高中生物 生物實(shí)驗(yàn)題型及應(yīng)對(duì)策略

1、生物實(shí)驗(yàn)題型及應(yīng)對(duì)策略 生物科學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，因此生物實(shí)驗(yàn)一直是生物學(xué)高考必出的內(nèi)容。從近幾年的實(shí)驗(yàn)題在高考中的題型變化來(lái)看，借助實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)設(shè)新情境，側(cè)重考查同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解釋和分析的能力已成為命題趨向，其中設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題更是熱點(diǎn)。 所謂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，就是要求同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理，選擇實(shí)驗(yàn)器材，安排實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理的方法及分析實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。它包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要考查學(xué)生是否理解實(shí)驗(yàn)原理，是否具有靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)的能力，是否具有在不同情境下遷移知識(shí)的能力。 一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的四個(gè)原則 1.對(duì)照性原則:在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，通常設(shè)置對(duì)照組，通過(guò)干預(yù)或控制研究對(duì)象以

2、消除或減少實(shí)驗(yàn)誤差，鑒別實(shí)驗(yàn)中的處理因素同非處理因素的差異。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可采用的對(duì)照方法很多，除了有條件對(duì)照、劑量對(duì)照、位置對(duì)照、相互對(duì)照、自身對(duì)照等外，通常采用空白對(duì)照的原則：即不給對(duì)照組以任何處理因素。值得強(qiáng)調(diào)的是，不給對(duì)照組任何處理因素是相對(duì)實(shí)驗(yàn)組而言的，實(shí)際上對(duì)對(duì)照組還是要做一定的處理，只是不加實(shí)驗(yàn)組的處理因素。 2.隨機(jī)性原則：隨機(jī)性原則，是指被研究的樣本是從總體中任意抽取的。這樣做的意義在于：一是可以消除或減少系統(tǒng)誤差，使顯著性測(cè)驗(yàn)有意義；二是平衡各種條件，避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的偏差。 3.平行重復(fù)原則： 平行重復(fù)原則，即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的

3、程度。任何實(shí)驗(yàn)都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標(biāo)志。上述隨機(jī)性原則雖然要求隨機(jī)抽取樣本，這能夠在相當(dāng)大的程度上抵消非處理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影響。平行重復(fù)的原則就是為解決這個(gè)問(wèn)題而提出的。 4.單因子變量原則：?jiǎn)我蜃幼兞吭瓌t，即控制其他因素不變，只改變其中某一變量，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。除了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中欲處理的實(shí)驗(yàn)因素外，其他實(shí)驗(yàn)條件要求做到前后一致。 二、實(shí)驗(yàn)題型及應(yīng)對(duì)策略 如果把實(shí)驗(yàn)題型進(jìn)行歸納,大致有以下幾種類(lèi)型： （一）、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題 解這類(lèi)題時(shí)，需要: .明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砑皩?shí)驗(yàn)要求，以便確定答題方向。 .明確所給實(shí)驗(yàn)儀器及試劑、材料的操作及用途。 .設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟

4、：首先要遵循兩個(gè)原則：對(duì)照原則和單一變量原則；注意實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的順序；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證分析。 例1：課題小組的研究性學(xué)習(xí)課題是“探究影響細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的因素”他們?cè)谂囵B(yǎng)細(xì)菌的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了某種細(xì)菌（）的周?chē)渌?xì)菌的生長(zhǎng)繁殖受到抑制。他們把細(xì)菌接種到專(zhuān)門(mén)的培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，一段時(shí)間后，他們除去細(xì)胞，用該培養(yǎng)基再培養(yǎng)其他細(xì)菌，結(jié)果其他細(xì)菌仍然不能在這個(gè)培養(yǎng)基上生長(zhǎng)和繁殖。于是該同學(xué)就假設(shè)了“造成細(xì)菌的周?chē)渌?xì)菌不能生長(zhǎng)和繁殖的最可能的原因是：細(xì)菌產(chǎn)生了不利于其他細(xì)菌生存的物質(zhì)” 。 問(wèn)題：參照上述題目中所給出的有關(guān)材料，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)該同學(xué)的假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證。 第一步：

