基于高考真题的生物学探究类实验的解析思路

（广东省深圳市南山区华侨城中学 广东深圳 518053）

1 高中生物学实验分类

实验设计题是生物学高考中的必考题，不管是常规实验还是遗传类实验设计都会在高考中占有一定比例。此类题目的回答需要学生有比较强的材料理解能力、逻辑思维能力和语言表达能力，同时还需要学生有一定的生物学背景知识，才能比较正确地解答出来。不过总的来看，实验类题目是高考中相对比较难、得分率比较低的试题。

在人教版高中生物学的必修部分约有20个实验。这些实验可以分为四类：①观察类实验，如观察DNA和RNA在细胞中的分布；②鉴定类实验，如检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质；③验证类实验，如必修2中性状分离比的模拟实验；④探究类实验，这类实验数目较多，占生物必修实验的1/3，如探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度。在高考试题中的实验考查主要是验证类和探究类。从近五年的全国Ⅰ卷高考真题分析中可以看出，探究类实验的实验步骤设计和完善是主要考查内容。另外，探究类实验也是落实新课程标准下生物学学科核心素养中科学探究的重要载体。

2 探究类实验的特点

探究类实验和其他实验类型不同的最大特点在于它是用来探索未知的。生物学知识的获得就是历代生物学家在观察生命现象、设计科学实验、探究生命科学规律的基础上不断总结获得的。探索未知就是在创造认识。探究类实验往往都含有一个预定假设，而这个假设又不是随机的，是基于一定的知识背景和实验原则所得出。例如，探究植物细胞的失水和吸水实验，学生首先要对渗透作用及其发生条件有一定的了解，才能提出问题并做出假设。验证类实验往往是对某个实验结论进行再次确认，具有唯一性；探究类实验的结论则需要进行探讨分析。设计探究类实验时，要对结果保持可能性探讨。基于这些因素，所以在解答探究类实验设计时也就有自己的特点。

3 探究类实验的解题分析

3.1 探究类实验设计的基本步骤

以2018年全国Ⅱ卷理综生物29题为例来探讨高考中探究类实验的题目分析以及解析思路。题目部分内容如下：

为研究垂体对机体生长发育的作用，某同学用垂体切除法进行实验。在实验过程中，用幼龄大鼠为材料，以体重变化作为生长发育的检测指标。请完善下面的实验步骤：

①将若干只大鼠随机分为A、B两组后进行处理，A组（对照组）的处理是________，B组的处理是________。

②将上述两组大鼠置于相同的适宜条件下饲养。

③________________________________________。

④对所得数据进行统计处理与分析。

参考答案：

①手术但不切除垂体 切除垂体

③每隔一定时间，测定并记录两组大鼠的体重

对于实验设计题，首先要从材料中分析出实验类型、目的、材料方法、原理或观察指标：①实验类型：这道题的实验类型从题干中的“研究”二字可以得出是属于探究类实验。②实验目的：本题是探讨垂体对机体生长发育的作用。③实验材料：即幼龄大鼠。④实验方法：题目中已给出采用垂体切除法。⑤实验原理或者观察指标：本题中提到检测体重变化，观察指标是实验原理的外在体现。对于没有直接给出实验原理的题目，也可以找到观察指标。不过，有的实验题既没有观察指标，也没有实验原理，这时实验原理的确定取决于考生自身的知识背景。当学生了解到这几个内容以后，还剩下一个关键的是实验步骤。实验设计题的考查更多就是考查实验步骤设计的能力。

为了更好地归纳探究类实验的设计步骤，题目的标准答案已经给出，从中可以总结出这样几个重要的基本步骤。

①取材分组。题目中的取若干大鼠随机分为两组指的就是这一环节。探究类实验首先有要探究的内容，即实验组。不过，实验组要想有结论就必然要同对照组比较，所以第一步是取材分组。这题是取若干大鼠随机分为A和B两组，并指出A为对照组，B为实验组。

