《高考》的試題如何考查生物實驗

生物學本身就是一門實驗性的科學,生物學中的概念、原理和規(guī)律大多是由實驗推導和論證的。因此生物實驗一直是生物學高考試題中必考的內(nèi)容。實驗能力也是理科考生未來從事科學研究的基礎(chǔ)。所以在高考試題中加強對實驗的考查是必然的,而且今后還會逐年加強。

回憶整個生物學的發(fā)展史,就是一部實驗的歷史。只有掌握了人們在認識生命科學的實踐活動中,發(fā)展出來的科學實驗方法和思維方法,才能在新的情境中正確分析問題、解決問題,形成創(chuàng)新能力。實驗能力也是理科考生未來從事科學研究的基礎(chǔ)。所以在高考試題中加強對實驗的考查是必然的,而且今后還會逐年加強。

2008年理科綜合《考試大綱》中生物部分實驗與探究能力的要求是:

(1)能獨立完成“生物知識內(nèi)容表”所列實驗。包括理解實驗目的、原理、方法和操作步驟,掌握相關(guān)的操作技能,并能將這些實驗涉及的方法和技能進行綜合的運用。

(2)具備驗證簡單生物學事實的能力,并能對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行解釋、分析和處理。

(3)具有對一些生物學問題進行初步探究的能力。包括確認變量、作出假設(shè)和預期、設(shè)計可行的研究方案、處理和解釋數(shù)據(jù)、根據(jù)數(shù)據(jù)作出合理的判斷等。

(4)能對一些簡單的實驗方案作出恰當?shù)脑u價和修改。

本項能力要求實際包含三層含義,實驗一是理解教材中實驗和實習的原理、方法和操作技能;二是要求考生能利用所學的生物學知識、實驗思想對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行解釋、分析和處理。三是具有開放性的考查實驗思路和實驗方案的設(shè)計能力,1999年以前是從來沒有這方面內(nèi)容的。

要對課本中的生物實驗認真操作、認真分析,總結(jié)出生物實驗的一般規(guī)律、實驗程式、實驗方法,以及對實驗進行分析評價得出正確的實驗結(jié)論,關(guān)鍵是學會舉一反三,從而提高解實驗試題,特別是設(shè)計實驗試題的能力。

例  04年廣西高考試卷的第36題和05年全國卷Ⅱ第30題的第(1)小題都是用不同的素材、不同的角度、不同的方式考查教材中第三章的【實驗七】觀察植物細胞的質(zhì)壁分離與復原的實驗原理和相關(guān)技能,以及考生的知識遷移能力。如果在05年的備考中認真分析了04年廣西高考試卷的第36題,05年遇到第30題的第(1)小題能不會嗎?

04年廣西高考試卷的第36題,某同學用普通光學顯微鏡觀察植物葉肉細胞時,若要進一步確認這些細胞是否為活細胞,請你為該同學介紹一種判斷方法。簡述該方法的操作過程和出現(xiàn)的現(xiàn)象,并說明該方法能判斷這些細胞是活細胞的理由。?????

05年全國卷Ⅱ第30題的第

 

(1)小題,植物葉片表皮上分布有大量的氣孔,氣孔的結(jié)構(gòu)如圖所示。

當氣孔的細胞(保衛(wèi)細胞)吸水后,會膨脹變形,氣孔開啟;反之細胞失水收縮,氣孔關(guān)閉。請以放置一小段時間的菠菜為材料設(shè)計一個實驗,證明氣孔具有開啟和關(guān)閉的功能。要寫出實驗材料與主要用具、實驗步驟、預期實驗結(jié)果并作出解析。

實驗材料與主要用具:菠菜、清水、濃鹽水、載玻片、

蓋玻片、顯微鏡、吸水紙、滴管、鑷子等。

實驗步驟:

 

預期實驗結(jié)果并作出解析:

 

以下兩道實驗題,從內(nèi)容到命題方式都很接近:

04年年全國卷Ⅰ理綜第31題,(20分)

胰高血糖素對小白鼠和人具有相同的生理作用。為了驗證“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”,請以小白鼠為實驗對象設(shè)計實驗步驟,預測和解釋實驗應出現(xiàn)的結(jié)果,并寫出實驗結(jié)論。 

(一)實驗材料和用具:

正常實驗小白鼠2只,生理鹽水,用生理鹽水配制的適宜濃度的胰高血糖素溶液,班氏糖定性試劑,注射器,試管,燒杯等。

(二)實驗步驟:

(實驗提示:采用腹腔注射給藥,給藥劑量不作實驗設(shè)計要求;給藥1小時后,用注射器在小鼠膀胱處穿刺取尿液。)

 

(三)實驗結(jié)果的預測、解釋和結(jié)論:

 

05年全國卷Ⅰ理綜第30題,(21分)為了驗證胰島素具有降低血糖的作用,以小鼠活動狀況為觀察指標設(shè)計實驗。某同學的實驗方案如下:

