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实验与探究二
2010高考“实验与探究”复习指导
生物学是一门实验性很强的学科,无论是生物学单科考试,还是理科综合考试,生物学实验与探究一直是高考中的热点,而且所占分数比例也逐年增加,大有“得实验者得天下”之感。
复习备考时,要以《考试大纲》、《考试说明》为指导,注重双基,建立科学的思维方法,培养实验操作技能,重视分析科学发现史和经典实验、掌握其中实验设计的方法和技巧,重点掌握“一条思路、四项原则、八种方法”。
教材实验复习要领
一、2008年高考教材实验考查的特点
1.重视考查考生是否理解实验目的、原理、方法和操作步骤,是否掌握相关的操作技能,并能将这些实验涉及到的方法和技能进行综合运用,并在理解实验设计思想的基础上,对实验选材、实验条件的控制、实验过程的评价和修正、实验结果的预期和分析、实验结论的得出等方面进行深入剖析,达到熟悉和建立科学思维过程的目的。
如2008年高考江苏生物卷第4、7、8、15题,广东生物卷第3、11、24题等。
2.重视对实验思想、实验结果及分析和实验方法的考查。
立足于教材,以常规素材设置问题,设问既有广度也有深度,考查考生对实验问题的分析、判断和把握能力。
如2008年高考江苏生物卷第31题、宁夏理综卷第2题等。
3.重视实验方法的迁移和应用,许多试题虽然取材不在教材之内,但所考查的基本实验方法、实验技术及实验思想,仍源于教材实验,往往是在教材实验的基础上进行重组与改造,创设新情境,提出新问题,以考查考生的创新意识。
如2008年山东理综卷第l题、广东生物卷第11、17题等。
【例1】(2008·广东理基卷)提取光合色素,进行纸层析分离,对该实验中各种现象的解释,正确的是
A.未见色素带,说明材料可能为黄化叶片
B.色素始终在滤纸上,是因为色素不溶于层析液
C.提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b
D.胡萝卜素处于滤纸前方,是因为其在滤液中的溶解度最高
黄化叶片中也会含有叶黄素等,未见色素带是因为提取过程失败,色素未溶解在提取液液中色素能溶解在层析层析液中,所以滤液应高出层析液;提取液呈绿色,是因为叶绿素含量远超过类胡萝卜素含量;各种色素在层析液中的溶解度不同,扩散的速度不同,因而在滤纸上呈现出不同的色素带,胡萝卜素溶解度最高,扩散速度最快,处于滤纸最前方。
答案:
D
二、2009年高考教材实验备考建议
教材实验的复习,应注意对教材中每一个实验进行概括总结,要求能独立完成生物学的相关实验,理解实验的原理与方法,掌握实验的操作技能,控制实验条件,观察实验现象,记录实验数据,分析综合得出结论并对相关结论进行解释与评价,能灵活运用所学的知识和实验方法解决新的问题。
更要站在全新的的角度去重新分析己做过的每一个实验,从中提取出真正要掌握的最重要的内容,主要包括两部分内容:
一是每个实验的设计思想、设计思路;二是每个实验中最基本的实验方法和技术(如显微镜的使用、徒手切片、临时装片的制作、研磨、过滤、细菌培养等)。
1.常用问题列举法。
如“观察植物细胞的质壁分离与复原”的实验复习
①植物细胞为何会出现质壁分离?
实验操作的步骤是怎样的?
引流法还可以用于哪些实验中?
②洋葱为何要选紫色的?
若紫色过淡怎么办?
洋葱表皮应用撕还是削?
为什么?
③红细胞细胞膜两侧的溶液具有浓度差时会不会发生质壁分离?
为什么?
④质壁分离时,液泡大小和颜色是如何变化的?
复原时呢?
⑤若发生质壁分离后的细胞,不能发生质壁分离复原,其原因是什么?
⑥如果将洋葱鳞片叶表皮细胞浸润在与细胞液的浓度相同的蔗糖溶液中,这些表皮细胞会出现什么现象?
⑦怎样利用质壁分离现象来测定植物细胞液的浓度?
