關(guān)于原因分析類試題的思考
——近5年全國卷中光合作用與細(xì)胞呼吸的試題分析

張新紅

(廣東省佛山市超盈實(shí)驗(yàn)中學(xué) 佛山 528200)

“原因分析”類試題是指考生需要根據(jù)試題中的信息(包括文字、圖表、曲線等)和已經(jīng)理解掌握的中學(xué)生物學(xué)知識進(jìn)行深入思考，運(yùn)用分析解釋、歸納概括、邏輯演繹、比較分析等科學(xué)思維方法，經(jīng)過邏輯推理后用文字正確表述自己的想法或觀點(diǎn)。這一類試題對于考生的思維能力要求較高，難度相對較大，不僅考查學(xué)生的邏輯推理，還考查學(xué)生的文字?jǐn)⑹瞿芰Α⒔迥耆珖碇泄夂献饔门c細(xì)胞呼吸的試題歸類，發(fā)現(xiàn)該類試題出現(xiàn)的頻率逐年提高，如： 2014年無、2015年1處、2016年3處、2017年2處、2018年5處。根據(jù)試題的設(shè)問方式，將此類試題大致歸類分析、總結(jié)并提出相應(yīng)的解題思路。

1 “現(xiàn)象—原因”類

這一類試題的形式是給出某一現(xiàn)象或結(jié)果，要求回答出現(xiàn)這些現(xiàn)象(或結(jié)果)的原因。例如，出現(xiàn)淺綠色的原因，出現(xiàn)黃色的判斷依據(jù)等。這類試題需要考生深刻理解其中隱藏的生物學(xué)原理或過程，結(jié)合題干中所給的材料等相關(guān)信息，分析解釋推理出出現(xiàn)這種現(xiàn)象背后的原因。

例1 (2016年全國Ⅱ卷第31題節(jié)選)BTB是一種酸堿指示劑。BTB的弱堿性溶液顏色可隨其中CO2濃度的增高而由藍(lán)變綠再變黃。某同學(xué)為研究某種水草的光合作用和呼吸作用，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)： 用少量的NaHCO3和BTB加水配制成藍(lán)色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液變成淺綠色，之后將等量的淺綠色溶液分別加入到7支試管中。其中6支加入生長狀況一致的等量水草，另一支不加水草，密閉所有試管。各試管的實(shí)驗(yàn)處理和結(jié)果見下表。

試管編號1234567水草無有有有有有有距日光燈的距離(cm)20遮光?1008060402050min后試管中溶液的顏色淺綠色X淺黃色黃綠色淺綠色淺藍(lán)色藍(lán)色

(*遮光是指用黑紙將試管包裹起來，并放在距日光燈100 cm的地方)

若不考慮其他生物因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，回答下列問題：

(1) 本實(shí)驗(yàn)中，50 min后1號試管的溶液是淺綠色，則說明2至7號試管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由引起的。

(2) 表中X代表的顏色應(yīng)為(填“淺綠色”“黃色”或“藍(lán)色”)，判斷依據(jù)是。

解析： 本試題中第一小問，2～7號試管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由什么引起的，題干中BTB溶液可隨CO2濃度的增高而由藍(lán)變綠再變黃，是一種酸堿指示劑，故而密閉的試管中顏色的出現(xiàn)是由于CO2濃度的不同導(dǎo)致，進(jìn)一步分析CO2濃度的不同的原因是由于水草在不同光照下光合作用消耗CO2和呼吸作用產(chǎn)生CO2的差值不同，進(jìn)而解釋2～7號試管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在不同光照下水草的光合作用和細(xì)胞呼吸引起。第二小問： X代表的顏色應(yīng)為黃色，其判斷依據(jù)是什么，根據(jù)題干信息分析解釋，2號試管遮光，水草無光合作用，只有細(xì)胞呼吸，故而導(dǎo)致溶液中CO2濃度高于3號管。這類試題的解題思路模型如圖1。

