生物实验设计类题型是以某一生物学知识作为载体,来综合考查学生实验设计和实验探究的能力,对学生来说是一个难点.这类实验设计题,既有对课本实验的直接考查,也有实验原理、实验方法、实验思路等来自教材的延伸式考查.
课本实验包括教材上的演示实验、学生动手操作实验、生物学史上的经典实验,前两种实验在可能的情况下一定让学生亲自动手操作,对于经典实验要重点学习理解科学家的实验思想与实验方法,从中了解并学会如何去设计生物实验.此外,还有一种实验是根据课本上的一些知识或结论性语言让学生去设计实验.
从2009年各地的高考试题来看,课本中的实验在高考试题中的应用显得更加突出.本文以部分试题为例进行阐述,以引起更多的人对教材的重视.
一、对教材中的学生实验直接考查
2009年的高考中,直接对教材的学生实验的基本操作进行考查的试题也很多.这是掌握高中生物实验的基础.
【例1】 (2009年高考福建理综卷)下列对有关实验的叙述,正确的是().
A.在观察洋葱细胞有丝分裂实验中,将已经解离、漂洗、染色的根尖置于载玻片上,轻轻盖上盖玻片后即可镜检
B.对酵母菌计数时,用吸管吸取培养液滴满血球计数板的计数室及其四周边缘,轻轻盖上盖玻片后即可镜检
C.在叶绿体色素提取实验中,研磨绿叶时应加一些有机溶剂,如无水乙醇等
D.检测试管中的梨汁是否有葡萄糖,可加入适量斐林试剂后,摇匀并观察颜色变化
解析:观察洋葱细胞有丝分裂实验中,根尖经过解离、漂洗、染色、制片以后,才可以用于观察;对酵母菌计数时,用抽样检测的方法:先将盖玻片放在计数室上,用吸管吸取培养液,滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入,多余培养液用滤纸吸去,稍待片刻,待酵母菌细胞全部沉降到计数室底部,将计数板放到载物台上镜检;因为在叶绿体中的色素不溶于水,而易溶于有机溶剂,因此在研磨绿叶时应加一些有机溶剂,如无水乙醇等;检测试管中的梨汁是否有葡萄糖,可加入适量斐林试剂后摇匀,应用50~65℃水浴加热2�min,再观察颜色变化.
答案:C.
【例2】 (2009年高考广东卷)有关“探究培养液中酵母菌数量动态变化”的实验,正确的叙述是().
A.改变培养液的pH值不影响K值(环境容纳量)大小
B.用样方法调查玻璃容器中酵母菌数量的变化
C.取适量培养液滴于普通载玻片后对酵母菌准确计数
D.营养条件并非影响酵母菌种群数量变化的唯一因素
解析:养分、空间、温度和有毒排泄物等是影响种群数量持续增长的限制因素,pH值变化影响微生物的生长;样方法是调查植物种群密度的方法;对酵母菌计数时先将盖玻片放在计数室上,用吸管吸取培养液,滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入,多余培养液用滤纸吸去.稍待片刻,待细菌细胞全部沉降到计数室底部,将计数板放在载物台的中央,计数一个小方格内的酵母菌数量,再以此为根据,估算试管中的酵母菌总数.取适量培养液滴于普通载玻片后计数不对.
答案:D.
二、对生物学史经典实验的考查
生物学史实际上就是科学家的科研过程,通过对科学史的学习,能激发学生的热情、调动学生思维的积极性、提高学生的科学探究能力以及培养学生的创新精神.因此重视对科学史的学习,实际上就是重视对科学实验思想、科学实验方法的学习,也是对科学精神的学习.
【例3】 (2009年广东生物卷)艾弗里等人的肺炎双球菌转化实验和赫尔希与蔡斯的噬菌体侵染细菌试验都证明了DNA是遗传物质.这两个实验在设计思路上的共同点是().
A.重组DNA片段,研究其表型效应
B.诱发DNA突变,研究其表型效应
C.设法把DNA与蛋白质分开,研究各自的效应
D.应用同位素示踪技术,研究DNA在亲代与子代之间的传递
解析:肺炎双球菌转化实验没有用到同位素示踪技术,两个实验都没有突变和重组.
答案:C.
【例4】 (2009年高考江苏卷)下列有关孟德尔豌豆杂交实验的叙述,正确的是().
A.孟德尔在豌豆开花时进行去雄和授粉,实现亲本的杂交
B.孟德尔研究豌豆花的构造,但无需考虑雌蕊、雄蕊的发育程度
C.孟德尔根据亲本中不同个体表现型来判断亲本是否纯合
D.孟德尔利用了豌豆自花传粉、闭花授粉的特性
解析:孟德尔豌豆杂交实验,对母本去雄是在开花前进行,应考虑雌蕊、雄蕊的发育程度,豌豆由于天然自花传粉,因此自然情况是纯合的.
答案:C.
三、以学生实验的综合变形进行考查
在2009年的高考中,有不少实验类试题是通过对教材中的学生实验进行加工而来,如以酶促反应的特性实验进行变式而来.
【例5】 (2009年理综Ⅰ卷)已知2H�2O�2=2H�2O+O�2↑,可以通过观察反应过程中O�2的生成速度(即气泡从溶液中释放的速度)来判断H�2O�2分解反应的速度.请用所给的实验材料和用具设计实验,使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性.要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论,并回答问题.
实验材料与用具:适宜浓度的H�2O�2溶液,蒸馏水,3.5%FeCl�3溶液,0.01%过氧化氢酶溶液,恒温水浴锅,试管.
