依托实验探究情境,考查创新思维品质——评2023年全国乙卷理综生物第29题

苗 茵

(河南省洛阳市第三高级中学)

2023年全国乙卷的第29题创设不同光质对植物气孔开度影响的实验探究情境,通过环环相扣的问题引导学生灵活地将光合作用、物质跨膜运输方式等必备知识与情境信息有机融合,在论证推理的基础上对红光、蓝光促进气孔打开的生物学原理作出解释。试题突出考查了学生在新情境中针对新问题做出新解释的创新性思维品质。

1.真题呈现

植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含叶绿体,在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+。有研究发现,用饱和红光(只用红光照射时,植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时,气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。

(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、________________________(答出2点即可)等生理过程。

(2)红光可通过光合作用促进气孔开放,其原因是________________________________。

(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片,气孔开度可进一步增大,因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是,蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+。请推测该研究小组得出这一结论的依据是________________________________。

(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应,用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔________(填“能”或“不能”)维持一定的开度。

2.答案及解析

参考答案及推测分值分布：(1)光合作用、呼吸作用(2分,其他合理答案可酌情给分) (2)红光下,光合作用合成有机物使保卫细胞溶质浓度增大,保卫细胞吸水体积膨大,气孔打开(3分) (3)饱和红光照射使叶片的光合速率已达到最大,排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响(4分) (4)能(1分)

解析：第(1)问主要考查学生对核心概念的理解能力。气孔是植物水汽蒸腾的通道,也是植物体与外界进行CO2等气体交换的门户。植物的光合作用和呼吸作用都有气体的产生和消耗。因此,气孔的开闭不仅会影响植物通过蒸腾作用对水分的散失,也会影响CO2吸收速率进而影响光合速率。高浓度的CO2可促进气孔的关闭,降低细胞的pH,抑制乙烯的生成或通过对其他代谢过程的影响而间接影响呼吸作用。因此,气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、光合作用和呼吸作用等生理过程。第(2)问考查学生信息获取与识别能力、语言表达能力。影响气孔开闭的环境因素主要是光照、CO2、温度和湿度等,其中光照是影响气孔运动的主要环境因素。红光和蓝光都可引起气孔张开,红光是通过光合作用间接促进气孔开放。红光照射到叶片上,保卫细胞内的叶绿体进行光合作用合成糖类等有机物,使细胞内溶质浓度增大,引起保卫细胞被动吸水,保卫细胞因吸水体积膨大,气孔打开。第(3)问考查学生逻辑推理论证能力、语言表达能力。根据补光实验的结果分析,蓝光也能促进气孔开放。饱和的红光照射时,植物的光合速率已达到最大,即使补充蓝光,保卫细胞的光合速率也不会再增大。由此可推理,蓝光并不是通过提高保卫细胞光合产物的生成量来间接促进气孔打开的。结合题干信息可知,蓝光是通过促进保卫细胞以主动运输的方式积累K+,随着细胞内渗透压增大,对水的吸引力也变大,从而使保卫细胞吸水膨大,气孔打开。由此可以看出,蓝光是调控气孔开放最为有效的光质。第(4)问考查学生批判性思维能力。当光反应受阻时,暗反应过程因缺乏ATP和NADPH的供应而不能进行,糖类等有机物的生成就被阻断。用该种除草剂处理的叶片,保卫细胞本身虽然不能进行光合作用,但阳光中的蓝光作为一种信号仍可促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K+,以保证其细胞吸水膨胀,所以气孔仍可维持一定的开度。

3.答题情况及错因分析

从考后对考生答题情况的调研结果分析,此题无疑是2023年全国乙卷生物试题中正确率最低,区分度最好的一道题,较好地发挥了高考的选拔功能。

在第(1)问的作答中,一些考生错答为“CO2吸收、O2释放”等气孔的功能;还有一些考生将生理过程描述为具体的化学反应过程如“CO2吸收、ATP的合成、光反应”等。

在第(2)问的作答中,由于审题不清,考生会错误的表述为“光合作用利用CO2,CO2减少使气孔打开”;甚至张冠李戴的错写成“光反应产生的ATP促进细胞吸收K+”;大量的考生因忽略“与气孔开度直接有关的是保卫细胞的光合作用,而不是叶肉细胞的”,未能明确写出“保卫细胞的光合作用”而不能得满分。

在第(3)问的作答中,由于逻辑论证推理能力不足,考生不能依据题目信息分析推理出“蓝光不是通过增加光合产物使气孔打开的”,而是把“依据”错写成“取生理状况相似的叶片,均分成两组;一组只用红光照射,另组用红光加蓝光照射”这样的实验设计;甚至还有考生答非所问,错误的对蓝光的作用机理进行了解释,如“蓝光下,钾离子逆浓度运输,细胞渗透压增大,吸水增多,气孔导度增大”等。

在第(4)问的作答中,大量考生不能摆脱线性思维的束缚,被题中“某种除草剂能阻断光合作用的光反应”的信息所迷惑,仅认为该除草剂和红光一样会间接影响气孔的打开,而忽略了阳光中蓝光还能使气孔维持一定的开度,从而造成错判。此问虽然是选择性填空题,不考查学生的语言表达能力,但由于对学生的多种创新思维能力进行了评价,正答率为四个问题中最低。

4.试题特点分析

试题以“气孔开度”这一熟悉的情境为主线,创设新颖的呈现方式和设问方式,考查学生独立思考能力、发散思维和逆向思维等创新性思维品质。

4.1 以新颖的情境吸引学生主动探究

试题以考生熟知的保卫细胞的结构与气孔开闭的原理入题,使其初读时有一种亲切感。“光对气孔运动的调节”却是一个新颖而复杂的科学探究情境,所以考生在作答时有一种既熟悉又新奇的感觉,可激发学生进一步探究的兴趣。虽然试题中涉及的情境信息较多且都以文字表述的形式进行呈现,但命题者充分地关注了学生阅读和答题中的获得感,将这些复杂的信息依次分解到题干和相关的问题中。例如,第(3)和(4)小题中与设问有关的蓝光实验和除草剂的作用等情境信息都直接放置在设问问题之前。

此外,试题中的两个实验设计的思路堪称绝妙。在用饱和红光进行实验的基础上补加蓝光一步研究,这样在探究出红光作用的前提下,又以光合速率达到极限的条件来排除蓝光是通过提高保卫细胞光合速率来促进气孔打开的,从而反向证明了蓝光的作用机理。这种通过极限条件排除一个因素来反证结论是数学研究思路在生命科学研究领域的巧妙应用,使得实验操作简单易行,得出的结论科学严谨。答题时,考生沉浸在试题的情景之中,体验科学研究的奇妙之旅,被科技创新的巨大魅力深深地吸引。

4.2 以严谨的设问方式鼓励学生大胆创新

以气孔开度与光合作用的相互影响为主线设置的四个问题在逻辑上环环相扣,在设问方式和角度上又各不相同。从“气孔开度影响什么生理功能”到“红光促进气孔打开的原因是什么”,再到“实验结论得出的依据是什么”,最后到联系实际“判断能不能使气孔维持一定的开度”这四个设问,层层深入的引导学生捕获信息,进行推测和设想并展开周密的论证与判断,摆脱思维定式的束缚,大胆创新,积极主动地解决真实情境中的复杂问题。