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研究近三年来新课程地区高考生物单科试题,不难发现绘图题是必考的题型之一。在2010年全国新课标高考生物考试大纲中明确提出:在理解能力方面,能用文字、图表以及数学方式等多种表达形式准确地描述生物学方面的内容;在实验与探究能力方面,能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。绘图题的创设,自然符合新课程“大纲”能力考查的要求。事实上,新课程生物必修教材(人教版)中诸多知识点和课后拓展题,都有指导或训练学生绘图能力的案例。本文仅从绘制坐标图的角度,对高考命题与教材中的绘图案例进行剖析与探讨。
一、绘制坐标图的要求
高考考查的绘制坐标图主要有两种形式,一种是绘制曲线图,另一种是绘制柱状图(或直方图)。这两种图形的共性是:往往将横轴的变化量作为自变量,纵轴的变化量作为因变量;若在同一坐标中绘制两个或两个以上的自变量时,都要在图例中注明。但其应用范围有一定的差异。一般来说,当需要描述因变量随自变量变化而变化的趋势时,常采用曲线图;当需要描述因变量随自变量变化而呈现结果时,常采用柱状图。此外,绘制的坐标图应有“自明性”,即只看图、图题和图例,不阅读正文,就可以理解图示含义。
二、教材中典型坐标图解读
1.坐标曲线图解读
教材中有两类曲线图:一类是定性分析类曲线图,此类试题纵轴和横轴仅标记自变量和因变量,没有具体的数据,主要是依据某些生物学原理、生命现象等相关的因素绘制曲线的变化趋势即可。比如必修1中“酶的特性”课后的一道拓展题,其曲线图如图1和图2所示:
此图表示在最适温度下,反应物浓度(自变量)对酶所催化的化学反应速率的影响。要求在原坐标图上绘制两条曲线:一是在A点时温度升高10℃,曲线会发生什么变化?二是在B点时向反应混合物中加入少量同样的酶,曲线会发生什么变化?前者要在理解温度对酶活性的影响原理的基础上绘图,由于原坐标曲线是在“最适宜”温度下绘制的曲线,故无论是温度偏高或偏低,酶促反应速率都会下降,故绘制的曲线从A点开始一定要低于原曲线。后者要在理解酶浓度对反应速率的影响原理的基础上绘制,由于原曲线B点及其之后反应底物浓度足够大,是酶的数量限制了反应速率的提高,此时若加入少量的酶,会使反应速率加快,故绘制的曲线从B点开始要高于原曲线。
教材中有很多生物学原理可以用这种定性分析类曲线进行绘图。如笔者绘制的图2就是一例典型的坐标曲线图,可以联想与该曲线变化趋势相关的一些生物学原理是很多的,如温度、pH影响酶活性曲线、植物体内生长素浓度与所起作用的关系曲线、温度影响光合速率或呼吸速率的曲线、种群增长率与时间的变化曲线等。其共性是在一定的范围内纵坐标变量随横坐标变量增加而不断增加,超过某个值后纵坐标变量随横坐标变量增加而不断减少。
教材中第二类曲线是定量分析曲线的绘制。此类绘图的前提要给具体的数据表格,并在解读数据表格的基础上,将数据转换成函数曲线表述各种变量之间的静态或动态的数量关系。作图时要注意以下几点:(1)为每组数据选取合适的轴,通常以横轴表示条件(自变量),以纵轴表示实验结果(因变量);(2)选取适合而易于使用的标度,有图纸的应充分使用图纸;(3)清晰标注两坐标轴的含义并注明单位;(4)根据表中的数据标出各点;(5)以能穿过最多点的直线或光滑的曲线联结各点。由于绘制此类曲线纵轴、横轴都有具体的数据,故其要求的精确度比第一类曲线要高。如必修3教材中的“种群数量的变化”一节内容中,给出这样一个案例:
如果在营养和生存空间没有限制的情况下,某种细菌每20min就通过分裂繁殖一代,请你算出一个细菌在不同时间内(单位为min)产生的后代的数量,并填入表1,然后再以时间为横坐标,细菌数量为纵坐标,画出细菌的种群增长曲线。
表1
