学习探索情境类试题对科学探究的考查例析

时间：2024-05-09

郭生鑫姜万录

中国高考评价体系说明明确指出：命题要结合真实的情境载体，考查学生的迁移应用能力.试题情境可以分为两类：生活实践情境和学习探索情境.其中学习探索情境源于真实的研究过程或实际的探索过程，涵盖学习探索与科学探究过程中所涉及的问题.这类试题往往和科学研究密切相關，不仅展示科学探究的步骤，而且还体现科研工作者的思维过程和研究方法，能很好的考查学生在解决问题的过程中运用创新思维的能力，下面结合实例解析这类试题考查方式.

一、对科学探究过程进行考查

科学探究是人们在研究自然科学问题时所采用的方法，泛指科学家用于研究人类未知的自然界各种活动.其形式是多种多样的，其要素有：提出问

题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、结论与解释、反思与评价、表达与交流.科学探究的每一个要素都可成为生物学试题考查的内容，这类试题不仅能够反映学生对相关知识的理解，还能考查学生对科学的思想观念和科学家研究自然界所用方法的领悟情况.

例1 1969年，道格·科曼将实验室中的两类体型异常肥硕的小鼠（称为db鼠和ob鼠）分别与正常鼠进行了连体实验.连体实验指将两只鼠从肩膀到盆腔之间的皮肤连在一起，让两者的血液循环联通.回答下列问题：

（1）实验前，科曼曾设想两只小鼠肥胖的原因是血液中缺乏某种可以抑制食欲的物质，若设想成立，则连体小鼠中的肥胖鼠的摄食量变化应为.

（2）连体小鼠经过一段时间恢复后，得到实际实验结果如表1所示.

表1

实验处理实验结果

db鼠和正常鼠连体db鼠摄食量变化不大，正常鼠摄食量明显减少

ob鼠和正常鼠连体ob鼠摄食量明显减少，正常摄食量变化不大

①根据实验结果，小鼠肥胖的原因并不是血液中缺乏某种抑制食欲的物质，科曼重新作出假设：db鼠血液中存在能抑制食欲的物质且比正常鼠血液中浓度高，但db鼠，从而导致肥胖.而ob鼠肥胖的原因可能是缺乏该抑制食欲的物质.

②新的假设能完美解释实验结果，为进一步验证，可将db鼠和ob鼠进行连体，若实施实验后发现，说明新的假设成立.

③为排除手术等对实验结果的影响，实验中还需增设作为对照.

（3）1995年，这种能够抑制食欲的化学物质终于被确认且被命名为瘦素.某研究小组分别将两组小鼠做切除甲状腺及假手术处理，发现切除甲状腺导致血清瘦素水平上升.欲利用切除甲状腺的小鼠继续实验证明甲状腺激素能抑制瘦素分泌，请写出简要方案：

①分组.实验组：;对照组：.

②培养与检测：.

（4）已知高脂饮食及年龄增长都可引起瘦素分泌增多.若持续给两组正常幼鼠分别喂食普通饲料和高脂饲料，请在一个坐标图中用曲线预测血清瘦素（pg/ml）水平的变化.

解析本题是以科曼所做“连体老鼠”实验探究肥胖的原因为情境，着重考查学生依据假设进行预期、依据实验结果修正原假说、设计实验方案和预测实验结果等科学探究相关要素.

（1）科曼通过外科手术，把肥胖小鼠和体型正常小鼠从肩膀到盆腔之间的皮肤连在一起，将两者的血液循环联通做成连体，这样两只小鼠体内物质就能通过血液循环进行交流.按照他实验前的猜测如果两只小鼠肥胖的原因是血液中缺乏某种可以抑制食欲的物质，在和正常小鼠连接后，正常的小鼠可以产生可以抑制食欲的物质，连通后肥胖小鼠可以从正常老鼠血液中获取抑制食欲的物质就能够减肥，所以肥胖小鼠的摄食量应减少.

（2）连体小鼠经过一段时间恢复后，得到实际实验结果确不像预期的那样，而是正常小鼠与db鼠连体共生，正常饲喂一段时间后，正常小鼠摄食量明显减少，根据实验结果可推知，db小鼠肥胖的原因并不是血液中缺乏某种抑制食欲的物质，可能是不能识别抑制食欲的物质.因此，科曼重新作出假设：db鼠血液中存在能抑制食欲的物质且比正常鼠血液中浓度高，但db鼠不能识别抑制食欲的物质，从而导致肥胖.可将正常小鼠与ob小鼠连体共生，正常饲喂一段时间后，正常小鼠无变化，ob小鼠摄食量略微减少，说明ob小鼠肥胖的原因可能是抑制食欲的物质分泌不足引起的.

