2023年高考生物学实验设计类试题分析及备考策略

肖礼涛 江楹华 肖 彦

(1.江西省赣州市教育教学科学研究所 2.江西省赣州市第一中学)

实验设计类试题是考查学生科学思维和科学探究素养的良好载体,在历年高考试题中从不缺席。学生对此类试题望而却步,主要原因是这类试题开放度高,学生短时间内难以找准作答思路,同时这类试题作答时要求语言逻辑严密、用词规范、叙述简洁。纵观近几年此类试题,都考查了学生运用教材实验的实验思路、方法或技术解决新情境下问题的迁移能力。本文分析2023年高考实验设计类试题,并提出专题备考策略。

一、2023年高考实验设计类试题例析

2023年已公布的高考生物学试题中实验设计类试题设问方式主要为写出实验思路、预期结果和结论,所利用的实验思路均在教材中能找到相应出处。如2023年全国甲卷29题(3)小问考查实验思路和预期结果,其必备知识主要为细胞器的分离方法和淀粉的鉴定方法,在新旧教材中均有提及。

【2023年全国甲卷29题节选】某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中,给该叶绿体悬浮液照光后糖产生。回答下列问题。

(3)叶片进行光合作用时,叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在,简要写出实验思路和预期结果。

【试题分析】该题体现了高考实验设计类试题的明显特征:紧扣教材,又区别于教材。试题答案无法通过简单记背得出,需要通过发散思维联系教材中的实验方法与技术,再结合具体试题情境设计实验方案。解题需先解决三个关键问题:一是叶片细胞中的叶绿体如何分离,二是叶绿体中淀粉如何进行鉴定,三是对照实验该如何设置。

二、高中生物学实验设计专题复习示例

(一)系统梳理教材中实验方法或技术

以新人教版(2019)普通高中生物学教材为例,探究·实践栏目可分为八大类共36个项目,覆盖观察类、检测类、探究类、模拟类、技能类、建模类、调查类、制作类。此外,还有众多科学史中的经典实验。在高三复习教学中,应先引导学生系统梳理教材中的实验方法或技术,为新情境下的迁移应用奠定基础。

表1 教材中的实验方法或技术

同时,教材中有一些实例体现了实验中对变量的控制原则和方法,见表2。

表2 教材中的变量控制

(二)设置梯度法复习示例

在高三实验设计专题复习过程中,习题训练可分三个梯度进行:经典重温、变式强化、原创延伸。例如,在复习“设置梯度法”时,教师可适度引导学生温习教材,总结“设置梯度法”的要义和规律。

首先,重温高考真题,引导学生深切感悟高考题的命题思路和答题要求。

【经典重温】(2022全国乙卷37题节选)化合物S被广泛应用于医药、食品和化工工业,用菌株 C可生产S,S的产量与菌株C培养所利用的碳源关系密切。为此,某小组通过实验比较不同碳源对菌体生长和S产量的影响,结果见表。

碳源细胞干重(g/L)S产量(g/L)葡萄糖3.120.15淀粉0.010.00制糖废液2.300.18

(4)若以制糖废液作为碳源,为进一步确定生产S的最适碳源浓度,某同学进行了相关实验。请简要写出实验思路:__________________。

参考答案：分别配制一系列不同浓度梯度的以制糖废液为唯一碳源的培养基,培养菌株C,其他条件相同且适宜,一段时间后,测定并比较不同浓度制糖废液中的S的产量,S产量最高时对应的制糖废液浓度即为生产S的最适碳源浓度

试题分析：该实验的自变量为碳源(制糖废液)浓度,先根据实验目的确定使用“设置浓度梯度法”,而后可参考教材中相关实验组织答案,注意“一系列不同浓度梯度” “其他条件相同且适宜”等采分点的表述。

接下来,改编高考试题,让学生熟悉解题的路径,形成固定的答题范式。

【变式强化】某兴趣小组欲探究Pb2+对尾草履虫的毒害作用,所用实验试剂与材料:Pb(NO3)2溶液母液、过滤的稻草液(用于配制试验培养液)、EP管、尾草履虫若干,结果如表所示:

Pb2+浓度(mg·L-1)接种个数死亡个数123123死亡率(%)1.5020212457627.76.0023212517151771.024.0025242125232198.5CK(空白对照)2322200000

请简要写出该实验的设计思路:____________________。

参考答案：用Pb(NO3)2溶液母液、过滤的稻草液混合稀释配制Pb2+质量浓度分别为1.50、6.00、24.00 mg·L-1的试验培养液,同时以不含Pb2+的过滤的稻草液为空白对照组,分别取等量试验培养液于四支EP管中,接种尾草履虫20～25个,相同且适宜温度下培养一段时间后进行计数,记录尾草履虫的死亡个数,计算尾草履虫的死亡率

试题分析：本题给出实验结果,要求写出实验设计思路,需要学生运用逆向思维。观察表中实验组的Pb2+浓度发现成一定比例,后者是前者的4倍,因此判断这里所用的是等比梯度,而非等差梯度,即使用Pb(NO3)2溶液母液按一定倍数稀释成一系列浓度梯度。实验的自变量为Pb2+浓度,因变量为死亡率,观测指标为死亡个数,以上三个要素在实验设计思路中应有体现。

最后,通过新情境下的实验设计原创题,培养学生的迁移能力。

【原创延伸】桑树是南方常见的一种经济植物,具有悠久的栽培历史,自古承载着中国人的故乡情。某校生物社团欲利用ABT生根粉(主要成分为吲哚丁酸钾和萘乙酸钠)探究生长素类似物促进桑树硬枝扦插生根的最适浓度,请补全以下实验设计思路:

将长度、大小相同的桑树硬枝均分为若干组并编号,每组3～5根枝条,配制________的ABT生根粉溶液,每组采用________法分别用不同浓度的ABT生根粉溶液处理枝条相同时间,一段时间后观察并统计各组桑树枝条的__________________。

参考答案：一系列浓度梯度 沾蘸法或浸泡 平均生根数和根平均长度

试题分析：本题设置全新的桑树扦插情境,考查学生对此类型试题答题的掌握情况以及新情境下的迁移能力。利用这道练习题对“设置梯度法”做系统总结,让学生掌握“设置梯度法”的要义和规律,做到灵活迁移。

三、实验设计类试题复习建议

新高考“无情境不成题”的命题趋势愈发明显,在实验设计类试题中,热点情境的使用非常普遍。如2023年广东卷第19题,以自身免疫病重症肌无力的病因研究为情境,联系教材中的抗原抗体杂交法,要求设计实验验证一种致病机制。又如2022年重庆卷第24题,以“科学家用基因编辑技术由野生型番茄(HH)获得突变体番茄(hh)”为情境,要求学生写出“获得果肉为红色、成熟期为突变体性状的纯合体番茄”的杂交选育过程,题中涉及的“基因编辑技术”是近几年生物学前沿热点技术。