①將正常小鼠隨機分成A、B兩組,觀察并記錄其活動狀況;

②A組小鼠注射適量胰島素溶液、B組注射等量生理鹽水。一段時間后,A組小鼠會出現(xiàn)四肢無力、活動減少、甚至昏迷等低血糖癥狀,B組活動狀況無變化。

③A組小鼠會出現(xiàn)低血糖癥狀后,分別給A、B小鼠注射等量的葡萄糖溶液,一段時間后,A組小鼠低血糖癥狀緩解,B組活動狀況無變化。

該實驗方案可以說明胰島素具有降低血糖的作用。請回答:

(1)該實驗原理是:____________________________。

(2)分析小鼠注射胰島素溶液后出現(xiàn)低血糖癥狀的原因_________________________。

(3)胰島素在血糖平衡調(diào)節(jié)中的作用是:___________。

以上兩道高考試題的主要知識點都是血糖的調(diào)節(jié),是以胰島素、胰高血糖素和腎上腺素的生理作用為素材,從不同的角度、不同的切入點考查相關(guān)的理解、分析能力或?qū)嶒灱寄。不能不說后面的試題中沒有前幾年試題的影子。

 

縱觀近幾年高考《理綜》試題,生物部分實驗試題的分值逐年提高,生物實驗試題已不僅僅限于教材中的實驗,由于素材來自生活、生產(chǎn)和高新科技,其特點是具有廣泛性、新穎性,這主要是對學生實驗理念和實驗能力的測試。同時實驗試題素材的不可預測性,使得考生非常容易丟分,因為任何生命現(xiàn)象均可用實驗的形式展示,命題的素材和角度可以多種多樣,具有一定的陌生度,考生往往感到無從下手。

近幾年高考理綜測試題中,生物部分已形成了相對固定的模式:除第Ⅰ卷中以實驗為素材的選擇題外,第Ⅱ卷中必有一道生物實驗題。主要形式為觀察實驗題、實驗分析題、設(shè)計和評價實驗試題等形式。我們平時說到實驗,一般是指教材中的必做實驗。實際上,課本在講述某一知識點時,往往都由實驗引入或加以驗證。這些實驗,課本中雖未明確注明,卻是科學家們研究過程的再現(xiàn),我們把它稱為經(jīng)典實驗。經(jīng)典實驗在生物學發(fā)展史中,深刻地影響著生物學思想的發(fā)展,推動著生物學理論的建立。隱含在課本中的實驗,除經(jīng)典實驗外,還有一些諸如觀察、驗證、應用等類型的實驗。這類實驗不僅包含在課本的正文中,在課本的小資料欄目以及復習題中也有一些,也應當讓考生認真閱讀,并加以分析。

 

例 (07年江蘇試題)若以雞蛋蛋白液為材料進行蛋白質(zhì)鑒定實驗,發(fā)現(xiàn)蛋白液與雙縮尿試劑發(fā)生反應后會粘固在試管壁上。下列關(guān)于這一現(xiàn)象形成原因的描述中正確的是

A.雞蛋蛋白液稀釋不夠,攪拌不勻

B.只添加了雙縮尿試劑A,未添加雙縮尿試劑B

C.雞蛋蛋白液不是合適的實驗材料

D.蛋白液與雙縮尿試劑的反應時間不夠長

 

在高考的試題中,實驗的試題主要有以下三種形式:

 

一.考查觀察實驗和相關(guān)操作過程的試題

例 觀察動物細胞有絲分裂的理想材料是

A.家兔血液中的紅細胞             B.口腔上皮細胞

C.發(fā)育著的受精卵                 D.成熟的卵細胞

例  取生長健壯的小麥根尖,經(jīng)過解離、漂洗、染色、制片過程,制成臨時裝片,放在顯微鏡下觀察。欲觀察到細胞有絲分裂的前、中、后、末幾個時期?

A.應該選一個處于間期的細胞,持續(xù)觀察它從間期到末期的全過程?

B.如果在低倍鏡下看不到細胞,可改用高倍物鏡繼續(xù)觀察?

C.如果在一個視野中不能看全各個時期,可移動裝片從周圍細胞中尋找?

D.如果視野過暗,可以轉(zhuǎn)動細準焦螺旋增加視野的亮度

例  如欲觀察細胞減數(shù)分裂過程,可選用的材料是?

A.馬蛔蟲受精卵                  B.成熟花粉粒     

C.小鼠睪丸                      D.葉芽?