新的假设能完美解释实验结果，为进一步验证，可将db鼠和ob鼠进行连体，则ob鼠可以获得该物质，ob 鼠摄食量下降，db 鼠摄食量变化不大.为了使实验更具有说服力，实验需要增加正常鼠的连体实验排除手术等对实验结果的影响.

（3）欲利用切除甲状腺的小鼠继续实验证明甲状腺激素能抑制瘦素分泌，其实验目的是甲状腺激素能抑制瘦素分泌，所以实验材料是切除甲状腺的小鼠，自变量是是否有甲状腺激素，因变量是瘦素的含量，通过设置对照实验来研究，由于切除甲状腺的小鼠甲状腺激素减少，血清瘦素水平上升，通过是否补充甲状腺激素，检测血清瘦素含量变化即可证明.实验思路如下：

①分组：实验组：切除甲状腺小鼠注射适量的甲状腺激素或饲喂适量的甲状腺激素（含甲状腺激素的普通饲料）;对照组：切除甲状腺小鼠注射适量的生理盐水或饲喂适量的清水（普通饲料）.

②培养与检测：相同环境培养，测定血清瘦素含量.

（4）根据题干的信息“高脂饮食及年龄增长都可引起瘦素分泌”，所以坐标曲线如图1所示.

图1

答案：（1）减少;

（2）①不能识别抑制食欲的物质;

②ob鼠摄食量下降，db鼠摄食量变化不大;

③正常鼠的连体实验.

（3）①实验组：切除甲状腺小鼠注射适量的甲状腺激素或饲喂适量的甲状腺激素（含甲状腺激素的普通饲料）;对照组：切除甲状腺小鼠注射适量的生理盐水或饲喂适量的清水（普通饲料）;

②相同环境培养，测定血清瘦素含量（答不全不得分）.

（4）见解析.

二、对科学探究思维方法进行考查

科学研究是一个在不断试错中改进的过程，在研究过程中为了达到某种目的要选择不同研究方法，涉及到从事研究的计划、策略、手段、工具、步骤以及过程.科学探究的基本方法有观察法、实验法、调查法和资料分析法等.在生物学试题中，通过展示科研工作者从事某一项研究，多方位、多角度地采用不同的方法发现问题、分析问题和解决问题，进而对学生创新思维进行考查.

例2 某植物的白花和红花由一对等位基因A/a控制，取白花植株自交，子代表现为白花∶红花=1∶1，重复多次均为上述结果.请回答下列问题：

（1）植物花色的显性性状为;能否判断为AA纯合致死并解释原因..

（2）取白花植株进行单倍体育种，发现所有植株均开红花，出现上述结果的原因是.

（3）经显微镜观察发现，白花植株体细胞中基因A、a所在的同源染色体中的一部分缺失，则缺失片段上（填“是”或“否”）含有等位基因A/a，原因是.

（4）请设计实验对第（3）题中的分析进行验证，并写出预测结果.

解析本题是以某植物花色遗传为情境，展示科学探究的研究过程，在研究中采用不同的研究方法即实验法和观察法，探究花色遗传的本质和规律.

实验法是在控制的条件下观察、测量和记录实验对象变化的一种研究方法，是科学研究中因果研究的最主要方法.其目的是要精确地确定变量间的函数关系，证实变量间因果关系的假设.

（1）根据题中实验结果可知，取白花植株自交，后代出现红花，表明发生了性状分离比，说明白花对红花为显性，则亲本白花的基因型为Aa，子代表现为白花∶红花=1∶1，重复多次均为上述结果.若AA纯合致死，白花自交后代应出现2∶1的性状分离比，与预期不符.

（2）取白花植株進行单倍体育种，单倍体育种是通过花药离体培养得到单倍体植株，再经过人工染色体加倍获得正常植株，其结果发现所有植株均开红花，说明亲代白花植株含基因A的花粉不育.

为进一步探究A花粉不育的原因，试题中采用了观察法，观察法是指研究者有目的、有计划地在自然条件下或限定条件下，用自己的感官和辅助工具（放大镜、显微镜等仪器以及照相机、录像机、摄像机等工具）观察被研究对象，从而获得资料的一种方法.科学的观察是有计划、有目的的，观察时要全面、细致、实事求是，并及时记录.

（3）经显微镜观察发现，白花植株体细胞中基因A、a所在的同源染色体中的一部分缺失，再结合题干信息，白花植株自交，子代表现为白花∶红花=1∶1，若A/a位于缺失片段上，则子代不会同时出现白花和红花，所以缺失片段上不含有等位基因A/a.

（4）为了验证（3）题中假设，让白花植株作母本，红花植株做父本进行杂交实验，观察子代的性状及比例.如果子代表现型及比例为白花∶红花=1∶1 即可证明.