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中图分类号:G633.91文献标识码:A 文章编号: 1673-1875(2008)09-048-03
高中生物实验部分是高考的重点内容,如何搞好高中生物实验部分的专题复习,是每一位高三学生和生物教师所面临的一个重要问题,笔者根据几来年的实践,建议做到以下几点:
一、明确考试大纲,把握高考方向
考试大纲是高考命题的依据,它不仅明确了考试的知识范围,而且规定了考试的能力要求。只有明确了考试大纲规定的考试范围、能力要求,认真领会大纲精神,才能把握高考复习的范围和方向,使复习更有针对性。
1.考试大纲在实验部分的考试范围
考试大纲明确指出了课本上的17个实验、实习和研究性学习的内容,这17个考点可以大致分为以下几种类型。(1)操作、观察类实验4个,包括高倍显微镜的使用和观察叶绿体,观察细胞质的流动,观察植物细胞的有丝分裂,观察植物细胞的质壁分离与复原。(2)验证性实验5个,包括生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定,比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率,叶绿体中色素的提取和分离,DNA的粗提取与鉴定,观察SO2 对植物的影响(3)探索性实验及研究性学习4个,探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用,温度对酶活性的影响,植物向性运动的实验设计和观察,设计实验,观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响。(4)调查、实习类4个,调查人群中的遗传病,种群密度的取样调查,设计并制作小生态瓶,观察生态系统的稳定性,调查环境污染对生物的影响。
2.考试大纲在实验部分的能力要求
(1)能独立完成“生物知识内容表”所列实验,包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能,并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合的运用。(2)具备验证简单生物学事实的能力,并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。(3)具有对一些生物学问题进行初步探究的能力,包括确认变量、作出假设和预期、设计可行的研究方案、处理和解释数据、根据数据作出合理的判断等。(4)能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修改。
在此我们不难看出,本项能力要求实际上包括四个层次的含义。
(1)第一层次:要理解大纲规定的实验、实习的目的、原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能,这是最基本的要求,通俗地讲就是要掌握基本知识和基本技能。比如,要知道一些实验基本原理,叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂丙酮中,还原糖在水浴加热情况下能与斐林试剂、班氏试剂反应生成砖红色沉淀,苏丹Ⅲ能把脂肪组织染成橙黄色,DNA能溶解在NaCl溶液中,但在0.14mol/l 的NaCl溶液中溶解度最小,DNA能与二苯胺反应生成蓝色物质等;要掌握一些基本技能,比如,如何使用高倍显微镜,怎样制作有丝分裂临时装片,怎样提取叶绿体中的色素,怎样用纸层析法分离叶绿体中的色素,怎样制作小生态瓶等。
(2)第二层次:不仅要理解实验原理、掌握基本操作,还要培养学生设计简单实验的能力,能设计简单实验步骤,能对实验结果进行解释和分析并根据实验结果得出相应结论。比如,设计实验证明生长素的极性运输,设计实验证明胰岛素具有降低血糖浓度的作用等。
(3)第三层次:要求学生能对未知结果的问题进行探究,给定的题目常常只有一个实验目的,要求学生设计实验步骤并预测结果,得出相应结论,但是这类题目的预测结果往往是不确定的,有多种可能,需要学生把所有可能的结果都列举出来,并对每一个结果进行分析、总结,最后得出结论。
(4)第四层次:能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修改。这就是综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力了。不仅要求学生理解实验原理、掌握基本操作,设计实验验证简单生物学事实,能对一些生物学问题进行初步探究,而且还要求学生能把平时的一些生物学的实验知识加以概括总结,了解进行科学研究的一般步骤,遵循进行科学实验基本规则,提高自己的科学素养。
3.考试大纲规定的命题要求
大纲要求高考“要以能力测试为主导,考查考生对相关课程基础知识、基本技能的掌握程度和综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力。试题要重视理论联系实际,关注科学技术、社会经济和生态环境的协调发展;要重视对考生科学素养的考查。”在此我们可以看出,考试大纲不仅要求学生掌握基本知识、基本技能,更重要的是提高运用知识的能力。
我们明确了考试大纲在实验部分规定的考试范围、能力要求,那么我们怎样根据大纲要求展开复习呢?
