高考生物实验能力要求解读与题型分析(3)

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北京师范大学附属实验中学(100032)林祖荣
江苏省泗阳中学(223700)刘鸿儒
——本文载2004年第4期《中学生物教学》
2.结果预测与分析
实验能力还包括着对实验结果的分析与预测。这类试题需要学生运用已有的知识或者是试题中给出的信息,去分析和预测实验的可能结果,一般是从已知去推未知。
例1  (2002春季北京)取新鲜的马铃薯块茎,去皮后切取两个大小相同的立方块,一块放在浓盐水中,另一块放在清水中(如图所示)。请判断一段时间后它们的变化,并解释原因。(图略)
(1)图a中马铃薯块        (收缩,不变、膨胀),解释原因:           。
(2)图b中马铃薯块       (收缩,不变、膨胀),解释原因:           。
分析  本题通过对实验结果的预期,考查植物细胞渗透原理。当外界溶液浓度高于细胞液浓度时,细胞通过渗透作用失去水分;当外界溶液浓度小于细胞液浓度时,细胞通过渗透作用吸收水分。细胞失水,植物组织收缩,细胞吸水,植物组织膨胀。
答案  (1)收缩  浓盐水浓度高于马铃薯块茎细胞浓度,细胞失水,植物组织收缩  (2)膨胀  清水浓度低于马铃薯块茎细胞浓度,细胞失水,植物组织膨胀
例2  (2002广东)植物地上部分向光生长,根背光生长。取正在萌发的种子贴附在琼脂板上,再将琼脂板插入透明盒内培育,五面遮光,仅从一侧给予光照(见图13-7)。幼苗根的生长方向将是
(图略)
分析  本题要求根据题目给出的作息,对实验的结果作出预测。在学生已有的知识中,有茎向光生长,根背地生长的特点,其原理是由于光和重力影响了生长素的分布所致。植物的根背光生长,是题目给出的信息。要求根据这一信息,联系已有的知识作出判断。
答案  C
例3.右图表示研究小型哺乳动物呼吸作用的实验装置,所有接头处均密封:
(1)实验结束时,U形管内有色水溶液的水平面怎样改变?解释你的回答。
(2)B瓶的作用是什么?_____________。
(3)若给你提供一烧杯KOH溶液,描述并解释你将怎样在不用其他仪器的情况下,调整此实验装置,以证明小型哺乳动物吸收氧。
分析:本题是通过特定的实验装置来研究小鼠的呼吸作用。
试题首先要求预测实验结果并作出解释。对实验结果的预测基于两点:一是明确小鼠的呼吸作用会产生什么结果?二是这些果中哪些因素会通过本实验装置产生影响。小鼠呼吸会产生二氧化碳,会吸收氧气,会消耗有机物,会产生热量,这些变量哪些会实验结果产生影响呢?分析本装置,由于玻璃管A和玻璃管B都是用橡皮塞密封的,因此玻璃瓶内的气体变化不会对U形管内的水压产生影响,这就排除了玻璃瓶内氧气和二氧化碳变化可能对实验结果带来的影响;小鼠体内有机物的影响更不会对实验结果产生影响;因此只有一种可能,就是小鼠呼吸产生热量,导致U形管内的气压发生变化。
如果要证明小型哺乳动物吸收氧气,氧气的变化要通过U形管来反应出来,那么就必须去掉玻璃管A和B橡皮塞,同时要去玻璃瓶外面的棉绒,以促进玻璃瓶内热量的散失,尽量减少热量对于U管内气压产生的影响。KOH是用于吸收二氧化碳的,悬挂在玻璃瓶AB中,用以吸收瓶内的二氧化碳,以排除二氧化碳变化对U形管气压产生的变化,使得实验的结果只是由于氧气变化而致(变量单一)。
【答案】
(1)左低右高
由于恒温动物呼吸作用产热,导致密闭容器内温度升高,气压升高会引起U形管中有色水溶液水平面改变。
(2)对照实验
(3)将玻璃管AB的橡皮塞移开,玻璃管装AB外的棉绒去掉,并将装KOH的烧杯悬挂在左右两侧的玻璃瓶中,左边小哺乳动物由于呼吸吸收了O2,而释放CO2被KOH吸收,使左侧气压下降,导致U形管中水平面变为左高右低。
从上面几例可以看出,对于实验结果的预和分析的过程,就是运用知识进行分析和推理的过程。所涉及的知识,可能是学生已知的,也可能是未知的,作为题目中的信息给出。在运用这些知识进行分析时,必须充分考虑到实验装置的条件控制。同样的原理,不同的实验装置,对于条件的控制是不同的,实验的结果也是不同的。
3.实验方案的分析与评价
学生的实验能力还可以通过对实验的方案、实验结果与结论的分析与评价的方式来考查。这也是近几年来高考的常见类型。
例题8.为了研究胰腺的胰液分泌调节,某人从实验狗甲的一段小肠刮下黏膜,将该黏膜放入稀盐酸中浸泡,把过滤后的提取液注入实验狗乙的静脉,结果引起实验狗乙的胰液大量分泌,并由此得出“小肠黏膜中存在促进胰液分泌的某种物质”的结论。(2004年北京春季高考)
分析这一实验与结论,回答下列问题:
仅根据上述实验能否得出该结论,为什么?