例  下列關(guān)于實驗的描述,正確的是

A.將在蔗糖溶液中已發(fā)生質(zhì)壁分離的洋蔥表皮細胞轉(zhuǎn)到更高濃度的蔗糖溶液中,則發(fā)生質(zhì)壁分離復原

B.將斐林試劑加入到蔗糖溶液中,加熱后出現(xiàn)磚紅色沉淀

C.將肝臟研磨液煮沸冷卻后,加入到過氧化氫溶液中立即出現(xiàn)大量氣泡

D.將雙縮脲試劑加入到蛋清稀釋液中,溶液變成紫色

 

例 (2005年理綜Ⅰ)將小麥種子分別置于20℃30℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4天,依次取等量的萌發(fā)種子分別制成提取液Ⅰ和提取液Ⅱ。取3支試管甲、乙、丙,分別加入等量的淀粉液,然后按下圖加入等量的提取液和蒸餾水,45℃水浴保溫5分鐘,立即在3支試管中加入等量斐林試劑并煮沸2分鐘,搖勻觀察試管中的顏色。結(jié)果是

試題詳情

A.甲呈藍色、乙呈磚紅色、丙呈無色      

B.甲呈無色、乙呈磚紅色、丙呈藍色

C.甲、乙皆呈藍色,丙呈磚紅色        

D.甲呈淺磚紅色、乙呈磚紅色、丙呈藍色

例 生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)三種有機物的鑒定實驗中,以下操作錯誤的是

A.可溶性還原糖的鑒定,可用酒精燈直接加熱產(chǎn)生磚紅色沉淀

B.只有脂肪的鑒定需要使用顯微鏡

C.用雙縮脲試劑檢測蛋白質(zhì)不需要加熱

D.使用斐林試劑和雙縮脲試劑最好是現(xiàn)配現(xiàn)用

試題詳情

(07寧夏理綜試卷)將某種玉米子粒

浸種發(fā)芽后研磨勻漿、過濾,得到提取液。

取6支試管分別加入

A   B     C   D     E  F

甲組(20℃)乙組(40℃)丙組(100℃

為3組并分別調(diào)整到不同溫度,如圖所示,

然后在每支試管中加入等量的玉米子粒提取液,保持各組溫度30分鐘后,繼續(xù)進行實驗(提取液中還原性物質(zhì)忽略不計):

(1)若向A、C、E三支試管中分別加入適量的班氏試劑或斐林試劑,沸水浴一段時間,觀察該三支試管,其中液體顏色呈磚紅色的試管是_______;磚紅色較深的試管是______,顏色較深的原因是______;不變色的試管是______,不變色的原因是_________。

(2)若向B、D、F三支試管中分別加入等量的碘液,觀察三支試管,發(fā)現(xiàn)液體的顏色是藍色,產(chǎn)生該顏色的原因是______________。

(3)以上實驗的三種處理溫度不一定是玉米子粒提取液促使淀粉分解的最適溫度。你怎樣設(shè)計實驗才能確定最適溫度?(只要求寫出設(shè)計思路)

 

例 (07年江蘇試題)在采用雞血為材料對DNA進行粗提取的實驗中,若需進一步提取雜質(zhì)較少的DNA,可以依據(jù)的原理是

試題詳情

A.在物質(zhì)的量濃度為0.14mol/L的氯化鈉溶液中DNA的溶解度最小

B.DNA遇二苯胺在沸水浴的條件下會染成藍色

C.DNA不溶于酒精而細胞中的一些物質(zhì)易溶于酒精

試題詳情

D.質(zhì)量濃度為0.1g/mL的檸檬酸鈉溶液具有抗凝血作用

 

從近幾年的實驗試題在高考中的題型變化來看,命題人借助創(chuàng)設(shè)實驗方法和過程的新情境(但絕不是無根據(jù)的編實驗,一般都來自編題者的實踐或相關(guān)教材),著重考查學生對實驗進行歸納和分析的能力已成為命題的重要形式之一。

例 (06年北京卷)夏季,在晴天、陰天、多云、高溫干旱四種天氣條件下,獼猴桃的凈光合作用強度(實際光合速率與呼吸速率之差)變化曲線不同,表示晴天的曲線圖是

試題詳情

二.實驗分析題

例 (06年天津理綜卷)紫外線具有殺菌和誘變功能。用相同劑量、不同波長的紫外線處理兩組等量的酵母菌,結(jié)果見下表。

紫外線波長(nm)

存活率(%)

突變率(個)

260

60

50~100

280

100

0~1

據(jù)表推斷,在選育優(yōu)良菌種時,應采用的紫外線波長及依據(jù)是

A.260nm;酵母菌存活率較低         B.260nm;酵母菌突變數(shù)多

C.280nm;酵母菌存活率高           D.280nm;酵母菌突變數(shù)少

例 (06年重慶理綜卷)植物甲、乙是兩種瀕危藥用植物(二倍體)。請按要求回答問題:

(1)以植物甲、乙的莖尖和葉片為材料,通過組織培養(yǎng)獲得了再生植株,解決了自然繁殖率低的問題。這表明植物細胞具有_________。由葉片等材料形成的愈傷組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點是________________________________________________。