二、依据考试大纲,确定复习策略
1.操作观察类实验。(1)让学生理解各个实验的基本原理。(2)掌握基本的操作方法,如:高倍镜的使用方法,洋葱根尖的有丝分裂装片制作技术,黑藻(或菠菜叶片)临时装片制作技术,叶绿体中色素的提取方法,纸层析法,DNA的粗提取方法,制作小生态瓶技术等。(3)掌握最佳实验材料、最佳取材的时间选择:生物组织中还原糖的鉴定实验,应选择富含还原糖且颜色为白色或接近白色的苹果、梨的果肉,不宜选择橘子等有色组织或主要以蔗糖为主的甘蔗和甜菜;脂肪的鉴定应选择富含脂肪的花生子叶;蛋白质的鉴定实验,应选择豆浆或蛋清稀释液,而不宜使用牛奶;观察叶绿体实验,应选择叶肉细胞排练疏松的菠菜下表皮而不用排列紧密的上表皮;提取叶绿体中色素时,应选择新鲜、浓绿的叶片,不能选择衰老、浅绿的叶片,甚至不含色素的叶片;比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率的实验,应选择新鲜的肝脏或新鲜的马铃薯块茎;探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用,由于最后要通过斐林试剂签定淀粉和蔗糖是否分解,所以要用纯净的蔗糖,不能用放置时间过久的蔗糖;提取DNA的实验,应选择含有细胞核的鸟类的血液,不能选择不含细胞核的哺乳动物血液;观察洋葱根尖有丝分裂实验,应在上午10时到下午2时之间取材,而且应该取距根尖2-3mm的分生区所在部位等。
2.验证性实验。(1)理解各个实验的基本原理。(2)掌握验证性实验的设计方法和一般步骤。验证性实验在实验前已经掌握了相关的实验原理,有一个相对确定的实验假设,对实验结果的预期往往是唯一的,也容易得出实验结论,需要设计者完成的往往是实验步骤,设计时只要遵循科学实验的基本原则,体现推理的严密性即可。(3)掌握设计实验要遵循的基本原则:①科学性原则,实验设计过程中,所依据的实验原理本身必须是正确的,从实验材料的选择、方法步骤的设计、数据统计处理、结果分析等都必须有理有据,体现逻辑清楚、推理严密。②单因素变化原则,在实验过程中,有多种因素会影响实验结果,例如在验证温度对酶活性的影响的实验中,温度高低、pH值大小、底物浓度大小、试管的干净程度、唾液的新鲜程度、唾液的稀释倍数等都会影响实验结果。在这个实验中,我们要研究的是温度对酶活性的影响,那么就必须保证只有这个因素(我们把这个因素叫做实验变量,其它影响实验结果的变量都称做无关变量)影响实验结果,为了保证只有一个实验变量影响实验结果,排除无关变量对实验结果的影响,就要对实验的操作过程加以规范,尽量控制无关变量,这样既便于对实验结果进行分析,又增加了实验结果的可信度,这就是单因素变化原则。③对照性原则,在一个实验中,有时干扰因素是明显的,有时则是不明显的,甚至是未知的,在这种情况下,要排除无关变量对实验结果的影响,就要设计对照实验了。我们通常把接受实验变量的处理对象称为实验组,把不接受实验变量处理的对象称为对照组。常见的对照类型:A.有空白对照:不给对照组做任何处理,如验证甲状腺激素的生理作用时,实验组饲喂甲状腺激素,对照组不做处理,以观察甲状腺激素的作用。B.条件对照:对实验对象施加不同的实验条件,如探索温度对酶活性的影响实验中,00C和1000C下的对照。C.自身对照: 对同一个实验对象在施加某一条件前后做比较,如观察洋葱表皮细胞的质壁分离和复原。D.相互对照:不单独设对照组,而是几个实验对象相互对照,如探索温度对酶活性的影响实验中,对所有试管施以不同的温度条件,各个实验对象相互对照。④等量性原则,在实验中无关变量的影响是很难避免的,这就要求在实验中,除实验变量外,施加在实验组和对照组的无关变量必须的相同的,比如温度、pH值、试剂的用量等必须相同。
3.探索性实验和研究性学习。(1)理解实验原理。(2)学会设计探索性实验的一般步骤:探索性实验和验证性实验相比,除实验结果不明确以外,设计实验的一般步骤以及所遵循的基本原则都是相同的。(3)探索性实验的结果预测及结果分析:对实验结果进行预测和分析必须注意逻辑的严密性,不但要对可能出现的各种现象做出预测,还要根据预测的每一种实验现象,分别做出恰当的分析。
4.调查、实习类。这类题目往往是要求学生学会一些调查和统计方法,例如,学会调查和统计人类遗传病的基本方法,学会调查种群密度和种群大小的基本方法(如样方法和标志重捕法),学会调查环境污染对生物影响的基本方法,了解环境污染对生物的影响等,或者通过实习学会制作小生态瓶,理解生态系统中各种成分的相互关系,总结影响生态系统的稳定性的因素等。