⑧如何用不同质量浓度的蔗糖溶液对洋葱鳞片叶表皮进行实验,探索洋葱鳞片叶表皮细胞在什么样的质量浓度范围内质壁分离最快,在什么样的质量浓度范围内不发生质壁分离,在什么样的质量浓度上发生了质壁分离之后不能复原?
⑨如何用质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液对不同的植物细胞做质壁分离实验,比较它们的质壁分离速度?
⑩采用其他的一定质量浓度的溶液(如尿素溶液、硝酸钾等小分子溶液)做质壁分离实验,探索这些溶液能否使洋葱表皮细胞发生质壁分离,能否使其质壁分离复原?
2.实验操作时应注意的细节问题。
如:
①酶促反应的试管如何保温?
——水浴保温。
②哪些试剂使用时需要沸水浴?
——斐林试剂、二苯胺试剂、班氏糖定性试剂。
③在用酒精溶解叶绿素时,如何加热?
——隔水加热。
④使甲状腺激素制剂、胰岛素、生长激素进入动物体内的方法应如何操作?
是饲喂,还是注射?
⑤不同的情况下要合理地选用不同的水,如清水、池水、蒸馏水、生理盐水:
清水——制作植物细胞的临时装片等;
生理盐水——制作动物(包括人体)细胞的临时装片等;
池水——培养蝌蚪等;
蒸馏水——配制溶液、培养基等。
实验设计与评价复习要领
一、2008年高考实验设计与评价考查的特点
1.生物实验设计题仍是热点,重点考查考生理解实验原理、学会分析实验结果以及灵活运用实验原理解决新情境中问题的能力。
试题思维量大,信息和情境新颖,设问角度多样,综合性强,能力要求高,大多是条件限制类实验设计,实验的材料、方法和步骤都框定在一定范围内。
如2008年高考江苏生物卷第33题和海南生物卷第21题等。
2.实验细节分析比重加大。
对实验设计方案中的操作、现象、原因进行剖析,主要是要求考生依据一定的实验结果,运用所学的学科知识分析其中原因或得出正确的实验结论。
也就是要能理解科学实验的一般方法,理解所考实验内容,包括实验原理、方法和操作步骤,并能对实验现象和结果进行解释和分析。
较好地反映考生对生物学基础知识和基本技能的掌握情况,激活考生创新意识并提高其思维能力。
如2008年高考广东生物卷第35、37题、海南生物卷第2l题等。
3.实验方案评价一修订试题减少。
方案中既有合理成分,又有不合理成分,干扰因素较多,要求在吸取原有设计的合理成分的基础上,提出自己的实验设计思路。
这表面上是考查实验设计的分析与评价能力,实质上是全面检测考生设计生物学实验方案的能力,同时还考查了考生科学态度和科学精神方面的水准。
如2008高考江苏生物卷第29题等。
【例2】(2008·江苏生物卷)某同学进行实验,甲图为实验开始状态,乙图为实验结束状态。
请在乙图所示实验结果的基础上继续实验,探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。
增添的实验材料:
蔗糖酶溶液、斐林试剂,试管、滴管、水浴锅等。
(1)设计出继续实验的简要步骤:
①___________________________________
______________________________________________________________;
②_____________________________________________________________
_______________________________________________________________
(2)预测实验现象并作出结论。
________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
本题实验目的是探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜,设计思路主要有两个:
①证明出蔗糖被水解,蔗糖的水解产物是葡萄糖,用斐林试剂即可;②观察a、b两管液面高度差的变化,如果差值增大,则说明水解产物能透过半透膜,否则不能透过半透膜。
所设定的材料作出了一定的限制,须加入蔗糖酶溶液,a、b两侧的加入量相等,以抵消加入蔗糖酶溶液所引起溶液浓度的变化。
加入蔗糖酶溶液后,对a管进行还原性糖的测定,若蔗糖的水解产物能通过半透膜,则a管内会形成砖红色沉淀,由于b管内蔗糖的分解也会导致溶液浓度下降,液面也下降。
