高中生物实验设计中各类问题的答题方向探讨

摘要 高考中生物实验设计占据重要的地位,笔者根据多年的教学经验,将该板块中涉及到的各类问题认真分析总结,并结合近几年的高考题对各类问题的回答落脚点做出明确提示,为一线教师和学生提出了良好的参考。

关键词　生物实验设计　答题方向

中图分类号G633.91　文献标识码B

1　实验题目的拟定

一个实验题目中应该体现出该实验的性质是验证性实验还是探究性实验。所以验证性实验的题目应写成“验证……”;探究性实验应写成“探究……”。

探究性实验的题目中的格式一般为“探究自变量对因变量的影响”

【例1】在用生长素促进某植物枝条生根的实践过程中,发现枝条生根情况不一,分析其原因,认为可能与生长素的浓度有关。请据此拟定一个相关研究的课题,要求写出课题名称及相关研究中的观察指标和影响这一指标的因素。

解析:显然可以确定生长素的浓度为自变量,枝条生根情况为因变量。

答案:探究生长素浓度对该植物枝条生根的影响观察指标:生根数量(或长度)影响这一指标的因素:生长素浓度。

2　实验结论

实验结论是由实验结果推出自变量和因变量之间的关系

【例2】为了验证“植物主茎顶芽产生的生长素能够抑制侧芽生长”,某同学进行了以下实验:

①选取健壮、生长状态一致的幼小植株,分为甲、乙、丙、丁4组,甲组植株不做任何处理,其他三组植株均切除顶芽。然后乙组植株切口不做处理;丙组植株切口处放置不含生长素的琼脂块;丁组植株切口处放置含有适宜浓度生长素的琼脂块。

②将上述4组植株置于相同的适宜条件下培养。

回答下列问题:

(1)各组植株侧芽的预期生长情况分别为:甲组_____;乙组_____;丙组_____;丁组_____。

(2)比较甲组与乙组的预期结果,能够说明__________。

(3)比较乙组和丙组的预期结果,能够说明__________。

(4)比较丙组和丁组的预期结果,能够说明__________。

(5)顶芽产生的生长素抑制侧芽生长的原因是__________。

解析:如甲组和乙组之间的自变量是顶芽是否存在,因变量是侧芽是否受抑制,所以结论应该为顶芽可以抑制侧芽的生长。同理可以分析出乙组和丙组及丙组和丁组的结论。

答案:(1)生长受抑制 生长 生长 生长受抑制 (2)顶芽生长抑制侧芽的生长 (3)琼脂块对侧芽生长没有影响 (4)对侧芽生长起抑制作用的是生长素 (5)顶芽产生的生长素向下运输、在侧芽处积累较多,侧芽对生长素浓度比较敏感,使侧芽生长受到抑制

3　实验设计思路

实验设计思路是指实验设计的大致过程,通常包括如何控制自变量,怎样控制无关变量,怎样检测因变量等。在写实验设计思路时要“上看实验器具,下看实验步骤”。

值得提醒的是,有些实验思路中仅写3种变量的控制是不完善的,还要具体考虑题目的信息。总之,实验设计思路可以看成是实验步骤的浓缩。

4　实验假设

实验假设是指在探究性实验中对所要研究的问题提出的一种解释

例题:探究生长素是否具有延缓叶片衰老的作用。

实验假设就是:生长素具有延缓叶片衰老的作用(或生长素不具有延缓叶片衰老作用)。

5　实验原理

是整个实验的设计的依据,支持自己设计的实验结果出现的科学依据。也就是正因为该科学依据的存在才能导致设计的实验出现结果。

【例3】为了验证胰岛素具有降低血糖的作用,以小鼠活动状况为观察指标设计实验。

某同学的实验方案如下:

①将正常小鼠随机分成A、B两组,观察并记录其活动状况。

②A组小鼠注射适量胰岛素溶液,B组注射等量生理盐水。

一段时间后,A组小鼠会出现四肢无力,活动减少,甚至昏迷等低血糖症状,B组活动状况无变化。

③A组小鼠出现低血糖症状后,分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段时间后,A组小鼠低血糖症状缓解,B组活动状况无变化。

该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。

请回答:

(1)该实验原理是什么?

(2)分析小鼠注射胰岛素溶液后出现低血糖症状的原因。

(3)胰岛素在血糖平衡调节中的作用是什么?