三、结合典型例题,精讲精练
1.设计验证性实验
例1:胰岛素具有降低血糖浓度的作用。当体内胰岛素含量过高时,引起血糖下降,机体出现活动减少,甚至出现昏迷等低血糖症状,此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。为了验证胰岛素具有降低血糖浓度的作用,以小鼠活动状况为观察指标设计实验。
[解析]:本实验是一个验证性实验,考查学生验证简单生物学事实的能力,并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。本实验目的是“验证胰岛素具有降低血糖浓度的作用”,所依据的原理是“胰岛素具有降低血糖浓度的作用,低血糖症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解”,只要在设计实验时遵循科学实验的基本原则,体现推理的严密性即可。而且,本实验结果和结论也是明确的。
实验目的:验证胰岛素具有降低血糖浓度的作用。
实验原理:胰岛素具有降低血糖浓度的作用,低血糖症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。
实验步骤:①将正常小鼠分为A、B两组。
②给A组小鼠注射适宜浓度的胰岛素溶液,给B组小鼠注射等量的生理盐水。一段时间后观察,A组小鼠注射出现活动减少,甚至出现昏迷等低血糖症状,B组小鼠活动正常。
③给A、B两组小鼠注射适宜浓度的葡萄糖。
结果:一段时间后观察,A组小鼠恢复正常,B组小鼠活动正常。
结论:刚才出现的低血糖症状是因为注射胰岛素引起的,此症状可以通过葡萄糖缓解,胰岛素具有降低血糖浓度的作用。
2.设计探索性实验
例2:现有一种人工膜制成的袋,为检测淀粉和碘能否透过该膜,现提供的试剂和用品如下:铁架台、烧杯和人工膜袋各一个,1%的淀粉溶液和棉线。请用上述试剂和药品,设计一个实验装置,探究淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能否透过该膜,请用示意图表示(加图注)。实验结果预测及分析。
解析:本题是一个探索性实验,给出的“人工膜”其性质是未知的,要求学生去探究分析“人工膜”的性质,所依据的实验原理是渗透作用的原理,属于考查学生是否“具有对一些生物学问题进行初步探究的能力,包括确认变量、作出假设和预期、设计可行的研究方案、处理和解释数据、根据数据作出合理的判断等”。探究淀粉溶液中的淀粉和稀碘溶液中的能否透过“人工膜”,需要设计一个渗透装置,用人工膜将淀粉溶液和稀碘溶液隔开,且需要确保两种溶液不会通过膜以外的缝隙漏过而相混合。如图:
对实验结果进行预测和分析时,要特别注意思维的严密性。由于探索性实验的结果具有不确定性,所以,要对可能出现的各种现象做出预测,并分析淀粉和碘能否透过人工膜。
①袋内外液体均不变蓝,表明淀粉和碘均不能透过。
②袋内外液体均变蓝,表明淀粉和碘均能透过。
③袋内液体变蓝,袋外液体不变蓝,表明碘能透过,淀粉不能透过。
④袋外液体变蓝,袋内液体不变蓝,表明碘不能透过,淀粉能透过。
3.对实验方案作出评价和修改
例3.(2006年天津卷第31题)
(1)下图为某种细菌的生长曲线及A、B两种代谢产物积累曲线。
请据图回答问题:①A产物的合成开始于细菌生长曲线期,属于代谢产物。②B产物的积累量在细菌生长曲线的期最大。
(2)绝大多数微生物最适温度为250C~370C。为了探究培养温度对谷氨酸棒状杆菌代谢产物(谷氨酸)合成量的影响,设计如下实验,在实验中有4处错误,分别标以①、②、③、④,请依次分析错误原因。第一步:设定培养温度为280C、290C、300C①。第二步:将菌种接种到灭菌后的液体培养基中,分别在设定的温度条件下密闭培养②。第三步:在衰亡期③定时取样,分别测定谷氨酸合成量,记录结果并绘制曲线。实验结果预测及结论:若在300C培养条件下,谷氨酸合成量最大,则认为300C为该细菌合成谷氨酸的最适培养温度④。