答案:
(1)①向a、b两管分别加入等量蔗糖酶溶液,水浴加热(或隔水加热)U型管至适宜温度,观察a、b两管内液面的变化②吸取a、b两管内适量液体,分别加入A、B两试管中,并加入斐林试剂,(60~65℃水浴加热,观察A、B试管内有无砖红色沉淀
(2)如果a、b两管液面高度差缩小且A、B试管内均有砖红色沉淀,则蔗糖的水解产物能通过半透膜;如果a、b两管液面高度差增大且A试管内无砖红色沉淀、B试管内有砖红色沉淀,则蔗糖的水解产物不能通过半透膜
三、2009年生物试题的特点及启示
从试题的考点来看,各模块的知识点在试卷中都所体现。
必修1为25分,必修2为18分,必修3为32分,选修1和3各为15分。
试题体现以下特点:
1、试题难度适中,体现“源于教材”思想,很多考点的阐述能在书中找到原话
2、兼顾知识覆盖面,突出对重点知识的考查(细胞、代谢、遗传、生态、生物工程等)
3、理论联系实际,突出解决实际问题能力的考查
4、关注实验探究,突出实验能力的考查
5、关注图文转换,突出获取图文信息能力的考查
6、关注生物科学史的变式考查。
(如证明光合作用产生的氧气来自水的实验设计就是美国科学家鲁宾和卡门的经典实验)
09年试题给我们的启示是:
注重基础知识考查、注重变式考查、注重对学生能力的考查
1、新陈代谢、生命活动的调节、遗传和变异、生物和环境、生物工程等主干知识还是考试的重点,应要求学生重点掌握。
2、体现学以致用、利用所学知识解决实际问题的能力的试题的比例将可能会进一步增加。
3、通过图表、曲线以及文字信息的交互处理,考查图文转换能力的试题可能继续保持较大的比例。
4、注重科学实验的思想与方法的考查。
分析、评价、完善、设计实验的试题仍然可能是试题的热点和难点。
四、2010年高考教材实验备考建议
1.立足实验,提升科学的实验探究能力。
生物学本身就是一门实验性的科学,生物实验题在高考中成了热点、重点、难点。
尽管近两年来实验试题难度不大,但是对学生来讲依然是不可忽略的一块内容。
题型有对教材实验的综合考查,新情景下的实验分析、实验评价,实验设计。
主要考查学生运用科学实验思想与方法独立完成试验的能力。
1.1重视课本经典实验的分析
要求学生对教材的实验要了解实验目的与要求、实验材料与用具,要理解实验原理,要掌握实验方法,要会控制实验条件,要会观察、分析、解释实验现象、数据、结果并得出合理的实验结论。
更重要的是要帮助学生从教材的经典实验中分析出科学的实验思想与方法,建立科学实验的实验模型,解决新情景下的实验探究问题,解决实际生活中的一些实验问题。
1.2重视实验的变式训练
实验设计与评价题在高考中的得分率一般都比较低,为突破这一难点,我们选一些有代表性的经典实验题,高考实验题和规范的模拟实验题,分门别类进行典例分析,同时加强变式训练。
通过实验探究条件和要求的改变,提高灵活变通的能力。
可以把教材的上的验证类实验改为探究类实验,把单一的实验方法改为多种实验方法,可以改变材料背景,用同一方法设计不同的实验,解决不同的问题。
加大训练力度,培养学生实验知识迁移的创新能力。
2、联系实际生活,关注热点,提升解决实际问题的能力
2009年的新课标的12套试卷中,热点话题往往作为材料题的知识背景出现,当遇到这类题型时,告诉学生不要慌。
因为这类题的特点是起点高,落点低;题干很陌生,考的知识点却很简单。
如广东卷的第23题一珠江流域的人工湿地的建设为话题考生态系统的结构与功能;如2009安徽理综第4题以2008诺贝尔奖的材料分析推理绿色荧光蛋白的作用。
在2010年这一点可能会继续。
在复习中要关注重大热点问题:
如H1N1病毒、禽流感、航天育种、胚胎干细胞技术、艾滋病、生态农业等与生命息息相关的问题,训练学生筛选有效信息和整理信息的能力,并且学会用教材的知识,用学科术语对之进行准确的解释。
3、注意学生应考的薄弱点
1、对基础知识不求甚解,导致相关知识的欠缺。
2、知识与知识间的联系不全面,无法应对综合性问题。
3、平时训练不到位,随意答题导致答题不规范。
4、文字表述的欠缺,导致答案词不达意,隔靴搔痒。
5、审题能力欠缺,导致不能正确理解题意,答非所问。
6、错字、别字、自造词、词组层出不穷,使表述的答案似是而非。
【例3】(2008·山东理综卷)转基因技术可以使某基因在植物体内过量表达,也可以抑制某基因表达。