6　结果分析

6.1　验证性实验的结果分析是指解释该实验结果出现的原因

【例4】为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗,请用所提供的实验材料与用具,在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上,继续完成实验步骤的设计和预测实验结果,并对你的预测结果进行分析。

实验材料与用具:烟草幼苗、试管两支、NaHCO3稀溶液(为光合作用提供原料)、真空泵、暗培养箱、日光灯(实验过程中光照和温度等条件适宜,空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计)。

实验步骤和预测实验结果:

(1)剪取两小块相同的烟草叶片,分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时,叶片均浮在水面。

(2)用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后,敞开试管口,可观察到叶片均下沉到试管底部。

(3)______________。

分析预测结果:__________。

分析预测的结果:__________。

(1)光照下,NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用,释放出来的氧气多于消耗的氧气,叶肉细胞间隙的氧气增加,叶片上浮。而蒸馏水中缺乏二氧化碳和氧气,叶片不能进行光合作用和呼吸作用,叶肉细胞间隙缺乏气体,因此叶片仍位于试管底部。

(2)黑暗中,NaHCO3稀溶液中的叶片呼吸作用,消耗了叶肉细胞间隙中的氧气,放出二氧化碳溶于NaHCO3稀溶液中,叶肉细胞间隙缺乏气体,叶片下沉。蒸馏水中缺乏氧气,叶片不能进行呼吸作用,叶肉细胞间隙仍缺乏气体,因此叶片仍位于试管底部。

6.2　探究性实验的结果分析是指若……则……进行多种情况的的讨论

那么作为一个探究性实验的多种结果的讨论究竟讨论几种情况才最合适,教师可以根据实验的假设情况进行讨论。有几种假设就可以预测出几种相应的结果和结论。

【例5】探究性实验的结果分析

下图是一种可以测定呼吸速率的密闭系统装置

(1)关闭活塞,在适宜温度下,30 min后读取有

色液滴向______(左佑)移动的距离

(2)为了使测得的数据更准确,必须进行矫正。矫正装置的容器和小瓶中应分别放入

(3)生活中发现,受到机械损伤的樱桃易烂。有人推测易烂与机械损伤引起樱桃呼吸速率升高有关。请结合测定呼吸速率实验装置,设计实验探究机械损伤对樱桃呼吸速率的影响。

①实验假设

②实验步骤_______。

第一步:按装置图中所示进行操作,30分钟后,记录有色液滴移动距离a。

第二步:__________。

第三步:_________。

④结果分析:__________。

解析:该实验的可能会出现的假设

①一定程度的机械损伤对樱桃的呼吸速率无影响

②一定程度的机械损伤对樱桃的呼吸速率有促进性影响

③一定程度的机械损伤对樱桃的呼吸速率有抑制性影响。

因为可以出现三种实验假设所以就会预测出三种相应的实验结果和结论,所以该实验的结果分析应该分析三种情况。

答案:

(I)左 (2)等量的消毒死的樱桃:等量的20%NaOH 5 mL

(3)②机械损伤会引起樱桃的呼吸速率升高/机械损伤和樱桃的呼吸速率无关/机械损会使樱桃的呼吸速率降低。(书写任意一种情况)

③第二步:将装置中的樱桃进行机械损伤,放入该装置,30min后记录有色液滴的移动距离为b。

第三步:比较a,b的大小。

④结果及结论:如果a=b;则无影响。

如果a>b;则抑制。

如果a

8　写操作步骤

实验操作的表述从形式上看,应分步、分组。分组时要标号,同时注意单因子变量原则。分步原则上是三步:第一步实验准备(选材料分组编号),第二步实验进行(交代自变量是怎样控制的),第三步实验现象观察及记录(交代因变量是怎样测定的)。三步中要时刻交代清无关变量时怎样控制均衡的。

例:以下是验证某大豆品种的矮化特性与赤霉素的含量有关的实验步骤。

第一步:将上述大豆幼苗平均分成A、B两组,A组为对照组,B组为实验组,分别置于等量的完全培养液中培养。

第二步:用喷壶分别将蒸馏水和赤霉素溶液喷洒在A、B两组幼苗上。

第三步:将两组幼苗置于相同且适宜的温度和光照等条件下培养,一段时间后,测定两组植株的高度。