高中生物学主要研究生物的结构与功能的关系,从细胞器→细胞→组织→器官→个体→种群→群落→生态系统,逐一揭示生物的奥秘。而这一切又是建立在实验的基础上的。生物学各层面的结构相当于“反应器”,其功能往往是相应结构所能完成的“生理生化反应”。当给生物的结构施加某一变量,这一结构在其完成功能后就会出现相应的应变量,即:“自变量→结构→功能→应变量”,生物实验的设计由此而展开。一个生物实验一般由六个部分组成:实验目的、实验原理、实验材料与用具、实验步骤、实验结果及实验结论等。实验的每部分一般都可分解为内在的生化反应和外在的观测指标两个方面。
注:完成实验步骤一般分为三步:①一般为分组后加入相同的生物结构等;②创设单一变量;③在相同且适宜的环境中培养一般时间。①③中都强调“相同”是为了控制无关变量。
可见,实验的六个部分有着十分密切的内在联系。我们根据实验原理可推导出实验的目的、实验的结论和对实验现象的解释;根据实验结果可推导出实验所需的材料用具、实验步骤和实验的结论。高考题以能力立意,以实验为载体,对考生的知识与能力进行全面的考查。在高考实验设计题中,实验材料和用具是已知的,让全体考生在相同的实验条件下完成相关实验,一般以考查实验步骤、实验结果或实验结论为主,有时也考查实验原理。现举二例来说明。
例1.(2009高考理综全国卷2第32题)请用所给的实验材料和用具,设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。要求完成实验设计、补充实验步骤、预测试验结果、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、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实验设计。
注:乙、丙、丁试管中“+”、“-”原题要求考生完成。
(2)实验步骤:
①按照上表中的设计,取试管、加溶液。
……
[分析]本实验已知实验目的和实验材料与用具:
根据实验各部分的内在联系,可以推理得出实验原理、实验步骤、实验结果和实验结论:
例2.(2007高考理综全国卷2第30题)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。回答下列问题:
(1)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。
(2)略。
[分析]本实验已知的是实验的目的和材料用具,实验原理和实验结果则“半隐半现”。
理论依据“半现”的是:“生长素类似物促进扦插枝条生根有适宜的浓度”,根据已有的实验结果“三组扦插枝条生根无差异”,说明这两种溶液都不是适宜的浓度,不是过高就是过底。从而可推导出“半隐”的是:“浓度过高或过低都不能促进生根”。同理,根据理论依据“生长素类似物促进扦插枝条生根有适宜的浓度”,可推导出实验结果“半隐”的是:“适宜浓度是多少才能促进扦插枝条生根”。两个“半隐”的部分就是要求考生回答的内容。在完成了实验原理和实验结果后才能完成实验的改进,也就是实验步骤。
按“适宜浓度生长素类似物促进扦插枝条生根”,可建立相应的坐标图(图一);根据实验结果中“三组扦插枝条生根无差异”,则三组必须在同一水平线上,从而建立另一坐标图。将蒸馏水处理的设为A组,较低浓度处理的设为B组,较高浓度处理的设为C组,在坐标图中标出(图二)。
最后,将两图合二为一是解题的关键。两图合并后,A组在原点,那么B、C组该分布在哪儿呢?这就可能有三种情况:一是两组都在图一的左侧(如图三),也就是说,这两种浓度都比适宜浓度低,需要配制更高的浓度才能更好地促进生根;二是两组都在图一的右侧(如图四),也就是说,这两种浓度都比适宜浓度高,需要配制更低的浓度才能更好地促进生根;三是分别在图一的两侧(如图五),也就是说,低的偏低,高的偏高,需配制两者之间的浓度才能更好地促进生根。只有这样,问题才能得到完美的解决。
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