假设A基因通过控制赤霉素的合成来控制番茄的株高,请完成如下实验设计,以验证假设是否成立。
①实验设计:
(借助转基因技术,但不要求转基因的具体步骤)
a.分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高。
b._____________________________________。
C._____________________________________。
②支持上述假设的预期结果:
_______________________________________
_________________________________________________________________。
这是一道条件限制的验证性实验设计类试题,验证的目的有两个:
一是转基因技术可使某基因在植物体内过量表达;二是转基因技术可抑制植物体内某基因的表达,可看作两个实验来设计。
a步骤限定了材料——番茄的正常与矮生植株,也限定了因变量及检测指标——赤霉素含量和株高,降低了试题的难度。
验证转基因技术可使某基因在植物体内过量表达,可用“通过转基因技术,使A基因在矮生植株中过量表达”与“矮生植株”对照,测定并比较两个实验组植株的赤霉素含量和株高的差异。
验证转基因技术可抑制植物体内某基因表达,可用“通过转基因技术,抑制正常植株A基因的表达”与“正常植株”对照,测定并比较两个实验组植株的赤霉素含量和株高差异。
答案:
①答案一:
b.通过转基因技术,一是抑制正常植株A基因的表达,二是使A基因在矮生植株中过量表达c.测定两个实验组植株的赤霉素含量和株高答案二:
b.通过转基因技术,抑制正常植株A基因的表达,测定其植株的赤霉素含量和株高c.通过转基因技术,使A基因在矮生植株中过量表达,测定其植株的赤霉素含量和株高(答案二中的b和c次序不作要求)②与对照比较,正常植株在A基因表达被抑制后,赤霉素含量降低,株高降低;与对照比较,A基因在矮生植株中过量表达后,该植株赤霉素含量增加,株高增加
2.遵循四项原则
(1)对照性原则:
有对照组才能说明变量对实验结果的影响,或者通过对照组,排除其他因素对实验结果的影响或干扰,使实验结果具有说服力。
(2)随机性原则:
是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。
这样做的意义在于:
一是可以消除或减少系统误差,使显著性测验有意义;二是平衡各种条件,避免实验结果中的偏差。
(3)平行重复原则:
即控制某种因素的变化幅度,在同样条件下重复实验,观察其对实验结果影响的程度。
任何实验都必须能够重复,这是具有科学性的标志。
上述随机性原则虽然要求随机抽取样本,这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差,但不能消除其全部的影响。
平行重复的原则就是为解决此问题而提出的。
(4)单因子变量原则:
即控制其他因素不变,只改变其中某一变量,观察其对实验结果的影响。
除了整个实验过程中预处理的实验因素外,其他实验条件要求做到前后一致。
3.掌握八种方法
(1)阐明原理法:
从实验目的出发,分析实验步骤和结果,明确实验中的变量。
①分析因变量如何检测。
有些实验现象可以直接被观察,有些实验的结果是“隐藏”的,需要利用题目中提供的试剂或生物材料的特性,使生物体内“隐藏”的物质或反应显现为可见的现象。
⑦分析白变量如何引起因变量。
联想所学的知识,在白变量和因变量之间建立关联。
③分析因变量的变化如何证明实验目的。
(2)假设预期法:
①变量关联法。
有关假设预期的考查,往往是给出了一定的实验过程,应注意分清白变量和因变量,“假设”实质上就是在自变量和因变量之间建立关联,阐明白变量如何引起因变量。
“预期”则是阐明给出一定的自变量会引起因变量如何变化。
⑦现象联想法。
分析实验现象,联想相关知识,寻求出现这种现象的原因,这个原因也就是“假设”。
③因果联系法。
已做出假设,进一步分析,若“假设”成立,则可能出现什么结果;若“假设”不成立,则可能出现什么结果,即“预期”。
(3)变量操控法:
最为典型的是对照实验的设计,其核心思想是变量的操控。
解题时首要的任务是以实验目的为目标,以实验原理为依据,以实验材料为基础,确认三个变量,即:
自变量、因变量、无关变量。
分析白变量如何进行操纵?