5、_。 第二步：_。 第三步：_。 第四步：_。 解析： 本題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證“細(xì)菌產(chǎn)生了不利于其他細(xì)菌生存的物質(zhì)”。那么就要驗(yàn)證細(xì)菌產(chǎn)生了一種物質(zhì)，并且不利于其他細(xì)菌的生存。我們要觀察細(xì)菌的生長(zhǎng)情況只能通過(guò)培養(yǎng)皿，所以要配制含有培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿。本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)抓以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是進(jìn)行對(duì)照組（細(xì)菌的有無(wú)）的準(zhǔn)備，二是對(duì)照組的設(shè)置（注意單一變量原則），三是對(duì)照組的使用，四是對(duì)照組控制條件的觀察。第一步：取兩個(gè)培養(yǎng)皿，按相同營(yíng)養(yǎng)成分配制成甲乙兩個(gè)培養(yǎng)基。第二步：在甲培養(yǎng)基上接種細(xì)菌，培養(yǎng)一段時(shí)間后，除去細(xì)菌；乙培養(yǎng)基上不接種細(xì)菌，作為對(duì)照。第三步：在這兩個(gè)培養(yǎng)基上分別接種相同的其他細(xì)菌。第四步：在相同

6、條件下，讓甲乙兩個(gè)培養(yǎng)基上的細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖。 （二）、 實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)題 解這類(lèi)題時(shí)，需要: .看有無(wú)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，如果有，則看對(duì)照設(shè)計(jì)是否合理。 . 看實(shí)驗(yàn)是否遵循了單一變量原則。 .看實(shí)驗(yàn)步驟的順序是否合理，步驟是否完整。 .看實(shí)驗(yàn)儀器、藥劑的使用是否合理。藥劑的配備、使用及用量的大小。 . 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證是否合理。 例2：某同學(xué)進(jìn)行了溫度對(duì)酶活性影響的研究，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)： 實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 取三支試管，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3的可溶性淀粉溶液。（2）將試管分別放入25、60的水中和冰塊中，在三支試管中分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2的淀粉酶溶液，兩支試管中的pH6.8,第三支試管中的pH，搖均后維持各自溫度min

7、。（3）在三支試管中各滴一滴碘液，并搖均。 觀察并記錄：（略） 結(jié)論：溫度過(guò)高或過(guò)低都影響酶的活性。請(qǐng)回答： 1該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊竦贸錾鲜鰧?shí)驗(yàn)結(jié)論？。 2指出步驟中不正確之處，并在此基礎(chǔ)上加以糾正或補(bǔ)充相應(yīng)的內(nèi)容。 解析： 本題是比較典型的實(shí)驗(yàn)評(píng)析題，從實(shí)驗(yàn)原則、過(guò)程順序、劑量等方面逐一排查就會(huì)得出結(jié)論。1按此步驟不能得出以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2不正確之一是試管上沒(méi)有做標(biāo)記，應(yīng)用字母或數(shù)字進(jìn)行標(biāo)記如三支試管上分別標(biāo)記、。不正確之二是步驟（）（）中加入試管中的兩種溶液應(yīng)有量的描述，如步驟（）中應(yīng)補(bǔ)充的可溶性淀粉2ml。不正確之三是實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組未遵循單一變量原則。兩組中存在酸堿度和溫度兩個(gè)變量，應(yīng)只有一個(gè)溫度變

8、量，酸堿度應(yīng)一致，pH應(yīng)都為6.8 。 （三）、 實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完善題 解這類(lèi)題時(shí)，應(yīng)分析一下以下四個(gè)步驟是否齊全： .添加實(shí)驗(yàn)假設(shè)； .完善實(shí)驗(yàn)步驟； .總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論； .補(bǔ)充填加對(duì)照實(shí)驗(yàn)。 例3：下面是最早發(fā)現(xiàn)青霉素的科學(xué)家弗萊明所進(jìn)行的探索過(guò)程。請(qǐng)將該過(guò)程補(bǔ)充完整。（1）觀察現(xiàn)象，提出問(wèn)題：細(xì)菌的培養(yǎng)基中，偶然生出青霉菌，在其周?chē)鷽](méi)有細(xì)菌生長(zhǎng)。為什么會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象？（2）做出假設(shè)： 。（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：把青霉菌接種于培養(yǎng)液中培養(yǎng)，然后觀察使用這種培養(yǎng)液對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：弗萊明在持續(xù)實(shí)驗(yàn)后分離出了這一物質(zhì)，將它命名為青霉素。本實(shí)驗(yàn)中你認(rèn)為不完善之處是，應(yīng)如何改進(jìn)？。 解析： 假

