全国卷实验题命题特点研究及备考建议

广东 邹高声

生物学是一门实验科学，其核心概念内容源于生物学实验。考查实验能力的试题是全国卷理科综合考试的必考题型，主要考查学生的实验思想与原则和实验设计思路与方法，考查学生的科学思维、科学探究能力和实践应用能力，旨在课堂教学及考试评价中使学生对生物学实验产生浓厚的兴趣，潜移默化地达成学科核心素养的培养。笔者对近五年全国卷实验题进行分析，研究命题走向，希望有助于教师提升高考备考最后阶段的复习效率，为学生考前冲刺助力。

1.近五年全国卷实验题分析及命题趋势研究

全国卷实验题主要以实验结果分析型、实验补充完善型和实验完整设计型三种类型题出现，笔者从年份、卷区、考查内容和类型方面对2016—2020 年全国卷实验题进行分析发现：从年份上看，实验题每年必考且其分值所占比重较高，在选择题和非选择题中均有考查；从考查内容上看，集中考查光合作用、植物激素和动物生命活动调节（血糖平衡调节、水盐平衡调节、体温调节和免疫调节）三大模块，预计今后高考仍然会以此三大模块为中心进行实验题命制。

2.实验题命题特点

笔者对2016—2020 年全国卷实验题进行分析后发现，实验题命题具有以下几个特点：

2.1 注重考查结果分析型实验题

纵观历年高考试题，结果分析型实验题是理综考试必考的题型，局限于考试时间，试卷中不可能出现大量完整设计型实验题，结果分析型实验题短小精悍，逐渐成了现行高考的“新宠”，该类型试题常以文字或图表形式呈现实验过程与结果，要求考生从中获取关键信息对实验步骤、实验结果做出合理的解释并尝试得出正确结论。如2017年全国卷Ⅰ第4 题、2017 年全国卷Ⅱ第30 题、2017 年全国卷Ⅲ第31 题、2018 年全国卷Ⅰ第31 题、2019 年全国卷Ⅱ第31 题、2020 年全国卷Ⅰ第3 题均用文字叙述实验步骤或实验结果考查学生阅读与分析能力；又如2016 年全国卷Ⅰ第30 题、2017 年全国卷Ⅰ第3 题、2017 年全国卷Ⅱ第4 题、2017 年全国卷Ⅲ第30 题、2018 年全国卷Ⅰ第4 题、2018 年全国卷Ⅱ第30 题、2020 年全国卷Ⅲ第2 题则以坐标曲线图的形式呈现实验处理及实验结果，要求学生理解横坐标与纵坐标的含义；明确自变量与因变量之间的关系；弄清曲线中关键折点蕴含的生物学意义；通过对照、比较揭示各曲线或各段曲线形成的原因，再运用所学知识对某些生物学问题进行解释、推理，做出合理的判断或得出正确的结论，考查学生的获取信息的能力、理解能力、实验与探究能力和综合运用能力。

2.2 注重考查核心概念

《普通高中生物学课程》的基本理念之一是“内容聚焦大概念”，生物学核心概念是各类型实验题命题的依托，以教材经典实验为背景考查基础知识的实验题在全国卷高考试题中屡见不鲜。如2016 年全国卷Ⅱ第29 题以“研究温度对某种酶活性的影响”实验考查酶的活性及本质；2017 年全国卷Ⅲ第30 题以某种植物的野生型和ABA 缺失突变体幼苗为材料开展实验考查脱落酸的作用；2018 年全国卷Ⅰ第31 题用实验兔进行不同的实验探究不同因素对尿量的影响考查水盐平衡调节过程；2018 年全国卷Ⅱ第29 题对大鼠进行垂体切除实验考查垂体分泌生长激素和促甲状腺激素的知识；2019 年全国卷Ⅱ第31 题以测定某一水生生态系统中浮游植物的总初级生产量为情境考查真光合速率、净光合速率和呼吸速率测定方法；2020 年全国卷Ⅰ第3 题以小鼠为材料进行与甲状腺相关的实验考查垂体分泌的激素对甲状腺的影响及甲状腺激素的作用等。历年高考实验题中囊括了高中生物教材中几乎所有核心考点，实现重点内容重点考、灵活考的目标。

2.3 注重考查实验变量与实验对照

单一变量原则和对照原则是实验设计的两个重要原则。变量是指可被操纵的特定因素或条件，可分为自变量、因变量和无关变量。对照实验通过设置对照组和实验组，在其他干扰因素都保持适宜且相同（无关变量）的前提下，对比差异以确认某个因素（自变量）对特定对象的影响（因变量）。变量分析与实验对照相互依存，全国卷实验题无一例外地渗透着变量和对照思想。如2018 年全国卷Ⅰ第4 题探究药物X 对细胞增殖有促进作用，药物D 可抑制药物X 的作用，通过对自变量分析和实验组、对照组设置判断考查学生的实验探究能力；又如2020 年全国卷Ⅲ第2 题，要求考生分析曲线图从而厘清自变量与因变量之间的关系，通过对比蔗糖组、生长素组、生长素+蔗糖组考查生长素的生理作用。

3.备考建议

高考试题常以实验题为载体，这既能考查学生的基础知识掌握程度，又能考查学生的理性思维和批判性思维，还能培养学生实验探究能力，也可在一定程度上避免现行高考备考“题海战术”局面，预计今后高考实验题出现频率或许会越来越高。

3.1 联系教材知识厘清实验方法原理是解实验题的前提

实验题尽管命题素材新颖，呈现形式多种多样，但都有一个共同特征——实验多源于对教材中的经典实验的改进或拓展，关联教材核心概念考查。教师应引导学生树立攻克实验题的信心，熟练掌握生物基础知识，厘清实验方法原理，做到快速、准确答题。

