高中生物对照实验类题目解法摭谈

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  摘要:对照实验是通过建立几组有对比的实验操作,根据各组实验结果的比较分析,得出实验结论的一种生物学实验方法。在解题时首先要明确实验目的,确定实验自变量;其次根据自变量,建立实验组和对照组;第三注意实验组和对照组各变量的关系;最后是实验结果及结果分析和实验结论。
  关键词:对照实验 自变量 验证性实验探究性实验
  中图分类号:G633 文献标识码:A文章编号:1673-9795(2011)09(c)-0000-00
  
  比较2008、2009两年全国“3+ⅹ”普通高考理综试题和“2010年普通高等学校招生全国统一考试说明”,生物学科在2010年理综高考中知识要求做了上浮调整,题目难度有所增加,实验题当然是重中之重,是主观题中必不可少的,笔者就高中生物实验题目中经常出现的对照实验类题目的解题要点及方法谈几点粗浅的看法。
  
  1 对照实验题的特点及常规解题思路
  
  对照实验是通过建立几组有对比的实验操作,根据各组实验结果的比较分析,得出实验结论的一种生物学实验方法。这一类型的实验题目经常可见,学生在解决过程中由于分析不透彻、方法不合理,极容易因考虑不周而出现错误。只要掌握了对照实验的特点,我们便可以抽丝剥茧、逐层分析,得出正确的结论。
  1.1 明确实验目的,确定实验自变量
  当研究某一因素和某一事物的关系时,我们把专门研究的那一因素称之为实验的自变量,在对照实验中,当确定实验目的后,根据单因子变量原则,就必须要找出本实验的自变量,并确定因变量。
  1.2 根据自变量,建立实验组和对照组
  在对照实验中,经常把自变量影响该事物发生相应变化的那一组实验操作称之为实验组,而把为了得到合理的实验结论、确保实验严密性建立起来的对比操作称之为对照组。当明确实验目的,确定自变量后,便可根据题目中给出的材料和用具(或实验步骤提示),建立实验组和对照组,这是对照实验的关键,我们往往把它放在实验步骤的第一步。
  1.3 注意实验组和对照组各变量的关系
  在对照实验中,根据平衡控制原则,除自变量在实验组和对照组之间存在对比关系外,其它变量必须保持相同水平(如:相同温度、体积、时间等),因此在实验步骤的表述中往往需要突出“等量、同时、相同条件、相同时间”等字眼儿。
  1.4 实验结果及结果分析和实验结论
  在对照实验中,由于存在几组实验操作,因此,实验结果分析也相应的分几组进行,最终需综合分析,得出实验结论。可表示为:
  
  现举例如下:
  例1:根据提供的实验材料,设计并完成PH 值对酶活性影响的实验。
  材料用具:试管,量筒,烧杯,酒精灯,温度计,新鲜唾液,质量分数为3% 的可溶性淀粉溶液,质量分数为5%的盐酸,质量分数为5%的NaOH溶液,碘液。用正确的方法完成实验中的一些步骤:
  (1)第一步:实验至少要取 ______支洁净的试管,编号后分别注入1 ml新鲜唾液。
  (2)第二步:__________。
  (3)第三步:分别向试管中注入2 ml淀粉溶液,振荡后将试管下部浸入装有__________的烧杯中,这样处理的原因是________。
  (4)第四步:10分钟后________。
  (5)第五步:实验结果分析:______________。
  分析:这是与酶活性相关的生物学实验,我们已知影响酶活性的因素有温度、PH值、酶浓度、底物浓度、产物浓度等,在这诸多变量中,由于本实验的实验目的是“研究PH值对酶活性的影响”,因此自变量是 PH值,则除 PH值在实验组和对照组中存在对比变化而外,其它变量应保持相同水平。根据题目提供的材料用具来看:本实验底物为质量分数为3%的可溶性淀粉,酶是新鲜唾液中唾液淀粉酶,实验组和对照组中PH值对比变化显然是由质量分数为5%的盐酸,质量分数为5%的 NaOH溶液及清水来确立的,则应建立三组实验操作,
  
  其中各物质必须等量,并要在相同条件下进行相同时间的实验操作,确保除PH值的对比变化而外其它变量的相同水平。对实验结果的分析则应当分别分析各组实验结果后,进行综合分析,得出实验结论。
  正确答案为:⑴三;⑵分别向1、2、3号试管中注入1ml 盐酸、1mlNaOH、1ml清水;⑶35℃温水;①使各组处于相同温度条件下;②该温度是酶所需要的适宜温度;⑷取出试管,分别滴入1滴碘液并摇匀,观察颜色变化;⑸1、2号试管变蓝,说明淀粉未被水解,过酸或过碱都会影响唾液淀粉酶的活性。3号试管呈紫黄色,不变蓝,说明淀粉已被水解。可见唾液淀粉酶的最适PH值接近于7。
  
