肖禮濤 江楹華 肖 彥

(1.江西省贛州市教育教學(xué)科學(xué)研究所 2.江西省贛州市第一中學(xué))

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題是考查學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的良好載體,在歷年高考試題中從不缺席。學(xué)生對(duì)此類試題望而卻步,主要原因是這類試題開放度高,學(xué)生短時(shí)間內(nèi)難以找準(zhǔn)作答思路,同時(shí)這類試題作答時(shí)要求語言邏輯嚴(yán)密、用詞規(guī)范、敘述簡潔。縱觀近幾年此類試題,都考查了學(xué)生運(yùn)用教材實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)思路、方法或技術(shù)解決新情境下問題的遷移能力。本文分析2023年高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題,并提出專題備考策略。

一、2023年高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題例析

2023年已公布的高考生物學(xué)試題中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題設(shè)問方式主要為寫出實(shí)驗(yàn)思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論,所利用的實(shí)驗(yàn)思路均在教材中能找到相應(yīng)出處。如2023年全國甲卷29題(3)小問考查實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果,其必備知識(shí)主要為細(xì)胞器的分離方法和淀粉的鑒定方法,在新舊教材中均有提及。

【2023年全國甲卷29題節(jié)選】某同學(xué)將從菠菜葉中分離到的葉綠體懸浮于緩沖液中,給該葉綠體懸浮液照光后糖產(chǎn)生。回答下列問題。

(3)葉片進(jìn)行光合作用時(shí),葉綠體中會(huì)產(chǎn)生淀粉。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明葉綠體中有淀粉存在,簡要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。

【試題分析】該題體現(xiàn)了高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題的明顯特征:緊扣教材,又區(qū)別于教材。試題答案無法通過簡單記背得出,需要通過發(fā)散思維聯(lián)系教材中的實(shí)驗(yàn)方法與技術(shù),再結(jié)合具體試題情境設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。解題需先解決三個(gè)關(guān)鍵問題:一是葉片細(xì)胞中的葉綠體如何分離,二是葉綠體中淀粉如何進(jìn)行鑒定,三是對(duì)照實(shí)驗(yàn)該如何設(shè)置。

二、高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)專題復(fù)習(xí)示例

(一)系統(tǒng)梳理教材中實(shí)驗(yàn)方法或技術(shù)

以新人教版(2019)普通高中生物學(xué)教材為例,探究·實(shí)踐欄目可分為八大類共36個(gè)項(xiàng)目,覆蓋觀察類、檢測(cè)類、探究類、模擬類、技能類、建模類、調(diào)查類、制作類。此外,還有眾多科學(xué)史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。在高三復(fù)習(xí)教學(xué)中,應(yīng)先引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)梳理教材中的實(shí)驗(yàn)方法或技術(shù),為新情境下的遷移應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

表1 教材中的實(shí)驗(yàn)方法或技術(shù)

同時(shí),教材中有一些實(shí)例體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)中對(duì)變量的控制原則和方法,見表2。

表2 教材中的變量控制

(二)設(shè)置梯度法復(fù)習(xí)示例

在高三實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)專題復(fù)習(xí)過程中,習(xí)題訓(xùn)練可分三個(gè)梯度進(jìn)行:經(jīng)典重溫、變式強(qiáng)化、原創(chuàng)延伸。例如,在復(fù)習(xí)“設(shè)置梯度法”時(shí),教師可適度引導(dǎo)學(xué)生溫習(xí)教材,總結(jié)“設(shè)置梯度法”的要義和規(guī)律。

首先,重溫高考真題,引導(dǎo)學(xué)生深切感悟高考題的命題思路和答題要求。

【經(jīng)典重溫】(2022全國乙卷37題節(jié)選)化合物S被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和化工工業(yè),用菌株 C可生產(chǎn)S,S的產(chǎn)量與菌株C培養(yǎng)所利用的碳源關(guān)系密切。為此,某小組通過實(shí)驗(yàn)比較不同碳源對(duì)菌體生長和S產(chǎn)量的影響,結(jié)果見表。

碳源細(xì)胞干重(g/L)S產(chǎn)量(g/L)葡萄糖3.120.15淀粉0.010.00制糖廢液2.300.18

(4)若以制糖廢液作為碳源,為進(jìn)一步確定生產(chǎn)S的最適碳源濃度,某同學(xué)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)簡要寫出實(shí)驗(yàn)思路:__________________。

參考答案：分別配制一系列不同濃度梯度的以制糖廢液為唯一碳源的培養(yǎng)基,培養(yǎng)菌株C,其他條件相同且適宜,一段時(shí)間后,測(cè)定并比較不同濃度制糖廢液中的S的產(chǎn)量,S產(chǎn)量最高時(shí)對(duì)應(yīng)的制糖廢液濃度即為生產(chǎn)S的最適碳源濃度