【例1】（2017 年，全国卷Ⅰ，第29 题）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）

【答案】（1）思路

甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

（2）结果及结论

若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA 病毒；反之为DNA 病毒。

【分析】审题获取以下关键信息：（1）实验结果未知，此题为完整设计型探究实验；（2）实验目的是要确定一种新病毒究竟是DNA 病毒还是RNA 病毒；（3）实验材料为体外培养的宿主细胞等；（4）实验方法为同位素标记法；（5）自变量为标记物质不同，因变量为病毒放射性；（6）对照实验为甲、乙两组，相互对照。

教师根据题意，设问关联教材，引导学生思考完成实验设计并预期实验结果及结论，答案便跃然纸上。如表1 所示。

表1

3.2 变量与对照分析是解实验题的“钥匙”

实验题尽管命题情境真实、新颖、变化万千，但最终落点离不开变量与对照分析，变量分析是攻克实验难题堡垒的“投石机”；学生只有明确变量和对照设置才能从容地对实验现象或实验结果进行解释、分析和处理。教师在实验教学过程中应时刻提醒学生切勿舍本逐末，陷入“实验题海”误区而忽视实验理论的学习；如何通过一两道精选例题进行评讲，有效地向学生渗透对照思想，并在答题过程中落实变量分析，从而使学生很好地把握题目框架、命题意图和答题方向，很好地组织语言精准答题是提分的关键。

【例2】（2016 年，全国卷Ⅱ，第31 题）BTB 是一种酸碱指示剂。BTB 的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：用少量的NaHCO3和BTB 加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的浅绿色溶液分别加入到7 支试管中，其中6 支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见表2。

表2

若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，回答下列问题：

（1）本实验中，50 min 后1 号试管的溶液是浅绿色，则说明2 至7 号试管的实验结果是由________________引起的；若1 号试管的溶液是蓝色，则说明2 至7 号试管的实验结果是______（填“可靠的”或“不可靠的”）。

（2）表中X 代表的颜色应为__________（填“浅绿色”“黄色”或“蓝色”），判断依据是______________________________________________________。

（3）5 号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草______________________________________________________。

【答案】（1）不同光强下水草的光合作用和呼吸作用 不可靠的（2）黄色 水草不进行光合作用，只进行呼吸作用，溶液中CO2浓度高于3 号管（3）光合作用强度等于呼吸作用强度，吸收与释放的CO2量相等

【分析】（1）通读题目，获取有用信息，明确实验目的与原理。①实验目的：研究某种水草的光合作用和呼吸作用。②实验原理：不同光照强度（通过调节日光灯与试管间的距离决定）下，水草的光合作用和呼吸作用会引起溶液中CO2的浓度发生变化，CO2浓度变化会使BTB的弱碱性溶液颜色发生改变，当水草呼吸作用强度等于光合作用强度时，试管溶液中CO2的浓度不变，颜色仍为浅绿色；当水草呼吸作用强度大于光合作用强度时，CO2浓度的增高使溶液由浅绿色向黄色方向改变，且增幅越大，溶液的颜色越黄；当水草呼吸作用强度小于光合作用强度时，CO2浓度的降低使溶液由浅绿色向蓝色改变且减幅越大，溶液的颜色越蓝。

（2）明确自变量、因变量与无关变量，分析如何对照，寻找解题“钥匙”。该实验的自变量有两个，教师在讲评试题时可将该实验“解剖”成为实验一和实验二，化繁为简，拨云见日。

实验一由1 号和7 号试管组成，探究试管中溶液的CO2在有光条件下是否也会发生变化，目的是为了证明确实是所测试的条件引起相应的结果。自变量为水草的有无，1 号试管不放水草作为空白对照组，7 号试管为实验组，50 min 后1 号试管的溶液颜色保持浅绿色，说明无关变量（光照）不会引起CO2的浓度改变，溶液颜色不变，也说明7 号试管有水草，溶液颜色变为蓝色是因为水草在较强光照下光合作用强度大于呼吸作用强度，溶液中CO2含量减少所致。如果没有水草的1 号试管的溶液也由浅绿色变成蓝色，说明无水草的光照条件下溶液中CO2含量也减少了，无关变量对实验结果产生影响，再用此溶液探究光照强度强弱对光合作用强度的影响得出的实验结果与结论缺乏说服力，因为实验结果无法证明确实是由所测试的条件引起相应的结果，因此7 号试管的实验结果不可靠。

实验二由2 至7 号试管组成，目的是探究光照强度强弱对光合作用强度的影响。自变量为光照强度的不同，因变量为水草的光合作用和呼吸作用，用50 min 后试管中溶液的颜色变化表示，无关变量为长势相近的同种水草、等量的同一浅绿色溶液等。3 至7 号试管相互对照，光照梯度增强都为实验组，2 号试管遮光处理为空白对照组。2 号试管水草进行遮光处理，只能进行细胞呼吸作用不能进行光合作用，导致CO2浓度增加；50 min 后3 号试管中溶液的颜色由浅绿色向黄色方向改变，最终变为浅黄色，说明在此光照条件下呼吸作用强度大于光合作用强度，从而引起溶液中CO2的浓度增高，但与3 号试管相比，2 号试管溶液中的CO2浓度增加幅度较大，溶液颜色应为黄色。50 min 后5 号试管中溶液的颜色仍为浅绿色，说明在此光照强度条件下水草光合作用强度等于呼吸作用强度，即光合作用吸收与呼吸作用释放的CO2量相等，水草溶液中CO2浓度没有发生改变。