[解析]:本题第一小题考查学生微生物代谢的一些基础知识,由图可知A产物的合成开始于细菌快速增殖的时期即对数期,A产物对数期才开始合成显然不是初级代谢产物而是次级代谢产物,由图可知B产物的积累量在稳定期最大。第二小题考查学生“对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修改”的能力,属于实验部分的最高要求。本实验中设置的温度范围(280C、290C、300C)和题干中给定的温度范围(250C-370C)相比,温度范围设定过窄;谷氨酸棒状杆菌是好氧性细菌,不应该密闭培养;产物合成量的测定应该在各个时期测定,不应该单在衰亡期测定;该实验中最高温度为300C,产量较高,但并不代表谷氨酸棒状杆菌的最适宜温度就是300C,应该扩大培养温度的范围(250C-370C)再次确定。
4.调查类题目
例4.拟调查一个池塘生态系统(如图)的组成成分。请根据图示及提供的实验器材,写出调查项目。
地点:池塘。
器材:温度计 光照强度测定仪 酸度计 溶解氧测定仪 水网显微镜 放大镜 笔 记录本
调查项目:
(1)非生物因素__________。
(2)生物成分____________。
①___________________。
②___________________。
③___________________。
[解析]:本题要求学生通过一些基本的调查方法,据图调查池塘中的生物成分和非生物成分,而不是平时背下的一般生态系统的生物成分和非生物成分。我们根据提供的器材可以知道,温度计可以测定温度,光照强度测定仪可以测定光照强度,酸度计可以测定pH值,溶解氧测定仪可以测定溶解氧,所以,可以调查的非生物因素就有:温度、光照强度、pH值和溶解氧等;提供的器材有水网、显微镜、放大镜等,所以,可以调查的生物成分就应该包括肉眼看见的、放大镜看见的和显微镜可以看见的各种生物,这些生物可以分为三种类型,生产者:水草、浮萍、栅草、团藻,消费者:虾、草鱼、黑鱼,分解者:细菌、真菌。
高中生物实验部分是高考的重点内容,如何搞好高中生物实验部分的专题复习,是每一位高三学生和生物教师所面临的一个重要问题,笔者根据几来年的实践,建议做到以下几点:
一、明确考试大纲,把握高考方向
考试大纲是高考命题的依据,它不仅明确了考试的知识范围,而且规定了考试的能力要求。只有明确了考试大纲规定的考试范围、能力要求,认真领会大纲精神,才能把握高考复习的范围和方向,使复习更有针对性。
1.考试大纲在实验部分的考试范围
考试大纲明确指出了课本上的17个实验、实习和研究性学习的内容,这17个考点可以大致分为以下几种类型。(1)操作、观察类实验4个,包括高倍显微镜的使用和观察叶绿体,观察细胞质的流动,观察植物细胞的有丝分裂,观察植物细胞的质壁分离与复原。(2)验证性实验5个,包括生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定,比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率,叶绿体中色素的提取和分离,DNA的粗提取与鉴定,观察SO2 对植物的影响(3)探索性实验及研究性学习4个,探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用,温度对酶活性的影响,植物向性运动的实验设计和观察,设计实验,观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响。(4)调查、实习类4个,调查人群中的遗传病,种群密度的取样调查,设计并制作小生态瓶,观察生态系统的稳定性,调查环境污染对生物的影响。
2.考试大纲在实验部分的能力要求
(1)能独立完成“生物知识内容表”所列实验,包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能,并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合的运用。(2)具备验证简单生物学事实的能力,并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。(3)具有对一些生物学问题进行初步探究的能力,包括确认变量、作出假设和预期、设计可行的研究方案、处理和解释数据、根据数据作出合理的判断等。(4)能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修改。
在此我们不难看出,本项能力要求实际上包括四个层次的含义。
