高中生物实验题解答中几对概念的辨析

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  高考考试说明中对实验有较高的要求,如“理解实验的目的、原理、方法和操作步骤”,“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”,“具有对一些生物学问题进行初步探究的能力,包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法”等等。学生的实验能力,体现出学生的生物素养,也是适应高考的必然要求。下面对高中生物实验题解答时的几对概念加以辨析。
  一、验证性实验与探究性实验
  1. 基本概念
  验证性实验:指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。
  探究性实验:指实验者在不知晓实验结果的前提下,通过自己实验,探索、分析、研究得出结论,从而形成科学概念的一种认知活动。
  2. 解题表达方式
  (1)课题句式:验证性实验课题提出时是肯定句。如,“验证甲状腺激素能促进动物个体发育”,“验证胰岛素具有降低血糖浓度的作用”。“促进”、“降低”是已知的、肯定的。探究性实验课题提出时是疑问句。如,“探究在30℃以上高温的条件下,通过生长素处理能否达到保蕾保果的效果”,“探究一种叫呋塞米的药品对尿液生成的影响”。“能否达到”、“是否有影响”是未知的。
  (2)假设:验证性实验不需要假设。探究性实验实验前要作出假设,如,呋塞米对尿液生成有促进作用,或有抑制作用,或没有影响。
  (3)实验结果:验证性实验只有一种结果。如,饲喂甲状腺激素的一组动物发育快。探究性实验也只有一种结果,但在解答题目时,有两种可能的,如,F1测交后代全部是显性性状,或显隐比为1∶1;也有三种可能的,如,注射呋塞米后尿液量平均值增加,或尿液量平均值无明显变化,或尿液量平均值减少。
  (4)实验结论:验证性实验只有一种结论,如,甲状腺激素能促进动物个体发育。探究性实验也只有唯一的结论,但结论与结果是对应的。因为实验只产生一种结果,有什么样的结果,就答什么样的结论,如,注射呋塞米后如果尿液量增加,结论是呋塞米能促进尿液的产生;如果尿液量减少,结论是呋塞米能抑制尿液的产生;如果尿液量不变,结论是呋塞米对尿液的产生无影响。
  二、实验组与对照组
  1. 基本概念
  实验组:对实验变量进行处理的,一般称为实验组。
  对照组:不对实验变量进行处理的一般称为对照组。也有对照组对实验变量进行另外方式的处理。有空白对照、相互对照、自身对照、条件对照之分。
  2. 解题表达方式
  例题1 请设计一个实验,证明动物(狗)生长激素的分泌器官及其生理作用。
  解题:实验组A:切除狗垂体,结果:停止生长。实验组B:切除狗垂体后,每天注射一定量的生长激素,结果:先停止生长,后又继续生长。对照组C:正常狗,不作处理,结果:正常生长。这是典型的空白对照。
  例题2 “动物激素饲喂小动物”实验,采用等组实验法,写出实验设计方案。
  解题:甲组:饲喂甲状腺激素(实验组);乙组:饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组);丙组:不饲喂药剂(空白对照组)。该实验既设置了条件对照,又设置了空白对照,通过比较、对照,更能充分说明实验变量——甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育。
  例题3 在“验证唾液淀粉酶是蛋白质”的实验中,在A、B两支试管中分别加入等量(2 mL)的蛋清液、唾液。然后分别向两支试管中各加入等量(2~3滴)0.1 g/mL的NaOH溶液,振荡。再向两支试管中各加入等量(2~3滴)0.0l g/mL的CuSO4溶液,振荡。请就该实验A、B试管的作用进行分析。
  解题:B试管唾液淀粉酶与双缩脲试剂也呈紫色反应,那么唾液淀粉酶就是蛋白质,反之则不是。B试管是实验组。A试管中蛋清蛋白质与双缩脲试剂呈紫色反应,这一现象是已知的、公认的、公理性的事实,所以A试管在本实验中作为对照组。
  三、自变量与因变量、无关变量与干扰变量
  1. 基本概念
  自变量:也称实验变量,指实验中由实验者所操纵的因素或条件。
  因变量:也称反应变量,指实验中由于自变量而引起的变化和结果。通常自变量是原因,因变量是结果,二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。
  无关变量:也称控制变量,是指实验中除自变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。
  干扰变量:也称额外变量,指实验中无关变量引起的变化或结果。它们对实验的因变量会产生影响或干扰。实验时需要控制。如“等量”、“适宜”、“随机均分”、“相同适宜环境”等。
  2. 解题表达方式
  例题4 某小组对植物开花是否与生长素类似物萘乙酸(NAA)有关,进行了实验研究,过程如下。
  方法:取水仙球茎24个,按由大到小分成两组,操作见下表:
  结果:实验组除个别瓶因污染而失败外,其余均在一周后破苞开花;而对照组则比实验组晚开花一个半月。
  问:从科学性角度出发,本实验在分组和设计时有什么不妥之处?如何完善?
