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        生物:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的突破思路與方法(上)

        2021-04-08 08:04:44田奇林舒洲劉江洲
        求學(xué)·理科版 2021年5期
        關(guān)鍵詞:植物探究實(shí)驗(yàn)

        田奇林 舒洲 劉江洲

        生物學(xué)是典型的實(shí)驗(yàn)學(xué)科,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)與探究能力是學(xué)習(xí)這門學(xué)科的核心能力。實(shí)驗(yàn)與探究能力是在理論認(rèn)知與科學(xué)實(shí)踐過程中逐漸養(yǎng)成的高階思維能力,既是生物學(xué)課程教學(xué)的重要培養(yǎng)目標(biāo),也是高考生物學(xué)試題考查的方向。在近幾年的全國卷中,實(shí)驗(yàn)與探究能力試題約占試題總量的50%,值得同學(xué)們高度關(guān)注。

        一、高考對(duì)科學(xué)探究能力的考查

        探究是創(chuàng)新的基礎(chǔ),高考考查的主要內(nèi)容有:提出生物學(xué)問題,形成猜想并作出假設(shè),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或制定方案(思路),進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或完成方案,得出結(jié)論;對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象或事實(shí),進(jìn)行觀察、提問、討論和交流的過程。創(chuàng)新是探究的高級(jí)表現(xiàn),主要包括發(fā)現(xiàn)新的問題,提出新的解釋或作進(jìn)一步探究的新思維、新方法,特別注重基于發(fā)散思維、聚合思維、批判思維和元認(rèn)知等創(chuàng)新能力和基于規(guī)范表達(dá)的合作能力的綜合考查。

        二、高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)答題失分的常見原因

        【例1】(2019·全國卷Ⅰ,29題)將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進(jìn)行干旱處理,該植物根細(xì)胞中溶質(zhì)濃度增大,葉片中的脫落酸(ABA)含量增高,葉片氣孔開度減小,回答下列問題。

        (1)經(jīng)干旱處理后,該植物根細(xì)胞的吸水能力_______。

        (2)與干旱處理前相比,干旱處理后該植物的光合速率會(huì)_______,出現(xiàn)這種變化的主要原因是_______。

        (3)有研究表明:干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的,請(qǐng)以該種植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一結(jié)論,要求簡要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。

        【答案】(1)增強(qiáng)? ? (2)降低? ? 氣孔開度減小使供應(yīng)給光合作用所需的CO2減少? ? (3)取ABA缺失突變體植株在正常條件下測(cè)定氣孔開度,經(jīng)干旱處理后,再測(cè)定氣孔開度。預(yù)期結(jié)果是干旱處理前后氣孔開度不變。將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組,在干旱條件下,一組進(jìn)行ABA處理,另一組作為對(duì)照組,一段時(shí)間后,分別測(cè)定兩組的氣孔開度。預(yù)期結(jié)果是ABA處理組氣孔開度減小,對(duì)照組氣孔開度不變。

        1.答卷抽樣分值分布統(tǒng)計(jì)

        2.試題分析與評(píng)價(jià)

        本題以對(duì)某植物減少澆水進(jìn)行干旱處理為背景,綜合考查了滲透作用原理和光合速率的影響因素,重點(diǎn)考查了生物學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維和科學(xué)探究,要求考生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證干旱條件下,氣孔開度不是由缺水直接引起的,而是由脫落酸(ABA)引起的。試題靈活,要求考生有很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和語言表達(dá)能力;考生容易入手,但不能準(zhǔn)確和完整地進(jìn)行表達(dá)。考生得分區(qū)間集中在6—8分,平均分為6.84分,試題區(qū)分度較大。

        3.考生答題失分原因分析

        (1)自變量遺漏。驗(yàn)證“干旱條件下,氣孔開度不是由缺水直接引起的,而是由脫落酸(ABA)引起的”中存在兩個(gè)自變量:是否缺水和是否有脫落酸。

        (2)隨意更換實(shí)驗(yàn)材料。本題要求以該種植物的ABA缺失體(不能合成ABA)植株為材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),而部分考生錯(cuò)用正常植物作為實(shí)驗(yàn)材料。

        (3)增添或錯(cuò)選因變量。本題要求以氣孔開度為因變量,而部分考生以光合作用強(qiáng)度、植物重量的變化、植物的生長情況等作為因變量或出現(xiàn)了多個(gè)因變量。

        (4)混淆實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)論。將預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果答成了實(shí)驗(yàn)結(jié)論,如“干旱條件下,氣孔開度不是由缺水直接引起的”“干旱條件下,氣孔開度是由ABA直接引起的”等。

        (5)表達(dá)不全?;卮鸸夂纤俾首兓p慢)的原因,部分考生只回答“氣孔開度減小”或者 “吸收的CO2減少”。

        (6)不遵循單因子變量原則。只設(shè)計(jì)了兩個(gè)組進(jìn)行對(duì)照,兩個(gè)組有兩個(gè)自變量,如“一個(gè)組在缺水條件下,添加ABA;另一個(gè)組在正常(有水)條件下,不添加ABA”。

        (7)不能正確區(qū)分實(shí)驗(yàn)類型。該題是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),部分考生審題不仔細(xì),錯(cuò)誤地當(dāng)作探究性實(shí)驗(yàn),在回答實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果時(shí),進(jìn)行了分類討論。

        三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的突破思路與技巧

        1.植物生理實(shí)驗(yàn)