圖1 “現(xiàn)象—原因”類試題的解題思路模型

2 “結(jié)果—結(jié)論”類

科學(xué)探究已經(jīng)成為高考生物學(xué)試題必考的核心素養(yǎng)之一，其中由結(jié)果推出結(jié)論，也成為非常重要的一個(gè)考點(diǎn)。特別在光合作用與細(xì)胞呼吸和遺傳部分這兩個(gè)部分，如何由結(jié)果推導(dǎo)出結(jié)論，需要運(yùn)用到分析、歸納和概括的科學(xué)方法，這一類試題要求考生充分解讀設(shè)問、題干中的信息，考查學(xué)生歸納思維的能力。本實(shí)驗(yàn)的選材、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、過程及條件等都需要考生仔細(xì)分析推理，然后結(jié)合設(shè)問，歸納概括出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。

例2 (2016年全國Ⅰ卷第30題節(jié)選)為了探究生長條件對植物光合作用的影響，某研究小組將某品種植物的盆栽苗分成甲、乙兩組，置于人工氣候室中，甲組模擬自然光照，乙組提供低光照，其他培養(yǎng)條件相同。培養(yǎng)較長一段時(shí)間(T)后，測定兩組植株葉片隨光照強(qiáng)度變化的光合作用強(qiáng)度(即單位時(shí)間、單位葉面積吸收CO2的量)，光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度的變化趨勢如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：

(1) (2) 略。

(3) 播種乙組植株產(chǎn)生的種子，得到的盆栽苗按照甲組的條件培養(yǎng)T時(shí)間后，再測定植株葉片隨光照強(qiáng)度變化的光合作用強(qiáng)度，得到的曲線與甲組的相同。根據(jù)這一結(jié)果能夠得到的初步結(jié)論是。

解析： 該問題表面上是考查光合作用，實(shí)際上考查到遺傳部分的相關(guān)知識，即不可遺傳的變異(是由環(huán)境因素的改變引起而不是遺傳物質(zhì)的改變)。根據(jù)題干文字和曲線圖的信息可分析歸納得到以下概述： 甲、乙兩組屬于同一品種植物，由于環(huán)境的不同(甲組自然光照，乙組低光照)，得到的甲組和乙組植物隨光照強(qiáng)度變化的光合作用強(qiáng)度曲線不同，但當(dāng)將乙組的低光照改為自然光照，曲線又和甲組相同，由此說明： 乙組光合作用強(qiáng)度與甲組的不同是由環(huán)境因素低光照引起的，而不是遺傳物質(zhì)的改變引起的。

這類試題需要考生通過對題干和設(shè)問信息的充分解讀，并能聯(lián)想到高中生物學(xué)相關(guān)知識及原理，接著歸納概括得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。試題的解題思路模型如圖2。

圖2 “結(jié)果—結(jié)論”類試題的解題思路模型

3 “變化—原因”類

高考試題中通常會設(shè)置“某變量‘變化’的原因”類問題，過程中蘊(yùn)含有規(guī)律和變化，生物學(xué)規(guī)律是需要考生的理解和記憶，變化需要考生的邏輯演繹推理，對學(xué)生的科學(xué)思維能力要求較高。

例3 (2017年全國Ⅰ卷第30題節(jié)選)植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)是指由于CO2的限制，光合速率與呼吸速率相等時(shí)環(huán)境中的CO2濃度，已知甲種植物的CO2補(bǔ)償點(diǎn)大于乙種植物的，回答下列問題：

(1) 將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中，適宜條件下照光培養(yǎng)，培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)兩種植物的光合速率都降低，原因是

(2) 若將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中，照光培養(yǎng)一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)植物的有氧呼吸增加，原因是。