这是一道典型的绘制定量分析曲线的案例。首先要分别计算出一个细菌产生的后代在不同时间的数量值分别是:2、4、8、16、32、64、128、256、512个,并填入表中,并根据这些数值确定纵轴、横轴较为合理的标度,如纵轴以50个为一个标度,横轴以20min为一个标度;然后绘制纵横轴,将标度及其含义、单位都要注明清楚。最后在已绘制完成的坐标中,根据表中数据先描点后连线。具体绘制的曲线如图3。
此外,必修1教材中学习“有丝分裂”知识点之后,要求学生绘制体细胞中染色体数目为2n的有丝分裂过程中染色体和DNA数目变化曲线;必修2中学习“减数分裂”之后,要求学生绘制精原细胞形成精子过程中染色体、DNA数目变化曲线等;这些曲线的绘制都要在理解有丝分裂和减数分裂中染色体行为的变化,计算出各时期的染色体和DNA数目的基础上,然后才能绘制出正确的曲线图。还有些过程型的实验数据、调查数据等也可转化为此类曲线图,使实验结果更加直观。
图3
2.柱状图解读
在近年高考生物试题的绘图题中,出现频率最高的就是绘制柱状图。柱状图又称直方图,是建立在数据表格的基础上,把信息进一步转化,使数据更为直观化的一种图形。用柱状图可以将看似杂乱无章的资料,解析出规则性,比较直观地表示出自变量随因变量变化的结果。在绘制柱状图时,先将数据进行表格处理,在数字表格的基础上将信息进一步转化为柱状图,特别要注意柱状图所代表的量的大小和含义,同时注意注明纵轴、横轴的含义、图例和图名。此类图形教材中出现频率也较多,如必修1第4章中“物质跨膜运输的特点”资料分析、“物质跨膜运输的方式”解读图表;必修2第1章“遗传因子发现”技能训练、必修3教材第4章“自我检测”中的知识迁移、第6章课后的“自我检测”中技能应用等,都是以柱状图方式呈现资料分析的背景,考查学生识图、绘图和图文信息转化能力。特别是必修3第6章课后的自我检测中技能应用就是一道最具典型性的绘图题:
表2是表示某地哺乳动物和鸟类生存受到威胁的各主要原因及其比例:
表2
请根据这些数据绘出柱形图(横轴表示每类动物受威胁的各种原因,纵轴表示数值,绘制的图形如下页图4)。
图4
由于此题横轴和纵轴的变量已定,故绘图时应注意:一是要标明横坐标和纵坐标的含义,即横轴表示每类动物受威胁的各种原因,纵轴表示数值;二是要用两种不同背景的柱形图表示两种不同动物因变量的变化结果。实际教学中发现,学生绘图时最容易出错的地方有两处:一是没有绘制图例说明;二是纵轴数据标记不科学,绘制的柱状图与表中数据不一致。此外,教材中涉及细胞有丝分裂或减数分裂过程中某时期的染色体、DNA和染色单体数值,应用光合作用、呼吸作用、遗传定律、生态学原理等进行计算的结果或实验数据分析等,皆可用柱形图来表示。
三、新课程高考生物卷中坐标类绘图题赏析
例1 (2009年江苏高考生物第27题部分)红豆杉是我国珍贵濒危树种。南京中山植物园于上世纪50年代从江西引进一些幼苗种植于园内。经过几十年的生长繁殖,现在已形成了一个种群。相关人员对红豆杉种群密度进行调查,将统计到的植株按高度(h)分为5级,每一级的植株数量见表3。
表3
根据表中数据,在答题卡上的坐标图中画出该种群各级别的植株数量柱状图,答案如图5所示。
例2 (2009年上海高考生物第41题部分)为证实两种体色的桦尺蛾因环境不同而数量比例不同,进行了如下探究。实验结果:如表4所示。
表4
根据表内数据在右下空白处绘制A、B两地区不同体色蛾回收率的柱状图,答案如图6所示。
例3 (2008年广东高考生物第37题部分)某同学正在设计一个实验以探究温度对两种淀粉酶活性的影响。假设实验结果如表5所示,请在给出的坐标纸上绘图反映实验结果,答案如图7所示。
本文仅以绘制坐标图为切入点进行了表述。在实际高考命题中,考查绘图的知识内容是多方面的,如绘制细胞分裂图解、遗传系谱图解、遗传育种图解、食物链或食物网图解、物质循环图解、能量流动图解,等等。建议教师要指导学生多多关注这类题型的解题思路,要搞清楚教材中所有主干知识的图解,学会从教材图表中提取出有效的绘图信息,并能拓展应用到具体绘图中去。
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