(1)第一层次:要理解大纲规定的实验、实习的目的、原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能,这是最基本的要求,通俗地讲就是要掌握基本知识和基本技能。比如,要知道一些实验基本原理,叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂丙酮中,还原糖在水浴加热情况下能与斐林试剂、班氏试剂反应生成砖红色沉淀,苏丹Ⅲ能把脂肪组织染成橙黄色,DNA能溶解在NaCl溶液中,但在0.14mol/l 的NaCl溶液中溶解度最小,DNA能与二苯胺反应生成蓝色物质等;要掌握一些基本技能,比如,如何使用高倍显微镜,怎样制作有丝分裂临时装片,怎样提取叶绿体中的色素,怎样用纸层析法分离叶绿体中的色素,怎样制作小生态瓶等。
(2)第二层次:不仅要理解实验原理、掌握基本操作,还要培养学生设计简单实验的能力,能设计简单实验步骤,能对实验结果进行解释和分析并根据实验结果得出相应结论。比如,设计实验证明生长素的极性运输,设计实验证明胰岛素具有降低血糖浓度的作用等。
(3)第三层次:要求学生能对未知结果的问题进行探究,给定的题目常常只有一个实验目的,要求学生设计实验步骤并预测结果,得出相应结论,但是这类题目的预测结果往往是不确定的,有多种可能,需要学生把所有可能的结果都列举出来,并对每一个结果进行分析、总结,最后得出结论。
(4)第四层次:能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修改。这就是综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力了。不仅要求学生理解实验原理、掌握基本操作,设计实验验证简单生物学事实,能对一些生物学问题进行初步探究,而且还要求学生能把平时的一些生物学的实验知识加以概括总结,了解进行科学研究的一般步骤,遵循进行科学实验基本规则,提高自己的科学素养。
3.考试大纲规定的命题要求
大纲要求高考“要以能力测试为主导,考查考生对相关课程基础知识、基本技能的掌握程度和综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力。试题要重视理论联系实际,关注科学技术、社会经济和生态环境的协调发展;要重视对考生科学素养的考查。”在此我们可以看出,考试大纲不仅要求学生掌握基本知识、基本技能,更重要的是提高运用知识的能力。
我们明确了考试大纲在实验部分规定的考试范围、能力要求,那么我们怎样根据大纲要求展开复习呢?
二、依据考试大纲,确定复习策略
1.操作观察类实验。(1)让学生理解各个实验的基本原理。(2)掌握基本的操作方法,如:高倍镜的使用方法,洋葱根尖的有丝分裂装片制作技术,黑藻(或菠菜叶片)临时装片制作技术,叶绿体中色素的提取方法,纸层析法,DNA的粗提取方法,制作小生态瓶技术等。(3)掌握最佳实验材料、最佳取材的时间选择:生物组织中还原糖的鉴定实验,应选择富含还原糖且颜色为白色或接近白色的苹果、梨的果肉,不宜选择橘子等有色组织或主要以蔗糖为主的甘蔗和甜菜;脂肪的鉴定应选择富含脂肪的花生子叶;蛋白质的鉴定实验,应选择豆浆或蛋清稀释液,而不宜使用牛奶;观察叶绿体实验,应选择叶肉细胞排练疏松的菠菜下表皮而不用排列紧密的上表皮;提取叶绿体中色素时,应选择新鲜、浓绿的叶片,不能选择衰老、浅绿的叶片,甚至不含色素的叶片;比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率的实验,应选择新鲜的肝脏或新鲜的马铃薯块茎;探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用,由于最后要通过斐林试剂签定淀粉和蔗糖是否分解,所以要用纯净的蔗糖,不能用放置时间过久的蔗糖;提取DNA的实验,应选择含有细胞核的鸟类的血液,不能选择不含细胞核的哺乳动物血液;观察洋葱根尖有丝分裂实验,应在上午10时到下午2时之间取材,而且应该取距根尖2-3mm的分生区所在部位等。