②实验处理。分组完成以后要对对照组和实验组分别进行处理。这个处理涉及到题目中的实验方法，也就是用指定的方法进行处理。对于本题来说，是对实验组切除垂体而对照组手术但不切除，处理的内容称为自变量X。

③现象观察。自变量X处理完后会引起一些变化。实验探究就是从这种变化的对比中得出结论。所以，第三步是要观察处理后的现象，也称之为因变量Y。不过，这个环节最重要的是找到观察指标，在本题中就是大鼠体重的变化，观察指标背后实际是实验原理的体现。

④结论分析。探究类实验设计的结论分析要从两个方面考虑，即A＞B和A＜B。有时，还要考虑A=B的情况。这是探究类实验探索未知的特点所决定的，不能只假定一个结论。对于本题来说，A=B意味着垂体对机体的生长没有影响；A＞B则意味着垂体对机体生长发育是起促进作用的。

3.2 探究类实验设计的基本原则

上述四个环节是探究类实验的基本设计步骤。不过仅仅只有这几个步骤还不能说是一个比较完善的实验设计。要想得到比较确切的结果，实验步骤还需要非常严谨，除了符合基本的实验原理之外，还应注重一些实验原则的应用。

①对照原则。对照组和实验组就是遵循了对照原则，严格说没有对照就没有实验，对照是为了实验组得到结论。

②多次重复原则。本题如果回答成取两只大鼠分为两组，标记为A和B，其中A为对照组，B为实验组，就不确切了。因为，一只大鼠的体重变化误差较大，而若干大鼠体重变化的平均值则相对较为准确，即多次重复原则的体现。

③单一变量原则。对照组和实验组之间只有一个变量，本题的对照组A如果写成不做处理，则就不遵从单一变量原则。因为，实验组B中的手术切除垂体实际是包含两个变量：手术本身以及垂体的切除。A组进行手术但不切除垂体，则是排除了手术本身的影响，从而保证实验组和对照组只有一个变量。

④等量原则。本题实验中的变量是垂体的有无，如果是探讨某种试剂或者药物对于机体生长发育的影响，则要考虑到实验组和对照组处理的用量应该是一样，只保留处理时所添加的物质不同。

⑤无关变量。在实验处理后，一般要进行一段时间的观察和培养才能进行现象观察。此时，要保证实验对象处于相同的条件，以排除如温度等其他无关变量的干扰。

⑥科学性原则。实验设计本身要有一定科学性，如前面所述探究类实验的假设不是随意的，而是基于一定的科学背景知识，这个是实验设计的前提。

基于以上，笔者将探究类实验的解题思路归结为四大步骤和六大原则（图1）。在取材分组环节，学生要注意科学合理性以及多次重复原则；在实验处理环节，要注重单一变量、等量原则以及排除无关变量的干扰；在现象观察环节，如果不能很快得到结果时要注重在相同且适宜的环境中培养或生长一段时间；最后的结论分析环节要有多种可能性的讨论。

图1 高中生物学探究类实验解析思路

另外，要先从实验试题中抽取实验材料、实验方法和实验原理，是因为这些内容和实验设计步骤中的取材分组、实验处理和现象观察是一一对应的。取材分组要根据实验材料，实验处理要采用相应的实验方法，而现象观察就是实验原理的外在体现，最后的结论分析也就相当于实验结果。这些环节加在一起也就是一份初步的探究类实验报告。

4 结语

实验题的考查不仅是对实验知识的检验。同时，也是以实验作为载体，考查学生根据已有的实验材料和条件去验证生物学知识和探索未知的能力，对促进学生形成科学的思维模式和养成严谨的科学态度具有重要意义。在历年高考中还有一部分实验题是关于遗传类计算，不过本文中的探究类实验解析思路侧重于非遗传题部分，同时如果将最后步骤的结论分析调整为确定的已知结论则也可以用于验证类实验的解题。