  分析:NAA是自变量,植物开花迟早是因变量。NAA与植物开花迟早是因果关系,实验目的就是要获得这种前因后果。对照组与实验组分别不加NAA和加NAA是正确的。实验组与对照组除了自变量(NAA不加或加)外其他(即无关变量)都应该适宜、相同。如实验组与对照组材料要相同、处理方法要一样。否则会造成额外变量,影响实验结果,从而会得出错误的结论。
  解题:(1)分组时按由大到小分成两组不均等。(2)①取出的花苞能在培养基上提早开花,鳞茎内的花苞开花晚,是否因鳞茎内有抑制花苞发育的物质存在(或去除鳞茎的机械损伤是否为促使花苞发育的一种因子,或剥去鳞茎可能促进水仙开花); ②取出的花苞能在培养基上提早开花,鳞茎内的花苞开花晚,是否因MS培养基中有促进水仙开花的因子或物质(或使用培养基可能促进水仙开花)。(3)根据以上分析,完善如下:将全部水仙球茎均去除鳞茎,取出花苞,将花苞随机均分成两组,都接种在培养基上,只是对照组的培养基不加NAA。放在相同温暖的地方培养,定期观察两组水仙球茎的生长发育状况(或不去除水仙鳞茎,将全部水仙球茎随机均分成两组,都接种在培养基上,只是对照组的培养基不含NAA)。
  四、实验目的、实验原理、实验假设
  1. 基本概念
  实验目的:是指通过实验要解决的问题。明确实验目的是解题的前提。
  实验原理:是指实验设计的理论依据。它是科学结论,通常还包含了因变量的检测原理。
  实验假设:是指用来说明某种现象但未经证实的论题。验证性实验没有实验假设,探究性实验才需写出实验假设。
  2. 解题表达方式
  例题5 (2007年浙江高考理综卷30(II))为了确定生长素类似物促进扦插枝条生根的适宜浓度,某同学用两种浓度的生长素类似物分别处理扦插枝条作为两个实验组,用蒸馏水处理作为对照组进行实验,结果发现三组扦插枝条生根无差异。参考该同学的实验,在下一步实验中你应该如何改进,才能达到本实验的目的?请说明理论依据。
  分析:本实验没有达到实验目的。据题意,本实验的实验目的是:确定生长素类似物促进扦插枝条生根的适宜浓度。实验原理是:生长素促进生根的浓度是有一定范围的,浓度过高或过低都不能促进生根。为达到本实验的目的,必须提出假设,根据题意,其实验假设是:生长素类似物促进扦插枝条生根的适宜浓度在低于低浓度范围内,或高于高浓度范围内,或在两个浓度之间。
  解题:改进方法:在某同学使用的两种浓度生长素类似物的基础上,分别在低于低浓度的范围设置一组浓度梯度、高于高浓度的范围设置一组浓度梯度,以及两浓度之间设置一组浓度梯度进行实验,从而找到促进枝条生根的适宜浓度。
  五、实验结果、实验结论、实验分析
  1. 基本概念
  实验结果:是在对研究资料数据进行分析的过程中形成的,是感性认识的范畴,表达方式。多数以实验最终产生的现象、数据等,是可测、可观察的。可以以图表和数据等形式展现。
  实验结论:是研究者根据结果作出的推论,是结果的理论形式,是理性认识的范畴。实验结论往往是实验结果的升华。
  实验分析:主要是说明产生结果的原因。包括对图表的说明或对个别典型事例的观察记录、对实验过程中产生的各种现象的分析或操作过程、研究方法、调控措施、控制和观察变量的解释,说明产生的效果与假设、措施的关系等。
  2. 解题表达方式
  例题6 (2005年浙江高考卷)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 。(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 。
  解题:
  (1)略。(2)该实验结果:……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。……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。(3)略。
  实验结论:胰岛素具有降低血糖的作用。
  实验分析:注射胰岛素溶液后,血糖含量下降,小鼠组织细胞特别是脑组织细胞因血糖供应减少,导致能量供应不足而发生功能障碍,从而引起低血糖症状。
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