(2)題31圖1和題31圖2分別是植物甲、乙的萌發(fā)花粉粒和未受精胚珠的示意圖。

試題詳情

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題31圖1植物甲的萌發(fā)花粉粒                題31圖2植物乙未受精胚珠

在分離珠被細胞的原生質(zhì)體時,通常使用纖維素酶和果膠酶破除細胞壁,其原理是利用了酶的_______性質(zhì)。

如果將題31圖1中的1個精子與題31圖2中的1個_______細胞或2個______融合,可培育出三倍體植株。秋水仙素的作用機理是__________________________________。

(3)植物乙自然結(jié)實率低,主要原因是花粉粒萌發(fā)后多數(shù)花粉管不能伸長。為探究生長素對植物乙花粉管伸長的影響,某生物興趣小組進行了課外實驗,得到下表結(jié)果:

生長素濃度(mg/L)

0

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1.0

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2.0

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3.0

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4.0

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5.0

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6.0

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7.0

花粉管平均長度(mm)

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0.5

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3.6

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5.5

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6.4

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5.2

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3.1

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0.4

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0.2

請結(jié)合表中數(shù)據(jù)對實驗結(jié)果進行簡要分析:__________________________________

________________________________________________________________________。

根據(jù)上述分析,可以得出的結(jié)論是:_______________________________________。

例  (06年廣東高考生物試題)生物興趣小組的同學對某品種番茄的花進行人工去雄后,用不同濃度的生長素類似物2,4-D涂抹子房,得到的無籽番茄果實平均重量見下表。

2,4-D濃度(mg)

0    5    10    15    20    25    30    35

無籽番茄平均重量(g/個)

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0  13.5  26.2  46.5  53.6  53.7  43.0  30.2

據(jù)表得出的正確結(jié)論是

A.2,4-D 濃度超過25mg/L,對果實的發(fā)育起抑制作用

B.2,4-D 與生長素的作用效果相同

C.2,4-D 可以促進扦插枝條生根

D.2,4-D誘導無籽番茄的最適濃度范圍為20~25mg/L

 

例  一位農(nóng)民種植的某塊農(nóng)田小麥產(chǎn)量總是比鄰近地塊的低。他懷疑該農(nóng)田可能是缺少某種元素,為此將該塊肥力均勻的農(nóng)田分成面積相等的五小塊,進行田間實驗。除施肥不同外,其他田間管理措施相同。實驗結(jié)果如下:

地塊

施肥情況

尿素

磷酸二氫鉀

磷酸二氫銨

硫酸銨

不施肥

小麥收獲量(kg)

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55.56

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65.26

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56.88

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55.44

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55.11

從表中可判斷,該農(nóng)田最可能缺少的元素是

A.K      B.N      C.P      D.S

例  分別刺激下圖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四處,能引起肌肉收縮的是

試題詳情

A.Ⅰ        B.Ⅱ        C.Ⅲ        D.Ⅳ

例  (04年天津理綜試卷)

(1)人們不會在熱泉中發(fā)現(xiàn)活著的嗜冷海藻,而經(jīng)?梢栽诶渌h(huán)境中分離出嗜熱微生物。請根據(jù)酶的特性分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。

(2)淀粉酶可以通過微生物發(fā)酵生產(chǎn)。為了提高酶的產(chǎn)量,請你設(shè)計一個實驗,利用誘變育種方法,獲得產(chǎn)生淀粉酶較多的菌株。

① 寫出主要實驗步驟。

 

② 根據(jù)誘發(fā)突變率低和誘發(fā)突變不定向性的特點預期實驗結(jié)果。

 

提示:生產(chǎn)菌株在含有淀粉的固體培養(yǎng)基上,隨著生長可釋放淀粉酶分解培養(yǎng)基中的淀粉,在菌落周圍形成透明圈。

例  (01年高考生物試題)用含有各種必需元素的溶液培養(yǎng)大麥。實驗分為兩組,一組在光下,一組在黑暗中,48小時后測定幾種離子的濃度。表中各離子下的數(shù)據(jù)為實驗結(jié)束時,溶液中離子的濃度占實驗開始時濃度的百分比。

實驗條件

水分消耗(ml)

Ca2+   K  Mg2(%)

光下

1090

135  27  179

暗中

435

105  35  113

回答下列問題:

(1)從吸收離子和吸收水分的比例看,大麥在光下吸收哪種離子比吸收水分快?

 

(2)從上述實驗所獲得的數(shù)據(jù),可以得出哪些結(jié)論?

