué)生了解到這幾個(gè)內(nèi)容以后，還剩下一個(gè)關(guān)鍵的是實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的考查更多就是考查實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)的能力。

為了更好地歸納探究類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)步驟，題目的標(biāo)準(zhǔn)答案已經(jīng)給出，從中可以總結(jié)出這樣幾個(gè)重要的基本步驟。

①取材分組。題目中的取若干大鼠隨機(jī)分為兩組指的就是這一環(huán)節(jié)。探究類實(shí)驗(yàn)首先有要探究的內(nèi)容，即實(shí)驗(yàn)組。不過，實(shí)驗(yàn)組要想有結(jié)論就必然要同對(duì)照組比較，所以第一步是取材分組。這題是取若干大鼠隨機(jī)分為A和B兩組，并指出A為對(duì)照組，B為實(shí)驗(yàn)組。

②實(shí)驗(yàn)處理。分組完成以后要對(duì)對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組分別進(jìn)行處理。這個(gè)處理涉及到題目中的實(shí)驗(yàn)方法，也就是用指定的方法進(jìn)行處理。對(duì)于本題來說，是對(duì)實(shí)驗(yàn)組切除垂體而對(duì)照組手術(shù)但不切除，處理的內(nèi)容稱為自變量X。

③現(xiàn)象觀察。自變量X處理完后會(huì)引起一些變化。實(shí)驗(yàn)探究就是從這種變化的對(duì)比中得出結(jié)論。所以，第三步是要觀察處理后的現(xiàn)象，也稱之為因變量Y。不過，這個(gè)環(huán)節(jié)最重要的是找到觀察指標(biāo)，在本題中就是大鼠體重的變化，觀察指標(biāo)背后實(shí)際是實(shí)驗(yàn)原理的體現(xiàn)。

④結(jié)論分析。探究類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的結(jié)論分析要從兩個(gè)方面考慮，即A＞B和A＜B。有時(shí)，還要考慮A=B的情況。這是探究類實(shí)驗(yàn)探索未知的特點(diǎn)所決定的，不能只假定一個(gè)結(jié)論。對(duì)于本題來說，A=B意味著垂體對(duì)機(jī)體的生長(zhǎng)沒有影響；A＞B則意味著垂體對(duì)機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育是起促進(jìn)作用的。

3.2 探究類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則

上述四個(gè)環(huán)節(jié)是探究類實(shí)驗(yàn)的基本設(shè)計(jì)步驟。不過僅僅只有這幾個(gè)步驟還不能說是一個(gè)比較完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。要想得到比較確切的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)步驟還需要非常嚴(yán)謹(jǐn)，除了符合基本的實(shí)驗(yàn)原理之外，還應(yīng)注重一些實(shí)驗(yàn)原則的應(yīng)用。

①對(duì)照原則。對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組就是遵循了對(duì)照原則，嚴(yán)格說沒有對(duì)照就沒有實(shí)驗(yàn)，對(duì)照是為了實(shí)驗(yàn)組得到結(jié)論。

②多次重復(fù)原則。本題如果回答成取兩只大鼠分為兩組，標(biāo)記為A和B，其中A為對(duì)照組，B為實(shí)驗(yàn)組，就不確切了。因?yàn)椋恢淮笫蟮捏w重變化誤差較大，而若干大鼠體重變化的平均值則相對(duì)較為準(zhǔn)確，即多次重復(fù)原則的體現(xiàn)。

③單一變量原則。對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組之間只有一個(gè)變量，本題的對(duì)照組A如果寫成不做處理，則就不遵從單一變量原則。因?yàn)椋瑢?shí)驗(yàn)組B中的手術(shù)切除垂體實(shí)際是包含兩個(gè)變量：手術(shù)本身以及垂體的切除。A組進(jìn)行手術(shù)但不切除垂體，則是排除了手術(shù)本身的影響，從而保證實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組只有一個(gè)變量。

④等量原則。本題實(shí)驗(yàn)中的變量是垂體的有無，如果是探討某種試劑或者藥物對(duì)于機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的影響，則要考慮到實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組處理的用量應(yīng)該是一樣，只保留處理時(shí)所添加的物質(zhì)不同。

⑤無關(guān)變量。在實(shí)驗(yàn)處理后，一般要進(jìn)行一段時(shí)間的觀察和培養(yǎng)才能進(jìn)行現(xiàn)象觀察。此時(shí)，要保證實(shí)驗(yàn)對(duì)象處于相同的條件，以排除如溫度等其他無關(guān)變量的干擾。

⑥科學(xué)性原則。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本身要有一定科學(xué)性，如前面所述探究類實(shí)驗(yàn)的假設(shè)不是隨意的，而是基于一定的科學(xué)背景知識(shí)，這個(gè)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的前提。

基于以上，筆者將探究類實(shí)驗(yàn)的解題思路歸結(jié)為四大步驟和六大原則（圖1）。在取材分組環(huán)節(jié)，學(xué)生要注意科學(xué)合理性以及多次重復(fù)原則；在實(shí)驗(yàn)處理環(huán)節(jié)，要注重單一變量、等量原則以及排除無關(guān)變量的干擾；在現(xiàn)象觀察環(huán)節(jié)，如果不能很快得到結(jié)果時(shí)要注重在相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)或生長(zhǎng)一段時(shí)間；最后的結(jié)論分析環(huán)節(jié)要有多種可能性的討論。

圖1 高中生物學(xué)探究類實(shí)驗(yàn)解析思路

另外，要先從實(shí)驗(yàn)試題中抽取實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)原理，是因?yàn)檫@些內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟中的取材分組、實(shí)驗(yàn)處理和現(xiàn)象觀察是一一對(duì)應(yīng)的。取材分組要根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)驗(yàn)處理要采用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法，而現(xiàn)象觀察就是實(shí)驗(yàn)原理的外在體現(xiàn)，最后的結(jié)論分析也就相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這些環(huán)節(jié)加在一起也就是一份初步的探究類實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)題的考查不僅是對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的檢驗(yàn)。同時(shí)，也是以實(shí)驗(yàn)作為載體，考查學(xué)生根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)材料和條件去驗(yàn)證生物學(xué)知識(shí)和探索未知的能力，對(duì)促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)的思維模式和養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度具有重要意義。在歷年高考中還有一部分實(shí)驗(yàn)題是關(guān)于遺傳類計(jì)算，不過本文中的探究類實(shí)驗(yàn)解析思路側(cè)重于非遺傳題部分，同時(shí)如果將最后步驟的結(jié)論分析調(diào)整為確定的已知結(jié)論則也可以用于驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)的解題。