2.验证性实验。(1)理解各个实验的基本原理。(2)掌握验证性实验的设计方法和一般步骤。验证性实验在实验前已经掌握了相关的实验原理,有一个相对确定的实验假设,对实验结果的预期往往是唯一的,也容易得出实验结论,需要设计者完成的往往是实验步骤,设计时只要遵循科学实验的基本原则,体现推理的严密性即可。(3)掌握设计实验要遵循的基本原则:①科学性原则,实验设计过程中,所依据的实验原理本身必须是正确的,从实验材料的选择、方法步骤的设计、数据统计处理、结果分析等都必须有理有据,体现逻辑清楚、推理严密。②单因素变化原则,在实验过程中,有多种因素会影响实验结果,例如在验证温度对酶活性的影响的实验中,温度高低、pH值大小、底物浓度大小、试管的干净程度、唾液的新鲜程度、唾液的稀释倍数等都会影响实验结果。在这个实验中,我们要研究的是温度对酶活性的影响,那么就必须保证只有这个因素(我们把这个因素叫做实验变量,其它影响实验结果的变量都称做无关变量)影响实验结果,为了保证只有一个实验变量影响实验结果,排除无关变量对实验结果的影响,就要对实验的操作过程加以规范,尽量控制无关变量,这样既便于对实验结果进行分析,又增加了实验结果的可信度,这就是单因素变化原则。③对照性原则,在一个实验中,有时干扰因素是明显的,有时则是不明显的,甚至是未知的,在这种情况下,要排除无关变量对实验结果的影响,就要设计对照实验了。我们通常把接受实验变量的处理对象称为实验组,把不接受实验变量处理的对象称为对照组。常见的对照类型:A.有空白对照:不给对照组做任何处理,如验证甲状腺激素的生理作用时,实验组饲喂甲状腺激素,对照组不做处理,以观察甲状腺激素的作用。B.条件对照:对实验对象施加不同的实验条件,如探索温度对酶活性的影响实验中,00C和1000C下的对照。C.自身对照: 对同一个实验对象在施加某一条件前后做比较,如观察洋葱表皮细胞的质壁分离和复原。D.相互对照:不单独设对照组,而是几个实验对象相互对照,如探索温度对酶活性的影响实验中,对所有试管施以不同的温度条件,各个实验对象相互对照。④等量性原则,在实验中无关变量的影响是很难避免的,这就要求在实验中,除实验变量外,施加在实验组和对照组的无关变量必须的相同的,比如温度、pH值、试剂的用量等必须相同。
3.探索性实验和研究性学习。(1)理解实验原理。(2)学会设计探索性实验的一般步骤:探索性实验和验证性实验相比,除实验结果不明确以外,设计实验的一般步骤以及所遵循的基本原则都是相同的。(3)探索性实验的结果预测及结果分析:对实验结果进行预测和分析必须注意逻辑的严密性,不但要对可能出现的各种现象做出预测,还要根据预测的每一种实验现象,分别做出恰当的分析。
4.调查、实习类。这类题目往往是要求学生学会一些调查和统计方法,例如,学会调查和统计人类遗传病的基本方法,学会调查种群密度和种群大小的基本方法(如样方法和标志重捕法),学会调查环境污染对生物影响的基本方法,了解环境污染对生物的影响等,或者通过实习学会制作小生态瓶,理解生态系统中各种成分的相互关系,总结影响生态系统的稳定性的因素等。
三、结合典型例题,精讲精练
1.设计验证性实验
例1:胰岛素具有降低血糖浓度的作用。当体内胰岛素含量过高时,引起血糖下降,机体出现活动减少,甚至出现昏迷等低血糖症状,此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。为了验证胰岛素具有降低血糖浓度的作用,以小鼠活动状况为观察指标设计实验。
[解析]:本实验是一个验证性实验,考查学生验证简单生物学事实的能力,并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。本实验目的是“验证胰岛素具有降低血糖浓度的作用”,所依据的原理是“胰岛素具有降低血糖浓度的作用,低血糖症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解”,只要在设计实验时遵循科学实验的基本原则,体现推理的严密性即可。而且,本实验结果和结论也是明确的。
实验目的:验证胰岛素具有降低血糖浓度的作用。
实验原理:胰岛素具有降低血糖浓度的作用,低血糖症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。
实验步骤:①将正常小鼠分为A、B两组。
②给A组小鼠注射适宜浓度的胰岛素溶液,给B组小鼠注射等量的生理盐水。一段时间后观察,A组小鼠注射出现活动减少,甚至出现昏迷等低血糖症状,B组小鼠活动正常。
③给A、B两组小鼠注射适宜浓度的葡萄糖。
结果:一段时间后观察,A组小鼠恢复正常,B组小鼠活动正常。
