教你几招,轻松突破生物实验设计题

◎ 陈 华

纵观近几年高考,生物实验题在高考试卷中所占比例越来越高,考查形式主要有分析型实验、完善型实验和设计型实验,其中,难度最大的是设计型实验,尤以考查“实验思路、预期结果和实验结论”类学生失分最多。究其原因,主要在于学生不能从题干信息或设问中明确实验目的及原理,不能准确判断实验变量,导致无法正确控制自变量,不清楚实验设计的基本原则,不能灵活运用遗传实验中的一些“关键个体”,语言组织不够规范和准确等。笔者对学生失分原因进行了综合分析,并将一些方法加以实践运用,效果良好,现介绍如下:

一、学生失分原因简要分析

2019 年全国卷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均考查了实验设计题,在全国卷Ⅲ里考查了两次,所占分数比例较高,结合高考平均分和学生平时训练来看,学生失分原因如下:(1) 不能准确理解实验目的,是“验证”还是“探究”,学生分不清,以2019 年全国卷Ⅲ29(2) 题为例,题目要求对“作物甲对同种营养液中NH4+和NO3-的吸收具有偏好性”进行验证,结果有学生设计成了探究性实验;(2)不清楚实验原理和变量,实验原理凭空想象,未遵循科学性原则,实验变量不唯一,实验思路不清晰;(3) 不清楚因变量是什么,不知道如何用检测指标来反映因变量的变化,所检测的指标无法反映实际情况;(4) 遗传实验设计题考查情境发生了变化,但考查的还是教材中的实验,学生没有充分理解教材实验设计,不会灵活运用一些“关键个体”,导致遗传实验设计无从下手;(5) 语言描述不简洁,文字叙述口语化,无关变量的控制不准确等。

二、非遗传实验设计题分析

1.从复杂到简单,逐个击破

高考生物考试大纲明确指出,考生须具备对一些生物学问题进行初步探究的能力。为什么在近年的高考题中实验设计题所占比重越来越高? 主要在于高考具有选拔性,而实验设计类题目恰好是对学生综合能力较好的考查,要求考生具备分析与理解能力、逻辑思维能力、理论联系实际的能力、语言文字表达能力等,综合性较强,如何突破这类题目呢? 笔者经过教学实践,总结出了“从复杂到简单,逐个击破”的解题策略,操作过程如下:(1) 准确理解生物实验的各要素,即一个完整的生物实验应该包括实验目的、实验原理、自变量、因变量、无关变量、实验材料与试剂、实验方法与步骤、实验结果、实验结论;(2) 按照实验全要素,逐一分析考试大纲要求的14 个教材实验(必修一11 个、必修二3 个、必修三5 个);(3) 在平时的复习过程中进行针对性训练,对实验题进行全要素分析;(4) 分析写出完整的实验方案,然后进行归纳与提炼,用简洁规范的语言总结出“实验思路、预期结果、实验结论”。

2.总结“套路”,轻松掌握

通过“从复杂到简单”系统性的思维训练,学生已经初步掌握了实验思路设计类题目的“基本套路”,那就是分四步走:(1) 取材分组,根据题目要求正确选择实验材料,例如2019 年全国Ⅰ卷29(3) 要求以ABA 缺失突变体植株为材料,2019 年全国卷Ⅲ以作物甲、NH4NO3为材料,描述实验材料时,为了排除无关变量对实验的影响,应该加上“生理生长状况基本相同、身高体重基本相同、长势一致”等词语,分组时应加上“随机平均”等词语;(2) 变量的处理,根据实验目的和原理对自变量进行处理,对于试剂的添加须遵循“等量原则”,无关变量应保持相同且适宜;(3) 观察或检测因变量,检测因变量时应以检测直接因变量(即直接由自变量引起的变量或效果为宜),不宜选用间接因变量,例如探究光照强度对光合作用速率的影响,检测的因变量应为光合作用速率,而不是生长情况;(4) 描述预期结果与结论,若为验证性实验则将题干陈述事实加以改编描述即可,若为探究性实验,则可按照若……则……的格式予以描述,语言做到规范和精炼。

三、巧用关键组合,破解杂交难题

1.隐性纯合子与待测个体杂交

当生物的性状受一对等位基因控制时,隐性纯合子可以用来判断待测个体的基因型(纯合子还是杂合子),还可以与杂合子测交从而验证基因的分离定律,这相对简单,学生容易理解和掌握。对于两对及两对以上等位基因的情况,隐性纯合子(如aabb) 可用于验证两对等位基因(如AaBb) 是否遵循基因的自由组合定律,正常情况下,基因型为AaBb 的个体基因在染色体上的位置有三种情况(即A 和B 连锁、a 和b 连锁;A 和b 连锁、a 和B 连锁;两对基因分别位于两对同源染色体上),如何确定是哪一种? 将待测个体(AaBb) 与隐性纯合子(aabb) 进行测交,由于aabb 个体有且只能产生一种配子(ab),因此,子代表现型(基因型) 及比例将取决于AaBb,如果出现AaBb:Aabb:aaBb:aabb=1:1:1:1,则说明AaBb 产生了四种配子,两对等位基因独立遗传;如果出现AaBb:aabb=1:1 或Aabb:aaBb=1:1,则两对基因不是独立遗传,不遵循基因的自由组合定律。对于三对及以上等位基因的情况,此方法依然适用。

2.雌性隐性纯合子和雄性显性杂合子

这是一对常用的杂交组合,主要有两个方面的运用:(1) 基因仅位于X 染色体上,即XaXa与XAY 杂交子代雌性全为显性性状,雄性全为隐性性状(ZW 性别决定相反),则根据子代表现型即可判断出性别,可用于生产实践应用;(2) 用于确定基因是位于X 染色体上还是X 和Y 染色体的同源区段,用上述杂交组合,若子代全为显性性状,则控制该性状的基因位于X 和Y 染色体的同源区段,若子代雌性全为显性性状,雄性全为隐性性状,则基因仅位于X 染色体上。

3.XAXa 和XAY

这是遗传题中经常出现的杂交组合:(1) 伴X 染色体隐性遗传病,后代男性中患病与正常比例为1:1,女性XAXA和XAXa各占1/2,常用于遗传病发病概率的计算;(2) 拓展应用:如果基因位于性染色体上,可用于判断是仅位于X 染色上(XAXa和XAY 杂交后代隐性性状只在雄性中出现) 还是位于X 和Y 染色体的同源区段(XAXA和XAYA杂交子代全为显性性状) 。

四、迁移教材方法,证明遗传物质

2017 年全国卷Ⅰ第29 题考查了用同位素标记的方法确定病毒的遗传物质类型,实质是T2噬菌体侵染大肠杆菌证明DNA 是遗传物质的实验内容再现,一是考生需要明白病毒的生活方式是寄生,不能用普通的培养基进行培养,只能用细菌培养才能被标记;二是DNA 和RNA 的特征元素不同,根据组成不同来进行标记,最终区别出是DNA 病毒还是RNA 病毒。

综上,突破生物实验设计类题目并不难,总结起来,对于非遗传类实验设计题,就是要求考生在平时的训练过程中一开始把整个实验要素全写出来,锻炼系统性的思维过程,然后提炼相关语句,组织语言回答,在考试时遇到相关题目时先用实验全要素分析,然后按照四个“套路”,运用一些常用词语或语句,进行规范准确地回答;对于遗传类实验设计题,要求学生掌握常见的“关键个体”以及教材实验方法,活学巧用,根据题目要求进行设计和解答,必定会拿到高分。