探究性实验题的类型与解题方法

1探究性实验题的类型与解题方法（一）刘本举（河南省濮阳市第一高级中学457000）该文章发表于《中国考试》2007年第11期探究性实验题是高考非选择题的主要题型，此类试题能很好地体现高考能力考察为主导及考察考生科学素养的命题要求。本文试图通过例题来分析其解题思路和总结答题技巧，供考生参考。1．模仿学习—尝试创新型该题型的特点是给出实验操作的部分或者全部步骤，要求考生根据已知实验过程分析推理，从实验分组、变量设定和实验结果中获取有效信息，推知该实验到底要探究什么？已知条件有哪些？找出隐含条件，顺利回答有关问题。并同时学习实验方法和原理，把已经进行的实验作为实验原型或者示范，做进一步的创新设计，或者是对原实验的补充，或者是针对新问题设计新实验。该题型主要考察考生模仿和尝试创新学习的能力，即知识的学习和迁移能力。【例1】以下实验是对含有低等植物的水域生态系统进行的测定。步骤一：取两个相同的透明玻璃瓶，分别编号为1号、2号。步骤二：用两个瓶同时从水深3m处取水样（都装满），立即测定2号瓶中的溶氧量，将1号瓶密封瓶口沉入原取水样处。步骤三：24h后将1号瓶取出，测定瓶中的溶氧量。按以上步骤重复三次，结果1号瓶溶氧量平均值为6.5mg，2号瓶溶氧量平均值为5.3mg。回答下列问题：（1）取水样时，1号瓶中溶氧量为；经过24h后，1号瓶中溶氧量发生的变化是由引起的。（2）经过24h后，1号瓶增加的有机物（假设全为葡萄糖）为。（3）现欲使实验过程同时还能测出1号瓶24h后实际合成的有机物总量，需对实验作适当补充。简述需补充的实验内容（请自行选择实验用具），并解释计算方法。。【解题思路与答案】实验前测量2号瓶的溶氧量和实验后测量1号瓶的溶氧量，其目的还是测量2号瓶实验前后的溶氧量变化。为了使2号瓶实验前后保持水量、水质等的一致性，故设置1号瓶以进行开始溶氧量的测量。利用溶氧增加量可以计算出有机物的积累量。由上述分析可知，实验原理是利用水生低等植物光合作用氧气的产生与所有水生生物呼吸作用氧气的消耗关系计算该水层的生产能力，即生产者在一昼夜积累有机物的量。（1）实验开始时，1号瓶溶氧量应与2号瓶一样为5.3mg，24h后变成6.5mg，溶氧量增加的原因是由一昼夜中该水层水生植物光合作用产氧量超过所有水生2生物的呼吸作用耗氧量引起的；（2）根据溶氧增加量可直接计算葡萄糖积累量为1.125mg；（3）根据现有实验条件，只能测知1号瓶溶氧增加量。要想知道1号瓶24h产生氧气的总量，根据氧气产生总量＝溶氧增加量＋生物消耗量，必须再测知1号瓶中所有生物的耗氧量，所以需要另设一个同样的黑色不透光的3号瓶，使该瓶生物只进行呼吸作用，处理方法同1号瓶。24h后测3号瓶溶氧量，设为a，则瓶中24h耗氧量为（5.3－a）mg，所以1号瓶产生氧气的总量为（6.5－5.3）mg＋（5.3－a）mg，根据6O2～C6H12O6列出方程：180/y＝6×32/[（6.5－5.3）＋（5.3－a）]y＝180×(6.5－a)/6×32＝15(6.5－a)/16【解题技巧】解此类题目，关键要根据实验操作步骤，提取出有效信息，如变量设定等，然后推理出实验目的和实验原理，只有实验目的和实验原理明确了，才能理解和学习实验的设计思路和方法，才能对实验做进一步的补充设计，解决新问题。其步骤为：①审题，看懂实验过程；②找出实验变量、实验结果，并使其建立联系，从而推理实验目的、实验原理；③解决有关问题，并根据要求和实验原理补充实验设计，解决新问题。2．