試題分析：該實(shí)驗(yàn)的自變量為碳源(制糖廢液)濃度,先根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定使用“設(shè)置濃度梯度法”,而后可參考教材中相關(guān)實(shí)驗(yàn)組織答案,注意“一系列不同濃度梯度” “其他條件相同且適宜”等采分點(diǎn)的表述。

接下來,改編高考試題,讓學(xué)生熟悉解題的路徑,形成固定的答題范式。

【變式強(qiáng)化】某興趣小組欲探究Pb2+對(duì)尾草履蟲的毒害作用,所用實(shí)驗(yàn)試劑與材料:Pb(NO3)2溶液母液、過濾的稻草液(用于配制試驗(yàn)培養(yǎng)液)、EP管、尾草履蟲若干,結(jié)果如表所示:

Pb2+濃度(mg·L-1)接種個(gè)數(shù)死亡個(gè)數(shù)123123死亡率(%)1.5020212457627.76.0023212517151771.024.0025242125232198.5CK(空白對(duì)照)2322200000

請(qǐng)簡要寫出該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路:____________________。

參考答案：用Pb(NO3)2溶液母液、過濾的稻草液混合稀釋配制Pb2+質(zhì)量濃度分別為1.50、6.00、24.00 mg·L-1的試驗(yàn)培養(yǎng)液,同時(shí)以不含Pb2+的過濾的稻草液為空白對(duì)照組,分別取等量試驗(yàn)培養(yǎng)液于四支EP管中,接種尾草履蟲20～25個(gè),相同且適宜溫度下培養(yǎng)一段時(shí)間后進(jìn)行計(jì)數(shù),記錄尾草履蟲的死亡個(gè)數(shù),計(jì)算尾草履蟲的死亡率

試題分析：本題給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果,要求寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路,需要學(xué)生運(yùn)用逆向思維。觀察表中實(shí)驗(yàn)組的Pb2+濃度發(fā)現(xiàn)成一定比例,后者是前者的4倍,因此判斷這里所用的是等比梯度,而非等差梯度,即使用Pb(NO3)2溶液母液按一定倍數(shù)稀釋成一系列濃度梯度。實(shí)驗(yàn)的自變量為Pb2+濃度,因變量為死亡率,觀測(cè)指標(biāo)為死亡個(gè)數(shù),以上三個(gè)要素在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路中應(yīng)有體現(xiàn)。

最后,通過新情境下的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原創(chuàng)題,培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力。

【原創(chuàng)延伸】桑樹是南方常見的一種經(jīng)濟(jì)植物,具有悠久的栽培歷史,自古承載著中國人的故鄉(xiāng)情。某校生物社團(tuán)欲利用ABT生根粉(主要成分為吲哚丁酸鉀和萘乙酸鈉)探究生長素類似物促進(jìn)桑樹硬枝扦插生根的最適濃度,請(qǐng)補(bǔ)全以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路:

將長度、大小相同的桑樹硬枝均分為若干組并編號(hào),每組3～5根枝條,配制________的ABT生根粉溶液,每組采用________法分別用不同濃度的ABT生根粉溶液處理枝條相同時(shí)間,一段時(shí)間后觀察并統(tǒng)計(jì)各組桑樹枝條的__________________。

參考答案：一系列濃度梯度 沾蘸法或浸泡 平均生根數(shù)和根平均長度

試題分析：本題設(shè)置全新的桑樹扦插情境,考查學(xué)生對(duì)此類型試題答題的掌握情況以及新情境下的遷移能力。利用這道練習(xí)題對(duì)“設(shè)置梯度法”做系統(tǒng)總結(jié),讓學(xué)生掌握“設(shè)置梯度法”的要義和規(guī)律,做到靈活遷移。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題復(fù)習(xí)建議

新高考“無情境不成題”的命題趨勢(shì)愈發(fā)明顯,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題中,熱點(diǎn)情境的使用非常普遍。如2023年廣東卷第19題,以自身免疫病重癥肌無力的病因研究為情境,聯(lián)系教材中的抗原抗體雜交法,要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一種致病機(jī)制。又如2022年重慶卷第24題,以“科學(xué)家用基因編輯技術(shù)由野生型番茄(HH)獲得突變體番茄(hh)”為情境,要求學(xué)生寫出“獲得果肉為紅色、成熟期為突變體性狀的純合體番茄”的雜交選育過程,題中涉及的“基因編輯技術(shù)”是近幾年生物學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)。