9、設(shè)：青霉素產(chǎn)生可阻止細(xì)菌生長(zhǎng)和繁殖的物質(zhì) ，本實(shí)驗(yàn)的不足之處：未設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，應(yīng)將細(xì)菌接種于未培養(yǎng)過(guò)青霉素菌的培養(yǎng)基或培養(yǎng)液中，觀察細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖情況。 （四）、 對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)題 對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)需遵循以下幾點(diǎn): .在設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí)必須要有明確的標(biāo)記，如用甲、乙、丙，或、，總之讓人一看對(duì)實(shí)驗(yàn)組一目了然。 .必須要確定實(shí)驗(yàn)因子，即影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素是誰(shuí)？ 這樣設(shè)計(jì)才有依據(jù)。 .常用的對(duì)照方法有：(1)空白對(duì)照：即實(shí)驗(yàn)因子的有無(wú)。 例如2002年全國(guó)理綜試題中用水培法驗(yàn)證礦質(zhì)元素鎂對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。瓶中加入完全培養(yǎng)液，瓶中加入去掉鎂的培養(yǎng)液進(jìn)行對(duì)照，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。(2)條件對(duì)照：例如驗(yàn)證不同

10、色質(zhì)的光對(duì)光合作用的影響：對(duì)條件完全相同的植株用不同的光照射，：用綠光，用紅光；驗(yàn)證溫度對(duì)酶活性的影響：在其它條件完全相同的情況下，把試管放在 0 ，B試管放在 37，C試管放在 100實(shí)驗(yàn)觀察。(3)劑量對(duì)照：如驗(yàn)證二氧化碳濃度對(duì)光合作用的影響，其他條件不變的情況下，可以通過(guò)改變二氧化碳濃度的方法進(jìn)行對(duì)照。(4)順序（位置）對(duì)照：如2001年高考題中驗(yàn)證生長(zhǎng)素在植物中的極性運(yùn)輸，即由植物形態(tài)學(xué)的上端運(yùn)輸?shù)较露耍敲磳?duì)照實(shí)驗(yàn)就應(yīng)該是把植物體的上下端倒置過(guò)來(lái)。（5）相互對(duì)照：不單設(shè)對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照。例如，要驗(yàn)證植物根對(duì)礦質(zhì)元素離子有選擇吸收的特性，可把番茄和水稻分別培養(yǎng)在成分相同的

11、培養(yǎng)液中，過(guò)一段時(shí)間后，測(cè)定培養(yǎng)液中各種礦質(zhì)元素離子濃度的變化，就會(huì)發(fā)現(xiàn)番茄吸收Ca多，吸收Si少，而水稻吸收Si多，吸收Ca少。以上就是不單設(shè)對(duì)照組，而用二個(gè)實(shí)驗(yàn)組的相互對(duì)照。（6）自身對(duì)照：對(duì)照和實(shí)驗(yàn)都在同一研究對(duì)象上進(jìn)行。如要研究植物的根具有向地性，莖具有背地性，可把某一植株橫放于培養(yǎng)基上，讓其自然生長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，便可觀察到根向地生長(zhǎng)，莖背地生長(zhǎng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)照和實(shí)驗(yàn)都在同一個(gè)體上進(jìn)行，這就是自身對(duì)照。 例4：有一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：將生理狀況相同的胚芽鞘分為甲乙兩組，甲組給單側(cè)光照射，乙組不給光照。同樣培養(yǎng)一段時(shí)間后，甲組向光彎曲生長(zhǎng)，乙組則直立向上生長(zhǎng)。 簡(jiǎn)答下列問(wèn)題： 作為對(duì)照，若要

