2017年全国I卷理综生物学29题失分及错因探析

周予新

(河北省石家庄市教育科学研究所 050011) 石玉珍 (河北省安国中学 071200)

2017年的全国I卷理综卷中的29题，重点考察学生综合利用所学知识，设计科学探究方案，深刻考量学生理性思维、严谨设计、科学阐释实验结论能力的开放性试题。

原题再现：29.(10分) 根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组)。

从本题的考察目的看，事实上就是考察DNA和RNA在结构组成上的差异，如果试题直接让学生说明两者的差异，学生几乎都能够答出正确答案，即两者组成成分的U和T之别及核糖和脱氧核糖之别。然而，当把这些学生耳熟能详的知识以探究性实验方案设计思路及分析的方式出现在学生面前时，很多学生在高考考场上表现出束手无策。据统计，今年某省20.8万的理科考生中，有56.19%的考生该题得了零分，满分率仅为4.3%，平均分仅1.88分。这引发了教师的反思：是什么原因造成学生的失分和这么低的平均分呢？

1 学生失分原因分析

学生要正确解答29题必须厘清以下几个关键节点：含放射性同位素标记的培养基，培养宿主细胞→新病毒分别侵染宿主细胞→检测子代病毒的放射性。首先是读题能力。题干中明确指出：根据遗传物质的化学组成，病毒分为DNA病毒、RNA病毒两种类型。学生读到这句话，头脑中就应想到DNA和RNA的核糖不同，组成两者的碱基不同，DNA中的碱基组成是A、T、C、G，RNA中的碱基组成是A、U、C、G，进而推理出两者间的碱基T、U之差正是遗传物质的化学组成差别所在，这是本实验设计成功的关键点。其次是实验方案设计能力。试题中的(1)要求写出实验思路。所谓思路意指思考的条理脉络，通俗的解释是头脑中的大致想法，它不同于具体的实验步骤。从思路这一角度出发，本题更深层次的意图在于对学生实验探究活动设计想法的深入考查，而这想法的形成是学生理性思考的重要过程。第三，题干中还给出提示：要求实验设计包含可相互印证的甲、乙两个组。这就意味着学生必须想到设计甲、乙两组相互对照的实验，才能将DNA和RNA区分开，进而准确判定病毒的类型。这点很好地考查了学生逻辑思维能力。第四，是语意逻辑能力。有了思路、想法还必须要求学生用生物学术语迅速组织好语言文字表达想法，这对学生来说又是一个理性思辨的过程。

2 学生设计方案错因例析

学生的实验设计思路归纳起来主要有以下几个问题：①标记对象不合理；②放射性同位素书写及种类选择不科学；③实验过程设计错误；④对照实验类型设计不当；⑤预期结果表述不规范等。

2.1 错误示例1(标记对象不合理) 将等量的宿主细胞分为两组，分别在甲、乙两组的培养基中培养，且甲组培养基中含有被放射性同位素标记的核糖核苷酸；乙组含有被放射性同位素标记的脱氧核苷酸，分别用等量相同的病毒侵染宿主细胞，观察子代病毒的放射性。

错因分析：本题的核心考点是要求将DNA和RNA分开。如果要标记核苷酸也一定要明确是尿嘧啶核苷酸或胸腺嘧啶核苷酸上的U和T，除此之外，标定核苷酸上的核糖、其他碱基或磷酸等都不能将DNA和RNA分别开。如果标记核糖，核糖核苷酸可以转化为脱氧核苷酸，其机理是：在宿主细胞酶的作用下，1分子核糖和1分子的碱基(A、U、G、C中的一种)及1分子磷酸生成1-磷酸核苷酸(NMP)，1-磷酸核苷酸再结合1分子磷酸，成为2-磷酸核苷酸(NDP)，2-磷酸核苷酸再结合1分子磷酸即成三磷酸核苷酸(NTP)，它是合成RNA的原料；同时，细胞中含有核糖核酸还原酶，这种酶是DNA合成的限速酶。1分子的NDP在核糖核酸还原酶的作用下可脱去1分子的氧生成dNDP，1分子的dNDP再结合1分子的磷酸生成三磷酸脱氧核苷酸(dNTP)，dNTP是合成DNA的原料。因此，若标记核糖是不能准确判断病毒类型的。

还有些学生在方案中用标记的DNA和RNA直接培养宿主细胞，这是忽略了DNA和RNA是大分子物质，不能被宿主细胞直接吸收利用，而使实验设计失误。

2.2 错误示例2(放射性同位素书写及种类选择不科学) 用含放射性同位素32P标记的U、T的培养基分别培养宿主细胞，分为两组，再用病毒去侵染培养基中的宿主细胞，培养一段时间后，检查子代病毒32P的放射性。(注：此类方案还有选用35S、18O、15N、3H、14C等作为放射性同位素标记物)结论：若甲组子代病毒不带有32P，乙组子代病毒带有32P，则为DNA病毒。