 

 

例 (2005理綜Ⅲ)取生長狀態(tài)相同的兩組番茄幼苗,置于表中所列A、B兩種培養(yǎng)液中,在相同的適宜條件下培養(yǎng),甲組用A培養(yǎng)液,乙組用B培養(yǎng)液。

培養(yǎng)液成分

A

B

Ca(NO32

KH2PO4

KCL

MgSO4

FeSO4

其他微量元素

蒸餾水

①若干天后發(fā)現(xiàn),兩組番茄苗下部葉片顏色不同,甲組呈_______,乙組呈_______。

②為了證明發(fā)生此現(xiàn)象的原因,分別取兩組不同顏色的等量葉片提取、分離葉綠體色素。層析結(jié)果表明,兩組葉片的胡蘿卜素顏色相同,但是乙組葉綠素的_________,其原因是____________________________________________。

③該實驗采用的方法可用來研究_______________________________________。

 

例  (07年重慶理綜試題)(21分)甘薯和馬鈴薯都富含淀粉,但甘薯吃起來比馬鈴薯甜,為探究其原因,某興趣小組以甘薯和馬鈴薯塊莖為材料,在不同溫度、其他條件相同的情況下處理30min后,測定還原糖含量,結(jié)果表明馬鈴薯不含還原糖,甘薯的還原糖含量見下表:

處理溫度(℃)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

甘薯還原糖含量(mg/g)

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22.1

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23.3

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25.8

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37.6

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40.5

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47.4

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54.7

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68.9

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45.3

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28.6

(1)由表可見,溫度為70℃時甘薯還原糖含量最高,這是因為___________________。

(2)馬鈴薯不含還原糖的原因是___________________。

(3)為了確認馬鈴薯不含還原糖的原因,請完成以下實驗:

實驗原理:①_______________________________________________________;

          ②_______________________________________________________。

備選材料與用具:甘薯提取液(去淀粉和還原糖),馬鈴薯提取液(去淀粉),二苯胺試劑,斐林試劑,雙縮脲試劑,質(zhì)量分數(shù)為3%的淀粉溶液和質(zhì)量分數(shù)為3%的蔗糖溶液等。

實驗步驟:

第一步:取A、B兩支試管,在A管中加入甘薯提取液,B管中加入等量的馬鈴薯提取液。

第二步:70℃水浴保溫5min后,在A、B兩支試管中各加入_____________。

第三步:70℃水浴保溫5min后,在A、B兩支試管中再各加入___________。

第四步:__________________________________。

實驗結(jié)果:________________________________。

(4)馬鈴薯不含還原糖,但吃起來略帶甜味,這是由于____________________的作用,食用馬鈴薯后消化分解成的葡萄糖,被小腸上皮細胞聽收后發(fā)生的代謝變化是__________________________________________________________________________。

例 (07年北京卷)科學家研究CO2濃度、光照強度和溫度對同一種植物光合作用強度的影響,得到實驗結(jié)果如下圖,請據(jù)圖判斷下列敘述不正確的是

試題詳情

A.光照強度為a時,造成曲線II和III光合作用強度差異的原因是CO2濃度不同

B.光照強度為b時,造成曲線I和II光合作用強度差異的原因是溫度不同

C.光照強度為a-b,曲線I和II光合作用強度隨光照強度升高而升高

D.光照強度為a-c,曲線I、III光合作用強度隨光照強度升高而升高

 

2000年第一次嘗試了實驗設(shè)計能力的考查。此后,年年都有不同形式的考查實驗設(shè)計和分析的試題。而且花樣翻新。逐漸發(fā)展為對未知答案的問題進行探究,考查探究能力的試題其結(jié)論是未知的或不確定的,需要通過實驗設(shè)計或其他方式得出。

例 (07年北京卷)疫苗對預防傳染病具有重要意義。為研制抗某種病毒的滅活病毒疫苗,研究人員設(shè)計實驗方案如下:

(1)制備疫苗

將純化的某種病毒在特定的_____________中培養(yǎng)、增殖。收獲病毒后用滅活劑殺死,但要確保滅活病毒的_________________不被破壞且能被免疫細胞識別,這樣得到的滅活病毒即為本實驗所用的疫苗。

(2)用實驗動物檢測疫苗刺激機體產(chǎn)生抗體的能力

①實驗原理:通過接種疫苗,滅活病毒進入實驗動物體內(nèi)可刺激B細胞,使之增殖、分化形成效應B細胞并產(chǎn)生相應的______________;當_____________病毒再次入侵時,機體能產(chǎn)生更強的特異性免疫反應,包括_____________________。

②實驗過程:將健康的實驗動物分成對照組和多個實驗組,每組若干只動物。

對照組的處理:接種不含疫苗的接種物,一段時間后再______________。

實驗組的處理:接種_____________,一段時間后再接種病毒。

為確定疫苗的有效濃度,不同實驗組的動物需接種_____________的疫苗。

③分析結(jié)果:統(tǒng)計實驗組和對照組動物的發(fā)病率、存活率。

若該疫苗可以刺激機體產(chǎn)生足夠的抗體,則實驗組比對照組發(fā)病率_________、存活率_________。

 