结论:刚才出现的低血糖症状是因为注射胰岛素引起的,此症状可以通过葡萄糖缓解,胰岛素具有降低血糖浓度的作用。
2.设计探索性实验
例2:现有一种人工膜制成的袋,为检测淀粉和碘能否透过该膜,现提供的试剂和用品如下:铁架台、烧杯和人工膜袋各一个,1%的淀粉溶液和棉线。请用上述试剂和药品,设计一个实验装置,探究淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能否透过该膜,请用示意图表示(加图注)。实验结果预测及分析。
解析:本题是一个探索性实验,给出的“人工膜”其性质是未知的,要求学生去探究分析“人工膜”的性质,所依据的实验原理是渗透作用的原理,属于考查学生是否“具有对一些生物学问题进行初步探究的能力,包括确认变量、作出假设和预期、设计可行的研究方案、处理和解释数据、根据数据作出合理的判断等”。探究淀粉溶液中的淀粉和稀碘溶液中的能否透过“人工膜”,需要设计一个渗透装置,用人工膜将淀粉溶液和稀碘溶液隔开,且需要确保两种溶液不会通过膜以外的缝隙漏过而相混合。如图:
对实验结果进行预测和分析时,要特别注意思维的严密性。由于探索性实验的结果具有不确定性,所以,要对可能出现的各种现象做出预测,并分析淀粉和碘能否透过人工膜。
①袋内外液体均不变蓝,表明淀粉和碘均不能透过。
②袋内外液体均变蓝,表明淀粉和碘均能透过。
③袋内液体变蓝,袋外液体不变蓝,表明碘能透过,淀粉不能透过。
④袋外液体变蓝,袋内液体不变蓝,表明碘不能透过,淀粉能透过。
3.对实验方案作出评价和修改
例3.(2006年天津卷第31题)
(1)下图为某种细菌的生长曲线及A、B两种代谢产物积累曲线。
请据图回答问题:①A产物的合成开始于细菌生长曲线期,属于代谢产物。②B产物的积累量在细菌生长曲线的期最大。
(2)绝大多数微生物最适温度为250C~370C。为了探究培养温度对谷氨酸棒状杆菌代谢产物(谷氨酸)合成量的影响,设计如下实验,在实验中有4处错误,分别标以①、②、③、④,请依次分析错误原因。第一步:设定培养温度为280C、290C、300C①。第二步:将菌种接种到灭菌后的液体培养基中,分别在设定的温度条件下密闭培养②。第三步:在衰亡期③定时取样,分别测定谷氨酸合成量,记录结果并绘制曲线。实验结果预测及结论:若在300C培养条件下,谷氨酸合成量最大,则认为300C为该细菌合成谷氨酸的最适培养温度④。
[解析]:本题第一小题考查学生微生物代谢的一些基础知识,由图可知A产物的合成开始于细菌快速增殖的时期即对数期,A产物对数期才开始合成显然不是初级代谢产物而是次级代谢产物,由图可知B产物的积累量在稳定期最大。第二小题考查学生“对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修改”的能力,属于实验部分的最高要求。本实验中设置的温度范围(280C、290C、300C)和题干中给定的温度范围(250C-370C)相比,温度范围设定过窄;谷氨酸棒状杆菌是好氧性细菌,不应该密闭培养;产物合成量的测定应该在各个时期测定,不应该单在衰亡期测定;该实验中最高温度为300C,产量较高,但并不代表谷氨酸棒状杆菌的最适宜温度就是300C,应该扩大培养温度的范围(250C-370C)再次确定。
4.调查类题目
例4.拟调查一个池塘生态系统(如图)的组成成分。请根据图示及提供的实验器材,写出调查项目。
地点:池塘。
器材:温度计 光照强度测定仪 酸度计 溶解氧测定仪 水网显微镜 放大镜 笔 记录本
调查项目:
(1)非生物因素__________。
(2)生物成分____________。
①___________________。
②___________________。
③___________________。
[解析]:本题要求学生通过一些基本的调查方法,据图调查池塘中的生物成分和非生物成分,而不是平时背下的一般生态系统的生物成分和非生物成分。我们根据提供的器材可以知道,温度计可以测定温度,光照强度测定仪可以测定光照强度,酸度计可以测定pH值,溶解氧测定仪可以测定溶解氧,所以,可以调查的非生物因素就有:温度、光照强度、pH值和溶解氧等;提供的器材有水网、显微镜、放大镜等,所以,可以调查的生物成分就应该包括肉眼看见的、放大镜看见的和显微镜可以看见的各种生物,这些生物可以分为三种类型,生产者:水草、浮萍、栅草、团藻,消费者:虾、草鱼、黑鱼,分解者:细菌、真菌。