因变量如何加以检测,无关变量如何加以控制。
(4)步骤设计法:
对照实验步骤设计的一般规律:
第一步,取材、分组、编号:
在这里实验材料包含实验中用到的各种动植物,取材时要注意所取材料的数量、生理及发育状态相同;用具有烧杯、培养皿、饲养动物的容器等等。
这些材料、用具在试题中都会给出,应结合实验的目的、原理来合理利用。
第二步,相同处理和不同处理:
根据实验变量设置对照(注意:
单一因素不同,其他因素相同且最适)。
第三步,进行相同处理:
其他因素相同且最适的继续。
如生化实验中的溶液反应的时间、动物的饲养等。
第四步,检测、观察、统计、比较:
如果实验现象是“隐蔽”的,必须找出具体的检测方法,以显现实验结果,便于观察。
必须找出具体的观察和记录对象,观察、记录、统计、比较实验数据和现象。
(5)现象解释法:
运用所学生物学知识,正确地解释实验现象及原因。
解题时,运用所学生物学知识,结合题中的现象,做出科学合理的解释。
这类现象、原因的解释通常是一些结论性的语句,切忌就事论事,答案中要体现出实验现象的本质。
(6)数据处理法:
实验或调查的结果,有时需要对数据做一定的处理,常以表格、直方图、圆饼图、坐标曲线等的形式呈现。
这类命题大多是给出特定的实验(或调查数据)的图表,对图表做出恰当的分析和解释,并学会图表数据的相互转换。
(7)结果结论法:
对“探究性实验”的预测:
①探索研究对象的未知属性、特征及与其他因素的关系的实验方法;②需作正、反、中间状态三方面的预测;③注意点:
会用“无显著差异”一词。
对“验证性实验”的预测:
①在学习有关概念和原理之后,通过实验来验证有关知识;②已知知识点的验证,不能作三方面的预测,只能作与已知知识点相符的预测。
(8)评价修正法:
常用“五看”评价法,即:
一看对照
有无对照实验
如果有,看对照设计是否合理
实验变量设置是否有标记
是否遵循了单一变量原则
是否遵循了等量原则
是否排除了干扰因素
二看步骤
顺序是否合理
步骤是否完整
具体操作有无违反生物学基本原理
三看验证
实验结果的验证目标是否准确
实验结果的验证方法是否得当
四看材料
生物学材料选择是否得当
实验器材选择是否合理
药剂选择、使用、用量是否准确
五看条件
是否需要搅拌、加热等
实验所需的温度、光照等条件是否合理
◆◆专题一生物实验的一般解题思路和方法
◇◆考情分析
木专题主要向考生介绍解答生物实验题的一般思路,即明确实验目的(弄清要探究或验证的是哪种生物学事实)一理解实验原理(来自题干或生物学知识)一选择材料和用具→设计实验步骤(注意体现科学原则、对照原则、单因子变量原则、平行可重复性原则)一瞄准目的、依据原珲、预测结果并得出合珲的结论。
从历届考生反映的实验题的解答情况来看,考生感到实验题难以解答的主要原因是没有理清解题思路,不能在清楚实验目的和原理的条件下科学选材和设计实验步骤,也不能根据实验目的和原理准确预测和分析实验结果。
◇◆复习指导
在复习过程中,要掌握解答生物实验题目的解题思路,再简单的实验题目也要按照这个思路展开,多次训练后就掌握了这个“不变”来应“万变”。
考点一准确把握实验目的和实验原理
【调研1】在3个烧杯中,分别注入100mL蒸馏水,测定其pH。
实验者在安静状态(静坐2min)、中度运动(步行2min)以及剧烈运动(跳绳2min)后,立即分别向上述3个烧杯的水中吹入等量气体,测定pH。