(1)实验步骤:
(2)实验结果预测及结论:
整个实验中不同处理的试管中O�2的释放速度从快到慢依次是 .
由此可得出的结论是 .
(3)如果仅将实验中的恒温水浴改为80℃,重做上述实验,O�2释放的速度最快的是_____ ,原因是 .
解析:此题是对课本中验证酶的高效性实验进行了再加工.此题是个验证性实验设计,设计实验要注意单一变量和对照性原则.此题目的是设计实验来同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性.因此在设计对照实验时要考虑用蒸馏水作空白对照来说明酶的催化作用,用FeCl�3溶液作对照来说明酶的高效性,所以应设计三组实验.至于各试管中所加试剂应适量且相等.
此实验目的是验证过氧化氢酶具有催化作用且具有高效性,两个方面的结论都要写.第三小题高温使酶失去活性.但对无机催化剂活性会增加.
参考答案:
(1)实验步骤:
①取3支洁净的试管,各加入等量的H�2O�2溶液,放入37℃的恒温水浴锅中保温适当时间.
②分别向上述3只试管加入等量且适量的蒸馏水、FeCl�3溶液和过氧化氢酶溶液.
③观察各管中释放气泡的快慢.
(2)加酶溶液的试管、加FeCl�3溶液的试管、加蒸馏水的试管 酶具有催化作用和高效性
(3)加FeCl�3溶液的试管 无机催化剂在此温度下催化作用加快,而过氧化氢酶因高温变性而失去了活性.
【例6】 (2009年高考理综Ⅱ卷)
请用所给的材料和用具,设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化专一性.要求完成实验设计、并补充实验步骤、预测实验结果、得出结论,并回答问题.
实验材料与用具:适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4种溶液.斐林试剂、试管、37℃恒温水浴锅、沸水浴锅.
(1)若“+”代表加入适量的溶液,“―”代表不加溶液,甲、乙等代表试管标号,请用这些符号完成下表试验设计.
(2)实验步骤:
①按照上表中的设计,取试管、加溶液.
(3)结果预测: .
(4)结论: .
(5)在上述实验中,如果仅将37℃恒温水浴锅的温度调到20℃,而在其他条件不变的情况下重做上述实验,出现砖红色试管中的颜色会比37℃时的浅,其原因是 .
解析:本题是以教材中验证酶的专一性实验进行了变形,仍是利用了课本上的有关实验原理,在实验设计中要遵循单一变量和对照性原则,题中已给出了甲组试管加入的溶液,可看出它作为对照组出现,因此我们应再设置淀粉溶液与淀粉酶之间的组合作为对照.此外应设置两组将酶液进行互换后的组合.然后通过对比可知酶的专一性.
其他小题仔细审题可以做得.
答案:(1)
(2)②混匀,37℃恒温水浴一段时间;③取出试管,分别加入适量的斐林试剂,混匀,沸水水浴一段时间;④观察实验现象并记录实验结果.
(3)含有蔗糖和蔗糖酶的试管,以及含淀粉和淀粉酶溶液的试管中出现砖红色沉淀,其他试管中不出现砖红色沉淀.
(4)酶的催化作用有专一性.
(5)20℃低于酶的最适温度,酶活性低,水解产生的还原糖少.
四、利用教材上的基本原理进行的实验考查
在有关生物学科的高考考查中,实验设计往往并不是脱离课本的,大部分的实验设计类试题是以教材中的基本原理作为解题的思路和方向,所以重视对教材基本知识、基本原理的掌握是正确作答高考实验类试题的关键.
【例7】 (2009年高考福建卷)回答下列Ⅰ、Ⅱ题(Ⅱ题略):
Ⅰ.右图表示的是测定保湿桶内温度变化实验装置.某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下呼吸作用的情况.材料用具:保温桶(500�mL)、温度计、活性干酵母、质量浓度0.1�g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油.
实验假设:酵母菌在有氧条件下呼吸作用比无氧条件下呼吸作用放出热量更多.
(1)取A、B两装置设计实验如下,请补充下表中内容:
装置
方法步骤�一
方法步骤二
方法步骤三
A
加入240�mL的葡萄糖溶液
加入10�g活性干酵母
①
B
加入240�mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
②
加入石蜡油,铺满液面
(2)B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是,这是控制实验的变量.
(3)要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量,还需要增加一个装置C.请写出装置C的
实验步骤:
装置
方法步骤一
方法步骤二
方法步骤三
C
③
④
加入石蜡油,铺满液面
(4)实验预期:在适宜条件下实验,30分钟后记录实验结果,若装置A、B、C温度大小关系是:(用“”表示),则假设成立.
解析:Ⅰ本题是以课本上的呼吸作用知识为基础的实验类试题,因此在做题时要充分利用呼吸作用的相关知识去思考.本题考查通过探究酵母菌在有氧条件下和无氧条件下呼吸作用放出热量的情况,分析表中相关内容.考虑到实验要遵循对照性原则、科学性原则和单一变量原则这几个原则,因此①处应填:不加入石蜡油,②处应填:加入10�g活性干酵母.B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是去除氧气,这样来控制实验的自变量.要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量,还需要增加一个装置C,因此应设计成空白对照,即:③加入240�mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液,④不加入活性干酵母.因为有氧条件下比无氧条件下呼吸作用放出的热量多,因此,装置A、B、C温度大小关系是A>B>C.
答案Ⅰ:(1)①不加入石蜡油 ②加入10g活性干酵母
(2)去除氧气 自
(3)③加入240�mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液
④不加入活性干酵母
(4)A>B>C�
(责任编辑 罗 艳)
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