評價和設(shè)計型實驗題在近幾年的高考試題中可以說是一個熱點,多次在不同地區(qū)的試題中出現(xiàn)。設(shè)計實驗試題主要考查學生是否理解教材中學習過的實驗原理,是否具有靈活運用實驗原理的能力,是否具有在不同情境下遷移知識的能力和創(chuàng)新能力。能否在給定的條件下,根據(jù)所問的問題設(shè)計實驗;蛘邔嶒灧桨高M行評價,分析實驗方案中的不合理和不科學的部分,包括科學性、實驗設(shè)計的嚴謹性、實驗條件的一致性、單變量原則、對照性原則、實驗器材的選擇、實驗結(jié)果表達、數(shù)據(jù)處理和是否能得出正確結(jié)論等。

 

例  (06年天津理綜試卷)(1)下圖為某種細菌的生長曲線及A、B兩種代謝產(chǎn)物積累曲線。

試題詳情

三.考查設(shè)計實驗和探究性課題方面的試題

請據(jù)圖回答問題:

① A產(chǎn)物合成始于細菌生長曲線的_________期,屬于____________代謝產(chǎn)物。

② B產(chǎn)物的積累量在細菌生長曲線的_____________期最大。

(2)絕大多數(shù)微生物的最適生長溫度為25~37℃。為了探究培養(yǎng)溫度對谷氨酸棒狀桿菌代謝產(chǎn)物(谷氨酸)合成量的影響,設(shè)計如下實驗。在實驗中有4處錯誤,分別標以①、②、③、④,請依次分析錯誤原因。

第一步:設(shè)定培養(yǎng)溫度為28℃29℃、30℃

第二步:將菌種接種到滅菌后的液體培養(yǎng)基中,分別在設(shè)定的溫度條件下密閉培養(yǎng)

第三步:在衰亡期定時取樣,分別測定谷氨酸合成量,記錄結(jié)果并繪制曲線。

實驗結(jié)果預測和結(jié)論:若在30℃培養(yǎng)條件下,谷氨酸合成量最大,則認為,30℃為該細菌合成谷氨酸的最適培養(yǎng)溫度。

①________________________________________________________。

②________________________________________________________。

③________________________________________________________。

④________________________________________________________。

例 (07年全國卷Ⅰ)為了確定生長素類似物促進扦插枝條生根的適宜濃度,某同學用兩種濃度的生長素類似物分別處理扦插枝條作為兩個實驗,用蒸餾水處理作為對照組進行實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)三組扦插枝條生根無差異;卮鹣铝袉栴}:

(1)參考該同學的實驗,在下一步實驗中你應該如何改進,才能達到實驗的目的?請說明理論依據(jù)。

 

 

(2)在進行扦插枝條生根實驗時,一般需要剪去扦插枝條上的一部分葉片,其主要目的是為了減少___________________________,同時還要使其中扦插環(huán)境保持較高的_______________________,避免扦插枝條干枯。

(一)生物實驗設(shè)計的主要原則

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1.對照性原則:
  在實驗設(shè)計中,通常設(shè)置對照組,通過干預或控制研究對象以消除或減少實驗誤差,鑒別實驗中的處理因素同非處理因素的差異。
  實驗設(shè)計中可采用的對照方法很多,但通常采用的有空白對照的原則(即不給對照組以任何處理因素)、條件對照原則(給對照組以部分實驗因素,但不是要研究的處理因素)、自身對照原則(實驗和對照都在同一研究對象上進行,可以是不同時間或部位)、相互對照原則(不單獨設(shè)對照組,而是幾個實驗組相互對照)等。

例 為驗證“鎂是植物生活的必需元素”,三位同學進行了實驗設(shè)計,下列是實驗的基本思路。請分別指出三個實驗思路能否達到實驗目的,為什么?再寫出你的設(shè)計思路。

(1)實驗一:取生長狀況一致的大豆幼苗,用符合實驗要求的容器進行培養(yǎng)。對照組容器內(nèi)只盛有蒸餾水,實驗組盛有用蒸餾水配制的鎂鹽溶液。兩組置于相同的適宜條件下培養(yǎng),并對溶液通氣,觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。

(2)實驗二:取生長狀況一致的大豆幼苗,栽培在盛有砂性土壤的容器中(砂性土壤肥力均勻,容器符合實驗要求),對照組澆以蒸餾水,實驗組澆以蒸餾水配制的鎂鹽溶液,兩組置于相同的適宜條件下培養(yǎng),觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。

(3)實驗三:取生長狀況一致的大豆幼苗,栽培在盛有砂性土壤的容器中(砂性土壤肥力均勻,容器符合實驗要求),對照組澆以含有植物必需的各種元素的完全營養(yǎng)液,實驗組澆以不含鎂離子的完全營養(yǎng)液,兩組置于相同的適宜條件下培養(yǎng),觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。

(4)下面由你進行實驗設(shè)計,請寫出你的設(shè)計思路。

例 為了研究胰腺的胰液分泌調(diào)節(jié),某人從實驗狗甲的一段小腸上刮下黏膜,將該黏膜放入稀鹽酸中浸泡,把過濾后的提取液注入實驗狗乙的靜脈,結(jié)果引起實驗狗乙的胰液大量分泌,并由此得出“小腸黏膜中存在促進胰液分泌的某種物質(zhì)”的結(jié)論。

分析這一實驗與結(jié)論,回答下列問題:

僅根據(jù)上述實驗能否得出該結(jié)論,為什么?