错因分析：同位素标记法是：“用放射性同位素追踪物质的运行和变化规律，用放射性同位素标记的化合物、化学性质不会改变。”教材中用同位素标记法的资料或实验研究共有5处：用氧的同位素18O证明光合作用释放的氧气来自水；卡尔文循环中用14C标记CO2证明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径；用15N证明DNA进行半保留复制实验；用3H标记的亮氨酸检测胰腺腺泡细胞分泌物形成过程；用32P、35S做标记的T2噬菌体侵染大肠杆菌的实验。很多考生根据教材中学过的同位素标记法的实验进行机械仿照，出现多种错误。具体表现在：①标记元素分子量书写不规范。数字错标在右上角，如H3、N15等。②标记的数字错误。如32S35P16O等。③标记元素种类不准确。核苷酸中不含S，不能作为标记元素。由于碱基中不含P，故也不能用P元素作标记。忽略了本试题的题干中要求的“利用放射性同位素标记的方法”设计实验，写出实验思路的要求，但并没要求写出具体用哪种元素标记，这种不仔细审题，过于照抄教材实验使许多学生在标记环节失分。

2.3 错误示例3(实验过程设计错误) 将新病毒的碱基T和U用放射性同位素标记，使其侵染宿主细胞，甲组标记T，乙组标记U，用标记的病毒侵染宿主细胞，观察甲、乙两组宿主细胞的放射性。

错因分析：根据题意，新病毒类型是待探究的问题，病毒是寄生生物，只能通过标记病毒生存所依赖的宿主细胞才能标记上病毒，鉴定出病毒的种类。直接用含有T或U的培养基培养病毒，病毒不能被成功标记，所以实验思路有误。

2.4 错误示例4(对照实验类型设计不当) 用含有放射性同位素标记的T的培养基培养宿主细胞，记为甲组，乙组用不含放射性的培养基培养宿主细胞，一段时间后，用新病毒去侵染甲、乙两组宿主细胞，观察子代病毒的放射性。结论：若甲组病毒体内出现放射性，则为DNA病毒，若甲组病毒未出现放射性，则为RNA病毒。

错因分析：题干要求实验包括可相互印证的甲、乙两个组，即要求用对照实验来证明。在该方案中，设计的是乙组为空白对照，不能通过对比说明病毒的类型是不是RNA病毒。换言之，此方案在否定病毒为DNA类型的同时并不能确定病毒为RNA类型，这种设计思路的不缜密也是失分重要的一方面。

2.5 错误示例5(预期结果表述不规范) 结果与结论描述错误形式多样，归纳如下：若甲组的遗传物质是DNA,新病毒的类型为DNA；若乙组的遗传物质是RNA,新病毒的类型为RNA。若检测到放射性为35U，则该病毒为RNA病毒；若放射性为32T，则该病毒为DNA病毒。甲组含放射性，则为RNA病毒；乙组含放射性，则为DNA病毒。若甲中出现绿色同位素标记，则为DNA病毒；若乙中出现红色同位素标记，则为DNA病毒。

错因分析：根据题干中提出的甲、乙两组相互印证的要求，在描述预期结果时，应立足子代病毒放射性的角度，从正反两方面叙述：若甲组收集的病毒(用U标记)具有放射性，乙组没有放射性，则为RNA病毒；若乙组收集的病毒(用T标记)具有放射性，甲组没有放射性，则为DNA病毒。从上述例证可看出：有的预期结果立足在宿主细胞，有的混同教材中的颜色反应，有的把U和T两种碱基误写成放射性元素而表达错误，有的把甲、乙两组放射性高低、大小、强弱、增减做对比，造成观测指标把握不准而失分。

上述分析表明：学生在开放性试题面前普遍表现不适应，50%以上考生对实验设计无思路，预期结论表达无语意逻辑；对教材中学到的科学探究性实验大多停留在死记硬背的层面，从而在考试中会出现大量的生搬硬套的现象。笔者认为，2017年的高考试题已向高中生物学课堂教学释放出信号：学生的理性思维、科学探究能力是在分析和解决具体问题的过程中逐渐培养出来的。

目前高中生物学课堂教学中普遍存在的“实践基本靠想，实验基本靠背”的做法，与现实的高考改革的要求是背道而驰的。高三阶段的课堂复习不能只注重知识的熟练，同时要在日常教学中把实验教学落实到实处；不仅让学生知道生物科学史上的重要实验研究结论，更要用这些史实研究过程培养学生的理性思维能力和科学探究方法；不仅要训练学生对实验探究试题的逻辑思维、表达能力，更要在日常的教学中创设条件组织以探究为特点的主动学习，把教材中的重要概念和核心知识融入到学生的探究学习过程中，帮助学生形成理性思维习惯，提升理性思维品质；真正加强和完善生物学实验教学，提高学生实验设计能力和科学探究能力。