解析： 植物光合速率發(fā)生變化的原因從影響光合作用因素的角度考慮，影響光合作用的外界因素經(jīng)常考查的是光照、CO2濃度。根據(jù)題干信息“CO2補(bǔ)償點(diǎn)、密閉小室、適宜條件下照光培養(yǎng)”，可推知，本題第一小問是考查CO2濃度對光合作用的影響，并推測在適宜條件下照光培養(yǎng)時(shí)植物光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，則植物光合作用對CO2的消耗量大于呼吸作用產(chǎn)生的CO2量，由于密閉容器，外界無法提供CO2，密閉容器中CO2量減少，故兩種植物光合速率都降低。本題第二小問考查有氧呼吸，根據(jù)題干信息“密閉、無O2、照光培養(yǎng)、有氧呼吸增加”，進(jìn)行邏輯演繹推理，有光則甲植物可進(jìn)行光合作用，光合作用產(chǎn)生O2，密閉小室中O2增加，O2在有氧呼吸的第三階段與還原氫反應(yīng)生成水，故O2增加，小室中的甲植物有氧呼吸增加。

對于這類試題可以從生物學(xué)過程的影響因素入手，如： 光合作用發(fā)生變化，影響光合作用的外界因素主要有光照強(qiáng)度、CO2濃度和溫度；細(xì)胞呼吸發(fā)生變化，影響細(xì)胞呼吸的外界因素主要有O2濃度和溫度。從影響因素著手，找到邏輯分析的起點(diǎn)，一步一步演繹推理，就可以推出變化的過程(即變化的原因分析)。這類試題的解題思路模型如圖3。

圖3 “變化—原因”類試題的解題思路模型

4 “差異—依據(jù)”類

若將“差異”當(dāng)作結(jié)果，那么結(jié)果的不同必然是不同的因素所引起。這類試題通常是通過比較分析結(jié)果不同背后的不同因素，來推導(dǎo)出產(chǎn)生差異的判斷依據(jù)。功能上的差異從結(jié)構(gòu)上分析比較，結(jié)構(gòu)上的差異從功能上理解分析；生物學(xué)過程或現(xiàn)象上的差異可以從生物學(xué)過程的某一環(huán)節(jié)或影響因素考慮，例如： 細(xì)胞膜的功能不同，直接原因是細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)的種類不同；對于光合作用的不同，則主要從影響因素上分析差異的依據(jù)。

例4 (2018年全國卷Ⅰ第30題節(jié)選)甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強(qiáng)度的變化趨勢如圖所示。回答下列問題：

(2) 甲、乙兩種植物單獨(dú)種植時(shí)，如果種植密度過大，那么凈光合速率下降幅度較大的植物是，判斷的依據(jù)是。

解析： 本試題第(2)小問考查到凈光合速率，對于凈光合速率，甲植物下降幅度比乙大，其依據(jù)是什么？本小問可從影響因素光照強(qiáng)度入手，結(jié)合曲線圖的信息分析比較，不難發(fā)現(xiàn)，在光照強(qiáng)度小于a范圍內(nèi)，甲植物凈光合速率下降的幅度比乙大，設(shè)問中的信息“種植密度過大”可推出甲乙兩種植物單獨(dú)種植時(shí)種植密度過大導(dǎo)致整個(gè)植物所接受的光照強(qiáng)度下降，進(jìn)而推理出： 種植密度過大，接受光照減弱，導(dǎo)致甲凈光合速率下降幅度比乙大。這類試題的解題思路模型如圖4。

關(guān)于“差異—依據(jù)”類試題在高考中出現(xiàn)的頻率非常高，特別是光合作用與細(xì)胞呼吸部分，值得教師平時(shí)教學(xué)的關(guān)注與重視。對于這一類試題可以分門別類對相關(guān)的試題進(jìn)行訓(xùn)練和評講。構(gòu)建這一類試題的解題思路模型，讓學(xué)生快速找到解題的切入點(diǎn)和思路，通過各種科學(xué)的思維方法，推出相應(yīng)的原因、結(jié)論或依據(jù)，并用正確的專業(yè)名詞、術(shù)語來準(zhǔn)確表述試題的答案，長期這樣訓(xùn)練下去，有助于幫助學(xué)生克服畏難的心理，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。