高中生物学实验探究题归类分析

安徽 陶应礼

科学探究是生物学学科核心素养之一，实验设计以及对结果的交流与讨论能力是其重要组成部分。研究2020—2021年的高考生物试题可发现，试题以素养和能力立意，识记、计算等方面的考查力度被慢慢淡化，更偏重于考查知识的理解和运用，以及关键能力和学科核心素养。其中，实验探究能力是每年必考的内容(表1)，这与新一轮课程改革的理念不谋而合。

表1 2020—2021年全国乙卷考查的生物实验类题目

根据表1进行分析，实验类试题的考查方式多种多样，且思维水平要求较高，是高考的重点和难点。笔者基于教学实践和研究，对其进行归类分析，以期为广大同人的复习课教学提供参考。

一、考查实验假说

实验假说是一种明确性的描述，具有可验证性。通过设计实验可以对假说进行检验，如果实验结果证实了假说，假说就属于科学的结论；如果实验结果否定了假说，假说就需要完善或者被否定，需要提出新的假说。提出假说可以帮助研究者发现新的理论，促进科学的发展，例如，孟德尔发现遗传规律采用的假说-演绎法，即利用了提出假说的方法。

【例1】已知给大鼠注射促甲状腺激素(TSH)，其促甲状腺激素释放激素(TRH)的分泌量会下降。请根据此反馈调节机制提出两个可能的假说。

【答案】①TSH通过反馈调节抑制下丘脑分泌TRH；②TSH促进甲状腺分泌TH，TH通过反馈调节抑制TRH的分泌。

【解析】甲状腺激素(TH)的分泌过程存在分级调节和反馈调节。下丘脑分泌的TRH促进垂体分泌TSH，TSH再促进甲状腺分泌TH，这是分级调节；机体为维持激素水平的稳定，当TSH或者TH含量过多时会抑制TRH的分泌，这是反馈调节。由题意可知，本题有两种可能的假说，TSH直接抑制下丘脑分泌TRH或者TSH先促进甲状腺分泌TH，TH再抑制下丘脑分泌TRH。

教材中有很多涉及提出假说的科学史，教师可指导学生归纳总结，明确提出假说在科学研究中的作用和意义，例如，摩尔根用假说-演绎法证明基因在染色体上；科学家根据狗的胰腺切除实验，提出胰腺能分泌某种抗糖尿病的物质的假说，最终发现胰岛素等。另外，教师还可以创设具体的问题情境，让学生总结提出假说的方法，例如，有研究表明，运动可以提高动物的免疫力，某研究小组提出假说:运动通过影响淋巴细胞的增殖进而影响免疫力，然后设计实验验证运动、淋巴细胞的增殖、免疫力之间的因果关系，如果有明显的相关性则肯定假说，如果没有明显的相关性则否定假说。

二、考查实验目的

实验目的是指实验的预期和目标，通常为观察一些现象、探究一种假说或验证一个结论等。实验一般分为已知结果的验证实验和未知结果的探究实验两种类型，不同实验的实验目的表述方式不同，例如，已知胰岛素具有降低血糖的作用，设置对照实验，对实验组动物注射胰岛素，对对照组动物注射生理盐水，通过结果的比较，可验证胰岛素的作用，此为验证性实验，验证性实验的目的一般表述为“验证……的作用或现象”；已知血浆中含有缓冲物质，可以维持pH的稳定，某兴趣小组欲探究马铃薯提取液是否同血浆一样也含有缓冲物质，设计实验进行探究，此为探究性实验，探究性实验的目的一般表述为“探究……的作用或现象”。

【例2】生物膜不同于半透膜，细胞通过生物膜可以主动选择吸收或排出一些物质，而不允许其他物质进出细胞。某同学据此做了以下实验：①选生长状况相同的红色苋菜随机分为A、B两组；②A组放入常温水中，B组放入沸水中，几分钟后进行观察；③实验结果：A组苋菜仍为红色，水为无色，B组苋菜红色消失，水变为红色。请写出该同学的实验目的。

【答案】验证生物膜具有选择透过性。

【解析】由题意可知，生物膜不同于半透膜，某同学据此做了以上实验，该实验为验证性实验。苋菜中的红色色素位于液泡中，沸水破坏了生物膜的选择透过性，所以B组实验得到了以上结果。

【例3】某种植物的花色有紫色和黑色一对相对性状，且由一对等位基因控制，但其显隐性未知。某科研小组选择多株开紫色花的植株与多株开黑色花的植株杂交，结果显示，部分杂交组合的子代全为紫色花，部分杂交组合的子代紫色花和黑色花均有。试写出该科研小组的实验目的。