 

例  為了驗證甲狀腺激素的生理作用,試以大白鼠的耗氧量和活動量為觀察指標,根據(jù)給出的實驗材料和用具,設(shè)計實驗步驟,預測實驗結(jié)果,并作出分析。?

(1)材料和用具:日齡相同體重相近的雄性成年大白鼠兩組,甲狀腺激素溶液,蒸餾水,灌胃器,耗氧量測定裝置,小動物活動測定儀等。?

(實驗提示:給藥途徑為每日灌胃,給藥劑量和儀器操作不作考試要求,室溫恒定。)

(2)方法與步驟:????????

 

(3)結(jié)果預測與分析:

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??????
   2.隨機性原則:
   實驗設(shè)計中的隨機性原則,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;二是平衡各種條件,避免實驗結(jié)果中由于不確定因素造成的偏差。

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例  為了研究人工合成的生長素類似物萘乙酸是否對植物的開花具有影響,有人設(shè)計了以下實驗:取20個水仙頭,隨機分成兩組,一組10個不做任何處理,任其自然生長,作為對照;另一組10個水仙頭均剝?nèi)ゲ糠主[片葉,露出花芽,并用0.1mg/ml的萘乙酸處理。兩組放在相同溫度和濕度環(huán)境下培養(yǎng)。實驗組的10個水仙頭除2個死亡外,其它8個分別在6~9天時間內(nèi)開花。平均比對照組早開花一個月。

(1)若據(jù)此得出萘乙酸可以促進水仙開花的結(jié)論,實驗還有哪些不夠嚴密之處?這會對實驗造成什么干擾?

(2)若要完成本實驗,請你重新進行設(shè)計合理方案。

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3.平行重復原則:
  平行重復原則,即控制某種因素的變化幅度,在同樣條件下重復實驗,觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。(如只改變溫度,在同樣條件下重復唾液淀粉酶的催化效率實驗,觀察溫度對實驗結(jié)果影響的程度。)另一方面,任何新發(fā)現(xiàn)、新理論的實驗依據(jù),都必須是能夠重復,才能為別人所認可,這是具有科學性的標志。

前面講過的隨機性原則雖然要求隨機抽取樣本,能夠在相當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。平行重復的原則就是為進一步解決這個問題而提出的。

孟德爾在植物雜交實驗中,選擇了7對相對性狀,重復做同一樣的雜交實驗,而且每1對相對性狀也要重復實驗許多次,分別獲取相應數(shù)據(jù),進行統(tǒng)計分析,獲得了同樣的結(jié)果。再用其他植物或動物也做一樣的實驗,進行統(tǒng)計分析,其結(jié)果也是一樣,才能總結(jié)出遺傳的基本規(guī)律。也是平行重復原則的典型范例。

教材中用碘液滴定法測果蔬組織提取液中維生素C的含量時,需要重復滴定兩次,求其平均值,也是利用平行重復原則使得實驗結(jié)果相對準確。

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4.等同性和單變量原則:
   等同性和單變量原則,即控制其他因素不變,只改變其中某一變量,觀察其對實驗結(jié)果的影響。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外,其他實驗條件要求做到前后一致(等同性原則)。尤其在對照實驗過程中,要特別注意等同性和單變量原則。

例 現(xiàn)有一種植物的種子,已經(jīng)知道它的萌發(fā)受水分、溫度和氧氣的影響,但不了解其萌發(fā)與光是否有關(guān)。為探究光的有無對該種子萌發(fā)的影響,請你依據(jù)所給材料和用品設(shè)計出實驗的方法步驟,預測可能的實驗結(jié)果,并分別得出相應的結(jié)論。

材料和用品:數(shù)量充足的鋪有濾紙的培養(yǎng)皿、無菌水、表面消毒過的種子等

方法步驟:

①____________________②____________________

可能的實驗結(jié)果及相應的結(jié)論:

①____________②____________③_____________

例  通過選擇培養(yǎng)基可以從混雜的微生物群體中分離出所需要的微生物。在缺乏氮源的培養(yǎng)基上大部分微生物無法生長;在培養(yǎng)基中加入青霉素可以抑制細菌和放線菌;在培養(yǎng)基中加入10%酚可以抑制細菌和霉菌。利用上述方法能從混雜的微生物群體中分別分離出

A.大腸桿菌   B.霉菌   C.放線菌   D.固氮細菌

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5.真實性原則

實驗設(shè)計的素材和數(shù)據(jù)必需真實,不能編造,特別不能容忍的是湊數(shù)據(jù)。下面舉一個反面的例子,請分析問題在什么地方?