12、使乙組同時(shí)也受光照，你會(huì)如何設(shè)計(jì)乙實(shí)驗(yàn)裝置？并請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明。 解析： 本題是給予實(shí)驗(yàn)單側(cè)光照射，因此推測(cè)實(shí)驗(yàn)因子就是單側(cè)光，方法一：如果給予乙組與甲組反方向的單側(cè)光，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能會(huì)發(fā)現(xiàn)胚芽鞘彎曲與甲組相反的方向生長(zhǎng)（即彎向光源生長(zhǎng)）。 方法二：也可以消除光的單側(cè)性。給予乙組直射光照，發(fā)現(xiàn)乙組胚芽鞘直立生長(zhǎng)。（其他的設(shè)計(jì)只要合理也可）如讓乙組旋轉(zhuǎn)照射光等 。 三、 強(qiáng)化練習(xí)： 例、 生物體內(nèi)的細(xì)胞代謝速率與物質(zhì)擴(kuò)散的速率有關(guān)。同種物質(zhì)雖然在細(xì)胞中擴(kuò)散的速率基本相同，但細(xì)胞大小不同，擴(kuò)散發(fā)生的快慢會(huì)有差異。有人設(shè)計(jì)了一種模型，用于研究這一問(wèn)題。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海裕?實(shí)驗(yàn)材料：（略） 實(shí)驗(yàn)步驟：（）用小

13、刀將瓊脂塊樣品（內(nèi)含酚酞）切成三塊邊長(zhǎng)分別為cm, 2cm和1cm 的立方體；（）將以上三種瓊脂塊樣品，侵入0.1%的NaOH溶液中，處理10分鐘；（）取出瓊脂塊樣品，吸干浮液后，分別將每一樣品切成兩半，觀察切面，測(cè)量每一切面上NaOH擴(kuò)散的深度，記錄結(jié)果并分析。 問(wèn)題 a. 請(qǐng)你為此研究擬定一個(gè)課題名稱(chēng)。 b. 該研究中所用的細(xì)胞模型是，考慮在樣品中加入酚酞是為了檢測(cè)NaOH在瓊脂塊中的擴(kuò)散深度，原因是。 答案提示： a.細(xì)胞大小與物質(zhì)擴(kuò)散快慢之間關(guān)系的研究 b.不同大小的瓊脂塊（代表了不同大小的細(xì)胞）；酚酞遇NaOH變紅色。 例為了證明噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)，進(jìn)入細(xì)菌的是噬菌體DNA，而不是它的

14、蛋白質(zhì)外殼，可用兩種不同的放射性同位素分別標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和噬菌體的DNA，然后再讓這兩種不同標(biāo)記的噬菌體分別去侵染未被標(biāo)記的細(xì)菌，從而對(duì)此做出實(shí)驗(yàn)論證。據(jù)分析，噬菌體的蛋白質(zhì)外殼含有甲硫氨酸等多種氨基酸。請(qǐng)你完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)： （1）實(shí)驗(yàn)室已制備好分別含3H、14C、15N、18O、32P、35S等6 種放射性同位素的微生物培養(yǎng)基。你將選擇哪兩種培養(yǎng)基分別用于噬菌體的蛋白質(zhì)外殼和噬菌體DNA？ （2）你用這兩種培養(yǎng)基怎樣去實(shí)現(xiàn)對(duì)噬菌體的標(biāo)記？請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法和這樣設(shè)計(jì)的理由？ 。 答案提示：（）用32P標(biāo)記DNA，用35S標(biāo)記蛋白質(zhì)外殼（）先將細(xì)菌分別加入在32試管編號(hào) 加入物 條 件 現(xiàn) 象 12ml水1cm3瘦肉塊 室 溫 無(wú)明顯變化 2 2ml新鮮分泌物1cm3瘦肉塊 室 溫 瘦肉塊明顯變化 32ml新鮮分泌物1cm3瘦肉塊 煮沸后冷卻到室溫 無(wú)明顯變化 42ml水1cm3馬鈴薯塊 室 溫 無(wú)明顯變化 52ml新鮮分泌物1cm3馬鈴薯塊 室 溫 無(wú)明顯變化 62ml新鮮分泌物1cm3馬鈴薯塊 煮沸后冷卻到室溫 無(wú)明顯變化P或35S的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，使細(xì)菌被標(biāo)記上32 P或35S，然后用噬菌體去侵染分別被32P或35S標(biāo)記的細(xì)菌。因?yàn)槭删w營(yíng)寄生生活。 例3、豬籠草是一種食蟲(chóng)植物，它以瓶狀帶蓋的