分析:本题通过对实验设计方案的分析与评价,考查学生对于实验设计原则的理解与掌握。在科学实验中,对照是基本的原则,通过对照排除无关变量对实验结果的影响,使实验变量成为单一变量,从而才能得出实验结论。本实验中,大量分泌胰液是原因是注射了用盐酸浸泡过小肠黏膜提取液,那么到底是小肠粘膜中物质的作用还是盐酸的作用呢?显然本实验是无法给出答案的。因此必须添加对照实验,以排除盐酸对狗分泌胰液的影响。
[答案]
不能
缺少对照实验,未排除稀盐酸的作用
例2.(2001广东)为了证实“二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料”,其同学制订了下列实验方案:
(1)实验目的(略)
(2)实验材料和用具(略)
(3)实验方法和步骤
①用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液,密封不漏气。
②将上述植物及装置放在暗室中饥饿,消耗掉叶片内贮藏的有机物。暗室内装有红色的安全灯
③饥饿一定时间后,自暗室中取出,照光若干小时,使其充分进行光合作用。
④取一片叶片,入入盛有酒精的烧杯中,水浴加热,使叶绿素溶于酒精中。
⑤将已脱绿的叶片取出,平铺在一个培养皿内,用碘—碘化钾溶液,检测有无葡萄糖的特异性颜色反应。
该方案中有几项明显的错误,请指出错误并改正。
分析:本题在实验方案的设计、实验过程中的条件控制以及实验结论等方面都设置了错误,要求学生较全面地对实验过程进行分析与评价,改正错误。
(1)从实验条件的控制来看,红色灯安全灯是错误的,红光是植物光合作用吸收的主要光之一,在红色光下植物显然是会进行光合作用的,因此无法达到消耗叶片中有机物的目的。
(2)从实验的结果来看,碘—碘化钾是用来检测淀粉的,而不是用来检测葡萄糖的。
(3)从方案设计来看,对照是实验设计的基本原则,没有对照就无法排除无关变量对实验结果的影响,实验就没有说服力。
答案:(1)实验步骤②中暗室内用红色安全灯是错的,应用绿色安全灯。
(2)实验步骤⑤中的“葡萄糖”是错误的,应改为淀粉。
(3)未设对照。对照的作法是:a装置同题干中步骤①,但玻璃罩内用同一种生长状况相的另一株植物代替题干中的植物;用一杯清水代替NaOH溶液;b.将上述植物及装置放在暗室中饥饿,消耗掉叶片内贮藏的有机物,暗室内装有绿色的安全灯;c.重复题干中步骤③④;d.重复改正后的步骤⑤。
例3.蛋白酶能使蛋白质分解,那么蛋白酶分解的是蛋白质的空间结构还是肽键呢?因为蛋白酶只将蛋白质分解成多肽,而多肽的分解需要肽酶,基于此,某同学认为蛋白酶破坏的只是蛋白质的空间结构而不是肽键。为证明他的观点,他设计了下面的实验,并对实验的结果进行了预期。(表略)
该同学在设计实验时基于以下的考虑:○1通过加入碘液后是否显蓝色,证明淀粉是否存在,也证明淀粉酶是否被破坏;○2加入蛋白酶后再加入碘液,显蓝色,说明淀粉依然存在,是蛋白酶破坏了淀粉酶的结构。那么,破坏的是空间结构还是肽键呢?加入双缩脲试剂后显紫色,说明蛋白酶破坏的是淀粉酶的空间结构而不是肽键,由此证明了蛋白酶破坏蛋白质的是空间结构;○3在已经被破坏了空间结构的蛋白质中加入肽酶,然后再加入双缩脲试剂,看是否出现紫红色,如果出现紫红色说明肽键存在,那么,肽酶就不是破坏蛋白质的肽键,如果没有出现紫色,则说明肽键不存在了也就是说被肽酶破坏了。
请分析该同学的实验设计思路是否存在问题?对实验现象的预期是否合理?请指出并说明原因。
分析:本题通过对实验具体实验设计的思路与方法、以及对预期实验结果的分析评价,来考察学生对实验设计方法和思路的理解与掌握。仔细分析该同学进行实验设计时的考虑,有以下明显的不足:
(1)○2的思考是不严密的:加入双缩脲试剂后显紫色,只能证明肽键是存在的,而不能证明蛋白酶破坏的只是蛋白质的空间结构,蛋白酶也可能只是破坏了淀粉酶的部分肽键。
(2)C试管呈现紫色无法说明是淀粉酶中肽键的作用还是胰蛋白酶肽键的作用。胰蛋白酶也是蛋白质,遇双缩脲试剂也会呈现紫色反应。
(3)D组实验中也存在问题,肠肽酶本身也是蛋白质,所以也会与双缩脲试剂反应生成紫色,也可能被胰蛋白质分解。如果胰蛋白酶分解了肽酶,如果只是分解的空间结构,那么现象预期应是紫色;如果是肽酶在发挥作用,那么肽酶本身也是蛋白质,预期的实验结果也应是紫色的。
答案:见分析。