例   引起50%左右細胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的濃度,我們稱之為細胞液的等滲濃度。為了測定洋蔥表皮細胞的等滲濃度,有人把剪成小塊的洋蔥表皮細胞分別(等量)依次放入下面各組溶液中,并記錄結(jié)果如下表:

培養(yǎng)皿

1

2

3

4

5

6

7

蔗糖溶液初始濃度(mol/L)

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0.2

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0.3

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0.4

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0.5

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0.6

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0.7

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0.8

發(fā)生初始質(zhì)壁分離細胞占觀察細胞數(shù)目的百分比

15%

40%

80%

99%

100%

該洋蔥表皮細胞的等滲濃度為多少?

如果再給你4組實驗材料,請設(shè)計出可以更精確地測出細胞等滲濃度的方法。

 

(二)實驗設(shè)計的基本方法

 

設(shè)計實驗方法

說             明

確定實驗目的

      ¯

實驗的最終目的,要探究什么,論證說明,說明什么?

提出假設(shè)和預期

      ¯

就是你設(shè)想的這個科學事實應該是一個什么過程?最后應該得出什么樣的結(jié)論。

分析實驗原理

      ¯

即實驗依據(jù),為完成實驗得出實驗結(jié)論而應用的科學理論知識(源于學習過的基本概念、原理、規(guī)律等)。

確定實驗思路

      ¯

根據(jù)實驗目的、原理而進行的思維過程,構(gòu)建實驗設(shè)計基本框架,是實驗設(shè)計的藍圖。

設(shè)計實驗步驟

      ¯

有了思路,具體是怎樣操作問題,設(shè)計步驟時,要遵循實驗設(shè)計原則,一定要充分利用題目所給條件,并思考這些條件起什么作用和怎樣運用。

根據(jù)觀察到的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)結(jié)果,進行預測和分析,得出正確結(jié)論。

觀察現(xiàn)象、處理數(shù)據(jù),進行結(jié)果的預測與分析是實驗設(shè)計的終結(jié),有畫龍點睛的作用。預測要全面,考慮多方面的可能性,分析要科學、實事求是應具說服力。

 

例如,孟德爾(Mendel)在驗證分離定律時,就體現(xiàn)了這樣一個程序:

①確定實驗目的:驗證分離定律。

②假設(shè)和預期:雜交產(chǎn)生的F1的體細胞中,遺傳因子D和d在細胞內(nèi)成對存在,由于D對d有顯性作用,因此F1(Dd)的莖是高的。在F1進行減數(shù)分裂的時候,產(chǎn)生了含有遺傳因子D和d的兩種雌配子和兩種雄配子,它們之間的比接近于1∶1。雌、雄配子的結(jié)合機會是相等的,因此,上述兩種雌、雄配子的結(jié)合所產(chǎn)生的F2便出現(xiàn)了三種組合:DD、Dd和dd,它們之間的比接近于1∶2∶1;而在性狀表現(xiàn)上,就是接近于3(高)∶1(矮)。

③按確定的原理和思路,設(shè)計實驗方法和實驗程序:

使用測交實驗進行驗證。雜種子一代F1(Dd),一定會產(chǎn)生帶有遺傳因子D和d的兩種配子,并且兩者的數(shù)目相等;而隱性類型(dd)只能產(chǎn)生一種帶有隱性遺傳因子d的配子。所以,測交產(chǎn)生的后代應當一半是高莖(Dd)的,一半是矮莖(dd)的,即兩種性狀的比是1∶1。

④觀察現(xiàn)象和收集數(shù)據(jù): 具體實施測交實驗,也就是按照設(shè)計方案去種豌豆,進行設(shè)計方案中的雜交,對收獲的測交后代進行分類統(tǒng)計。

⑤記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù):孟德爾用F1代高莖豌豆(Dd)與矮莖豌豆(dd)相交,得到的后代共64株,其中高莖的30株,矮莖的34株,即性狀分離的比接近1∶1。實驗結(jié)果符合預期的設(shè)想。

⑥分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論:這就是說,測交證實了F1是雜合體,在F1通過減數(shù)分裂形成配子時,成對的遺傳因子具有一定的獨立性,D和d各自進入一個配子,獨立的隨配子遺傳給后代。它們之間的比值接近于1∶1。這就是說Mendel對分離定律的解釋是正確的。當然現(xiàn)在已經(jīng)引入了基因的概念。

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