  2 常见对照实验题目类型
  
  2.1 验证性实验
  验证性实验的实验目的十分明确,往往用于验证某一理论知识,如果采用对照实验进行研究,则除其它要点不变而外,还存在这样一个特点:实验结论一般要回归到实验目的上,即该实验的实验结论往往就是该实验的实验目的,现举例如下:
  例2、 植物生长素的发现是前人数十年的实验研究结果,请你沿着前人的足迹,设计以下实验,来验证有关生长素的问题:
  实验材料和用具:
  ⑴燕麦幼苗若干 ⑵纸盒若干
  ⑶光源 ⑷刀片
  ⑸直尺 ⑹记号笔
  ⑺琼脂块 ⑻镊子
  实验步骤和实验结果:
  给出装置A如上图,请设计一个装置B,来验证胚芽鞘的生长和向光性与尖端可产生促进植物生长的物质有关。
  第一步:取甲、乙两株燕麦幼苗,分别把它们的胚芽鞘尖端切下来。
  第二步 _____________________。
  第三步 _____________________。
  第四步 _____________________。
  结果分析及结论:________________。
  分析:分析题干,①此题实验目的应当有两个,“验证胚芽鞘的生长与尖端可产生促进植物生长的物质有关”,“验证胚芽鞘的向光性与尖端可产生促进植物生长的物质有关 ”,则实验装置A和实验装置B对照必须要解决这样两个问题。②本实验主变量是“尖端可产生促进植物生长的物质”,除建立“有此物质”和“无此物质”的对比变化外,单侧光照射,胚芽鞘的生长状态等其它变量则必须在实验组和对照组中保持相同水平。③实验步骤一的提示指明了实验操作的基本方向,从而可以按照上文所述的解题思路,逐步设计实验步骤。④对于这样的验证性实验,一定要注意结论与目的的首尾呼应,针对此题的两个目的,实验结果分析要逐一点题,然后归纳总结出相应结论。正确答案为:第二步:把切下的尖端放在琼脂块上进行培养,一段时间后移去;第三步:把培养了胚芽鞘尖端的琼脂切成小块,取一小块放在甲苗切面一侧,一段时间后,甲苗弯向放置琼脂块的相对一侧生长;第四步:把没有培养胚芽鞘的空白琼脂小块放在乙苗切面的一侧,一段时间后,乙苗不生长也不弯曲。结果分析及结论:甲苗与A作对照,说明胚芽鞘的向光性弯曲与尖端可产生促进植物生长的物质有关,单侧光不是决定因素;乙苗与A作对照,说明胚芽鞘的生长与尖端可产生促进植物生长的物质有关;所以,本实验的结论为“胚芽鞘的生长和向光性与尖端可产生促进植物生长的物质有关”。
  例3、 保卫细胞的渗透系统可由钾离子来调节,保卫细胞中叶绿体产生ATP,ATP不断供给保卫细胞膜上的载体,支持保卫细胞逆着浓度差从周围表皮细胞吸收钾离子,降低保卫细胞的渗透势,而使气孔张开。请根据提供的实验材料和用具,简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果,了解钾离子对气孔开度的影响。
  实验材料和用具:
  ⑴蚕豆叶⑵显微镜⑶盖玻片载玻片镊子吸水纸
  ⑷培养皿⑸0.5%硝酸钾溶液 ⑹0.5%硝酸钠溶液
  ⑺蒸馏水
  实验步骤和实验结果:
  第一步:向三个培养皿中各放入0.5%KNO3和NaNO3和蒸馏水15ml。
  第二步:__________________。
  ……
  结果:在______溶液中气孔的开度最大。
  分析:在这个验证性实验题目中,根据材料和用具以及实验步骤提示,很容易确立0.5%KNO3溶液、0.5%NaNO3溶液和蒸馏水的对照,从而设计出合理的实验步骤。但特别要提醒的是,题干中指出保卫细胞对钾离子的吸收需要叶绿体产生的ATP为主动运输提供能量,因此各组实验操作在培养实验材料时必须置于光照下进行。正确答案为:第二步:用镊子撕蚕豆下表皮若干,放入上述三个培养皿中,置于光照下培养半小时;第三步:分别制作蚕豆叶表皮临时装片;第四步:分别在显微镜下观察气孔的开度。结果:0.5%KNO3。
  2.2 探究性实验
  探究性实验经常用于探究某一因素与某一事物之间的相互关系,实验目的不是一个确定的理论,实验结果会出现多种可能,因此实验分析要对实验结果的多种可能都要进行讨论。如果采用对照实验的方法进行研究时,必须详细分析每一组实验操作可能出现的结果,从而得出相应的实验结论。现举例如下:
  例4、据药理研究,一种茅草根的根内含有降血糖的因子及多种有益于健康的成分,某公司将它开发成一种保健饮料。该产品是否适用于糖尿病患者,生物学小组的同学以此作为研究课题,请你完成下面的实验鉴定报告。
  ⑴实验目的:鉴定一种茅草根的根是否含有还原性糖和淀粉。
  ⑵实验原理:还原性糖可用______试剂,淀粉可用______试剂来检测。
  ⑶实验器材:一种茅草根所需试剂刀片 载玻片
  酒精灯 试管夹 火柴 滴管
  ⑷实验步骤:
  ①鉴定还原性糖:________________________________。
  ②鉴定淀粉:____________________________________。
  ⑸实验现象:_____________________________________。
  ⑹结果分析:______________________________________。
  ⑺在鉴定还原性糖的实验操作中应注意:______________。
  分析:此题为探究性实验,茅草根中究竟含有那一种糖尚不确定,需要经实验来加以检测。本实验实验原理是我们所熟悉的基础知识,实验材料茅草根无法直接用于鉴定,必须要进行适当处理。煮沸得提取液或切薄片捣碎,根据题目中给出的材料和用具的提示,实验材料的处理只能用第二种方法。这样便可将处理好的材料分置于两个载玻片上,做鉴定还原性糖和鉴定淀粉的对照实验。但是由于本实验是探究性实验,因此实验结果从理论上分析存在着几种可能,“都有颜色反应,都无颜色反应,只有其一发生颜色反应”,结合实际情况,实验结论相应便有“茅草根中既含有还原性糖也含有淀粉,只含有还原性糖,只含有淀粉”三种情况。正确答案为:⑵斐林试剂(或班氏糖定性试剂),碘液;⑷①将该种茅草根切成薄片(或压碎),放于载玻片上,滴加1—2滴斐林试剂,用试管夹夹住载玻片放在酒精灯上加热,观察颜色变化;②将该种茅草根切成薄片(或压碎),放于载玻片上,滴加1—2滴碘液,观察颜色变化。⑸⑹答案组合三种:①遇斐林试剂有砖红色沉淀,遇碘液呈深蓝色,说明该种茅草根中既含有还原性糖也含有淀粉;②遇斐林试剂呈砖红色沉淀,遇碘液无颜色变化,说明该种茅草根中只含还原性糖,无淀粉;③遇斐林试剂无颜色变化,遇碘液呈深蓝色,说明该种茅草根中只含淀粉,不含还原性糖。⑺①斐林试剂要现配现做实验,以防Cu(OH)2沉淀;②载玻片在火焰上加热要来回移动,以防采热不均匀而炸裂。
  例5、右图为某种反射弧示意图,电激E,结果A发生运动反应;电激B,结果A反应而E无反应。现给你提供必要的实验用具,如电刺激设备,电位测量仪等,请设计实验方案,以验证兴奋在神经纤维上和在相邻两神经元之间的传递特点(是双向的还是单向的),并预期可能的实验结果。
  ⑴验证冲动在神经纤维上的传导,简述方法步骤:___________________。
  结果和结论:如果结果是___________,则说明传导是双向的;如果结果是____________,则说明传导是单向的。
  ⑵验证冲动在神经元之间的传递,简述方法步骤:__________________。
  结果和结论:如果结果是___________,则说明传导是双向的;如果结果是____________,则说明传导是单向的。
  分析:此题实验目的是验证兴奋在神经纤维上和在相邻神经元之间的传递特点,对每一项而言都存在“双向和单向”两种可能,因此在实验设计中,应特别注意对电激点两侧进行电位测定以做对照,从而针对可能出现的实验结果得出相应结论。正确答案为:⑴方法步骤:电激①处,观察A的变化,同时用电位测量仪观测②处有无电位变化;结果和结论:A有反应,且②处电位改变;A有反应,而②处无电位变化。⑵方法步骤:先电激①处,测量③处电位变化。再电激③处,测量①处的电位变化;结果和结论:两次测试的检测部位均发生电位变化;只有一处电位变化。
  总之,对于对照实验类题目,只要我们把握其特点,再严格遵循实验设计的基本要求,按照以上的思路去分析,是可以得到合理的解决的。
  
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