【答案】探究该植物花色性状的显隐性。

【解析】由题意可知，该植物的花色紫色和黑色的显隐性未知，紫色和黑色均可能为显性性状，该实验应为探究性实验，实验的目的为探究该植物花色性状的显隐性，通过杂交实验可以得出结论。

应对考查实验目的的相关试题，教师一方面要指导学生区分验证性实验和探究性实验的区别以及实验目的表述方式的不同；另一方面可以收集考查实验目的的相关高考题，如2020年全国乙卷理综第4题、第38题第(1)题等，进行针对性训练，提高学生解决此类试题的能力。

三、考查实验材料与器具

实验材料和器具是进行科学实验必需的条件。实验材料一般是指实验需要用到的动物、生物组织、药品等；实验器具是处理实验材料、操作实验过程、测量实验结果等环节所需要的实验器材，如烧杯、显微镜、解剖刀、电位计等。实验题的考查，有时要求考生对实验材料和器具进行补充或修改。解答此类题目时可以先快速浏览整个实验的目的、过程、结果等，结合上下文，一般可以找到蛛丝马迹。

【例4】为研究甲状腺激素的功能，科研小组进行了以下实验，请对空白处进行补充：选取生长发育状况相同的大鼠若干只，随机分为3组，编号为A、B、C。给A组大鼠注射适量溶解有甲状腺激素的生理盐水，B组大鼠注射等量溶解有甲状腺激素拮抗剂的生理盐水，C组大鼠注射________，一段时间后观察三组大鼠的活动状况。

【答案】等量的生理盐水

【解析】该题考查了实验试剂及其使用方法，考生不仅要准确填写需要的实验试剂，还要熟练掌握其使用方法。对照实验一般需要设置空白对照组，且遵循单一变量原则，由题意可知，该实验A、B两组均为实验组，C组应为空白对照组。根据控制变量的要求，空白对照组需要注射生理盐水，且需要和实验组注射的试剂等量。

实验试剂、材料和器具的考查，一般限于识记层次，学生只要熟记即可。教师在日常教学中，尽量让学生亲自动手操作实验，熟练掌握其使用方法和注意事项。复习课教学时，教师可以引导学生用表格的形式整理高中生物学教材中所有实验中用到的试剂、材料和器具，帮助学生建立知识网络，如整理高中生物学教材中使用到酒精的实验与使用目的(表2)。

表2 高中生物教材中使用到酒精的实验与使用目的

四、考查实验设计与步骤

中学生物学实验一般为对照实验，其步骤可以归纳为“三部曲”。第一步为“分组编号”，选材时一定要注意选择相同的实验材料，分组要随机，编号是为了便于观察和统计；第二步为“设置变量”，在对不同组进行处理时，需要注意控制变量，遵循单一变量原则，例如培养或饲养一定要在相同条件下进行等；第三步为“观察结果”，为减少实验误差，要注意数据的取舍，实验结果需要测量还要取平均值。

【例5】某医药公司开发了一种治疗糖尿病的口服新药X，先用兔子做第一期药效和安全性试验。实验材料有糖尿病模型兔若干只、玉米油稀释的药物X、玉米油、血糖测量仪等。请写出实验的思路。

【答案】①选取生长发育状况等相同的糖尿病模型兔喂食普通饲料，半小时后测量起始血糖，然后随机均分为2组，编号为A、B。②给A组兔灌喂适量的玉米油稀释的药物X，B组兔灌喂等量的玉米油，相同环境下待一段时间。③用血糖测量仪测每组兔的血糖，并取平均值。

【解析】由题意可知，该实验为对照实验，可以使用实验步骤的“三部曲”解答。具体表述时需要注意一些专业性和细节问题，例如该药物是口服药，需要使用灌喂的方法而不能是注射，对照组灌喂的玉米油需要和实验组等量等。

实验设计题是近几年高考的必考题，有的要求写出实验设计思路，如2021年全国乙卷理综第29题(3)题；有的要求写出具体的实验步骤，如2020年全国乙卷理综第37题(4)题、38题(2)题等。此类型题通常分值高、难度大。教师在日常教学时，要重视教材课后习题中实验设计题的教学，注重在平时培养学生的实验设计能力，另外，考前可以汇总近几年的高考真题中的相关试题，做到有的放矢，加强训练。

五、考查实验结果与结论

实验结果是实验后可视化或可测量的现象，如果是数据可以用图表表示，要注意数据的取舍，还要对实验误差进行分析和讨论。实验结论是由实验结果直接得出或推导出的结论性命题，一般用文字表述。验证性实验的结果和结论是已知的，具有唯一性，探究性实验的结果和结论是未知的，可能没有结论，也可能有多个结论。