经多次重复实验,所得平均数据如下表:
运动状态
安静
中度运动
剧烈运动
实验前pH
6.1
6.1
6.1
实验后pH
5.9
5.6
5.3
下列判断中错误的是
A.本实验的目的是验证人体在运动时呼出气体中CO2浓度比静止时高
B.本实验的自变量是人体的运动状态,因变量是烧杯中溶液的pH
C.本实验的原理是运动状态可以改变产生CO2的速度,CO2溶于水会使溶液pH降低,所以可以用检测pH的方法来检验CO2的产生速度
D.人体剧烈运动时要进行无氧呼吸产生乳酸,所以剧烈运动一组实验后pH下降幅度最大
从实验的操作以及实验结果,可以判断出该实验研究的是人体运动状态与呼出气体中CO2的浓度之间的关系(或可以是验证人体在运动时呼出气体中CO2浓度比静止时的高)。
因为运动过程的能量消耗来自于有氧呼吸,运动强度越大,消耗能量越多,产生的CO2越多,所以呼出的气体中CO2浓度越大,导致气体的pH下降幅度越大。
根据以上分析,运动状态(或运动强度)就是该实验的白变量,溶液中pH就是该实验的因变量。
剧烈运动一组由于呼出的气体中CO2最多,所以该组实验后的pH最小,而并非因为进行了无氧呼吸产生的乳酸所致,乳酸不会随呼出的气体排出,所以D错。
答案:
D
【技巧点拨】
(1)实验目的要明确:
即要明确实验设计要解决什么问题,或探索验证什么生物学问题。
_般来说,实验目的在题目中就明确给出。
明确实验目的才能明了它用哪一原理进行实验设计,才能明白实验设计中哪一因素是实验变量。
例如:
“温度对酶活活性的影响”实验,其目的是初步学会探索温度对酶活影响的方法以及探索淀粉酶在不同温度下催化淀粉水解的情况,因此其实验原理要利用淀粉遇碘变蓝、淀粉酶可催化淀粉生成麦芽糖、麦芽糖遇碘不变蓝等理论知识。
该实验的实验变量为温度。
(2)实验原理要清楚:
实验原理决定着实验中主要实验步骤的设计及相应实验试剂的选择。
实验原理可根据实验目的和现有知识来确定,“如设计实验证明糖尿病人的尿液中存在葡萄糖”的实验,其原理与教材中常规实验“生物组织中还原糖的鉴定”的实验原理相同。
考点二:
科学选材并控制变量
【调研2】己知在促进生长的浓度范围内,浓度相同时,生长素类似物萘乙酸(NAA)产生的促进生长作用大于吲哚乙酸(IAA)。
为了验证NAA和IAA的这种差异,用胚芽鞘进行实验。
下列说法错误的是
A.本实验的单一变量是IAA和NAA的不同,无关变量是IAA和NAA的浓度、胚芽鞘、生长条件等
B.本实验可以通过测量胚芽鞘的弯曲程度或生长长度,不记录实验结果
C.胚芽鞘首先要去掉尖端,排除自身产生的生长素对实验结果的影响
D.因为NAA产生的促进作用大于IAA,所以实验中NAA的浓度可以小于IAA的浓度
本实验的目的是验证NAA产生的促进生长的作用大于IAA产生的促进生长的作用,所以单一变量(因变量)就是两种植物激素的种类不同。
因变量是胚芽鞘的弯曲程度或生长长度。
无关变量是胚芽鞘的种类、长度以及它们的培养环境等。
无关变量要保持一致,所以D错误。
答案:
D
【知识归纳】变量类型
变量是指实验过程中可以变化的因素。
为了达
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