        見例1。

        【審題關(guān)鍵】

        (1)實(shí)驗(yàn)要在干旱的條件下進(jìn)行;

        (2)在有ABA和無ABA參與的條件下測(cè)定氣孔開度的變化;

        (3)實(shí)驗(yàn)材料要選用“ABA缺失突變體”。

        【解題模板】

        【拓展延伸】

        探究植物激素間的相互作用的答題思路

        2.遺傳設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

        【例2】(原創(chuàng))孟德爾從34個(gè)豌豆品種中選擇了7對(duì)相對(duì)性狀做雜交實(shí)驗(yàn),揭示出兩個(gè)重要的遺傳定律。下圖表示控制豌豆三對(duì)相對(duì)性狀的三對(duì)等位基因在染色體上的位置。已知種皮灰色和白色分別由一對(duì)等位基因A和a控制,這對(duì)基因可能位于I號(hào)或IV號(hào)染色體上?,F(xiàn)有各種表現(xiàn)型的純合豌豆植株,不考慮基因突變和交叉互換的情況下,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),確認(rèn)A/a是位于I號(hào)染色體上還是IV號(hào)染色體上。

        實(shí)驗(yàn)方案:①可選用種皮灰色子葉黃色高莖豌豆與 豌豆做親本雜交,得到F1。②再讓F1自交,然后 ? 。③若表現(xiàn)型及比例為 ? ? ,則A/a位于IV號(hào)染色體上;若表現(xiàn)型及比例為 ,則A/a位于I號(hào)染色體上。

        【答案】①種皮白色子葉綠色矮莖? ? ②統(tǒng)計(jì)F2表現(xiàn)型及比例? ? ③種皮灰色高莖∶種皮白色矮莖=3∶1(或種皮灰色子葉黃色∶種皮灰色子葉綠色∶種皮白色子葉黃色∶種皮白色子葉綠色=9∶3∶3∶1)種皮灰色子葉黃色∶種皮白色子葉綠色=3∶1(或種皮灰色高莖∶種皮灰色矮莖∶種皮白色高莖∶種皮白色矮莖=9∶3∶3∶1)

        【解題模板】

        【拓展延伸】

        假說—演繹法解答遺傳實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的答題思路

        3.動(dòng)物生理實(shí)驗(yàn)

        【例3】(2018·全國卷Ⅱ,32題)為研究垂體對(duì)機(jī)體生長發(fā)育的作用,某同學(xué)用垂體切除法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中,用幼齡大鼠為材料,以體重變化作為生長發(fā)育的檢測(cè)指標(biāo)?;卮鹣铝袉栴}:

        (1)請(qǐng)完善下面的實(shí)驗(yàn)步驟:

        ① 將若干只大鼠隨機(jī)分為A,B兩組后進(jìn)行處理,A組(對(duì)照組)的處理是,B組的處理是 。

        ② 將上述兩組大鼠置于相同的適宜條件下飼養(yǎng)。

        ③。

        ④ 對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理與分析。

        (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析:B組大鼠生長發(fā)育的狀況不如A組,出現(xiàn)這種差異的原因是B組的處理使大鼠缺失了來源于垂體的 激素和 激素。

        【答案】(1)①手術(shù)但不切除垂體 切除垂體③每隔一定時(shí)間,測(cè)定并記錄兩組大鼠的體重 (2)生長 促甲狀腺

        【審題關(guān)鍵】

        實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹芯看贵w對(duì)機(jī)體生長發(fā)育的作用;A為對(duì)照組;B組的處理使大鼠失去了垂體產(chǎn)生的激素

        【解題模板】

        【命題陷阱】

        ①?zèng)]有排除無關(guān)變量的干擾。注意對(duì)照組必須進(jìn)行假手術(shù),以排除手術(shù)原因?qū)?shí)驗(yàn)造成的干擾。②語言表達(dá)不準(zhǔn)確,難以做到準(zhǔn)確的量化描述。答題時(shí)應(yīng)盡可能地運(yùn)用定性的語言表達(dá),在實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)條件上注意“一段時(shí)間”“適宜的溫度、pH”等語言的應(yīng)用。

        【拓展延伸】

        探究動(dòng)物激素生理功能的答題思路

        4.生化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

        【例4】(2016·江蘇卷,8題)過氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性沒食子酸呈橙黃色。為探究白菜梗中是否存在過氧化物酶,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下表。下列相關(guān)敘述正確的是( )

        A. 1號(hào)管為對(duì)照組,其余不都是實(shí)驗(yàn)組

        B. 2號(hào)管為對(duì)照組,其余都為實(shí)驗(yàn)組

        C. 若3號(hào)管顯橙紅色,無須對(duì)照就能證明白菜梗中存在過氧化物酶

        D.若4號(hào)管不顯橙紅色,可證明白菜梗中無氧化物酶

        【答案】A

        【審題關(guān)鍵】

        實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹骄堪撞斯V惺欠翊嬖谶^氧化物酶;實(shí)驗(yàn)原理——過氧化物酶能分解H2O2,氧化焦性沒食子酸呈橙黃色。

        【解題模板】

        【命題陷阱】

        ①?zèng)]有掌握對(duì)照實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)。沒有2號(hào)對(duì)照,就無法判斷酶反應(yīng)的結(jié)果,也無法推測(cè)溶液呈現(xiàn)橙黃色的原因。②誤認(rèn)為實(shí)驗(yàn)只有一個(gè)對(duì)照組。實(shí)踐中往往設(shè)置多重對(duì)照,以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信。

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