【例6】人体在代谢过程中，细胞会产生一些酸性或碱性物质，血浆pH总是维持在7.35～7.45之间，其原因是血浆中含有H2CO3、HCO3-等缓冲物质。某学习小组为验证此现象做了以下实验，请预测实验结果和结论。

第一步：取6支试管，平均分为A、B、C三组。编号为A1、A2、B1、B2、C1、C2，在A1、A2中加入10 mL蒸馏水，B1、B2中加入10 mL缓冲物质，C1、C2中加入10 mL血浆，测量原始pH。

第二步：在A1、B1、C1试管中加入1滴稀盐酸溶液，在A2、B2、C2试管中加入1滴氢氧化钠溶液，振荡摇匀，静置一段时间。

第三步：测量6支试管中溶液的pH，并进行比较。

【答案】实验结果：A1试管中的pH明显下降，A2试管中的pH明显升高，B1、B2、C1、C2试管中的pH无明显变化。实验结论：血浆中存在缓冲物质，可以维持pH的稳定。

【解析】依据题意，该实验为验证性实验，实验结果是已知的，结果与结论具有唯一性。蒸馏水不能维持pH的稳定，加入酸或碱会使pH发生变化，缓冲液和血浆中有缓冲物质，加入酸或碱pH变化不大。

【例7】植物细胞分裂时，关于着丝粒是如何分裂的有两种假说。假说一：着丝粒分裂是纺锤丝牵拉的结果；假说二：着丝粒分裂是基因控制的生理活动。某兴趣小组做了以下实验，请预测实验结果与结论。

第一步：提前3天培养洋葱根尖。

第二步：取两个广口瓶，加入等量清水，编号为甲和乙。在甲瓶中加入5 mL清水，乙瓶中加入5 mL秋水仙素。将第一步培养的洋葱分别转入甲、乙瓶中，在相同条件下继续培养一段时间。

第三步：分别切取两瓶中洋葱的根尖2～3 mm，制成临时装片。用显微镜观察并统计两组根尖有丝分裂后期细胞所占的比例。

【答案】

实验结果实验结论乙瓶中处于有丝分裂后期细胞的比例明显低于甲瓶假说一正确甲瓶和乙瓶细胞处于有丝分裂后期的比例无明显差异假说二正确

【解析】此为探究性实验，结果与结论不唯一。若假说一正确，着丝粒分裂是纺锤丝牵拉的结果，由于乙瓶中加入了秋水仙素，抑制了纺锤体的形成，乙瓶中处于有丝分裂后期细胞的比例应该明显低于甲瓶；若假说二正确，着丝粒分裂是基因控制的生理活动，与纺锤体的有无无关，两组细胞处于有丝分裂后期的比例无明显差异。

实验结果和结论是两个不同的概念，考生不仅要注意区分结果和结论的不同，还要准确判断结果和结论的数量。分析近几年高考题，例如，2021年全国乙卷理综第29题，要求考生设计实验验证植物在干旱条件下存在特殊的CO2固定方式，并预测实验结果；2020年山东卷生物第22题，要求考生设计实验验证破坏脑-脾神经通路可以降低小鼠的体液免疫能力，并预测实验结果等，可以看出实验结果与结论的预测是高考常考的知识点。教师在进行复习课教学时，要引导学生汇总高中所有实验的结果与结论，再配以高考真题进行训练和讲解，可以更好地应对此类试题。

六、考查实验评价与分析

实验评价题是指对实验材料选取、实验过程、实验结果等进行科学性评价、改正或完善。实验分析题是指对实验过程中出现的现象、结果、误差等进行解释和讨论。此类题目往往以非选择题的形式出现，思维水平要求高，难度一般较大。

【例8】某科研小组用兔子进行实验，探究尿量的影响因素。实验内容如下：耳缘静脉注射垂体提取液0.5 mL，记录尿量。回答下列问题：

(1)指出该实验存在的问题。

(2)处理后实验兔尿量如何变化？并解释原因。

【答案】(1)未测量实验前兔的尿量。 (2)尿量会减少，因为垂体提取液中含抗利尿激素，可促进肾小管和集合管对水的重吸收。

【解析】第(1)题要求指出实验存在的问题，为实验评价题。尿量的变化需要通过比较才能得出，因此需要测实验前兔的尿量。第(2)题要求预测并解释实验现象，为实验分析题。垂体提取液中含抗利尿激素，可以促进肾小管和集合管对水的重吸收，因此实验后兔的尿量会减少。

解答例8时要先读懂新情境中的实验目的、方法和步骤等，然后与教材中的实验或知识点建立联系，把新知识转化成旧知识，把新情境转化成熟悉的情境，便可迎刃而解。教师平时要有意识地培养学生提取试题材料中信息的能力，以及利用教材中的知识解决新情境中实际问题的能力。