分析问题—提出假设型该题型的特点是试题给出生产、生活中的一些生物学问题，或者科学研究中发现的一些生物学现象或者数据，要求考生根据问题、实验现象或数据，结合所学相关知识提出大胆、合理的科学假设。并且选择恰当的方法验证或者解释提出的假设。此类题目重在考察学生发现和提出问题并尝试解释的探究和创新能力。【例2】正常的小鼠的皮毛是棕灰色的，1905年法国学者居埃诺（LucienCuenot）研究小鼠时发现一只黄色小鼠，他将这只黄色小鼠和纯系正常小鼠杂交产生的后代一半为黄鼠一半为正常的小鼠。再将黄鼠和黄鼠杂交，后代中2/3是黄鼠，1/3是正常鼠。据研究小鼠的皮毛是由一对等位基因控制的。为什么会出现这样的比例呢？⑴请根据你所学的有关遗传知识提出一个大胆的假设，并简要说明提出假设的依据。⑵用你的假设对上述杂交实验结果做出解释。【解题思路与答案】分析：（1）从第一组杂交来看，黄鼠是杂合子，否则后代中不会出现两种表现型；黄色对野生型为显性。第二组杂交的分离比不符合杂合子互交后的孟德尔分离比（显性﹕隐性＝3﹕1），而是2﹕1。显然可能有一种显性基因型纯合类型未能成活。所以可以提出假设：显性基因型纯合类型未能成活。（2）设控制黄色的基因为A，控制灰色的基因为a，则有：PAa×aa黄色野鼠色↓F1Aaaa黄色（1/2）野鼠色（1/2）3PAa×Aa黄色黄色↓F1AAAaaa死亡黄色（2/3）野鼠色（1/3）【解题技巧】假设，其本质就是根据已有的知识经验或文献对已发现的问题给出一种尝试性解释。这种解释是尝试性的，可能是对的，也可能是错的，有待于下一步的实验验证。但决不是凭空想象和主观臆断。所以提出假设时必须考虑两个原则：合理性，即建立在已有知识、经验和文献的基础之上，言之成理，有一定科学性；可检验性，即这种解释能够通过实验验证，并且该实验具有可行性，容易收集、记录实验现象和数据。其步骤为：①审题，理解问题实质或实验过程；②尝试利用所学过的知识解释这些实验现象；③根据解释归纳出假设。3．设计方案—预测结果型该题型一般会给出实验目的、原理和所需实验器材，让考生根据实验目的、原理设计实验方案，并对可能出现的实验结果进行预测。此类题目主要考察学生的知识运用能力和实验探究能力。【例3】胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。为了验证“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，请以小白鼠为实验对象设计实验步骤，预测和解释实验应出现的结果，并写出实验结论。（实验材料和用具：正常实验小白鼠2只，生理盐水，用生理盐水配制的适宜浓度的胰高血糖素溶液，班氏糖定性试剂，注射器，试管，烧杯等。）（1）实验步骤（实验提示：采用腹腔注射给药，给药剂量不作实验设计要求；给药1小时后，用注射器在小鼠膀胱处穿刺取尿液。）：（2）实验结果的预测、解释和结论：【解题思路及答案】根据实验目的和实验提示，应该取2只小白鼠分别为实验组和对照组，自变量为：实验组注射胰高血糖素，对照组注射等量生理盐水；同时也平衡了无关变量，即只给对照组注射等量生理盐水就排除了胰高血糖素的溶剂对实验结果造成的影响。为了保证从注射开始到取出尿液为止两组的时间相同，不能等小白鼠自然排尿，必须同时取尿液，否则时间会对结果造成干扰。所以给药1小时后，用注射器在小鼠膀胱处穿刺取尿液。对于尿液的检验方法，应该利用教材中鉴定植物组织中的可溶性还原糖的实验方法，属于实验方法的迁移。从实验目的可以明显看出，此实验为验证性实验，所以要注意预期结果的唯一性。根据以上分析，实验步骤为：（1）确定1只鼠为实验鼠，腹腔注射胰高血糖素溶液；另一只鼠为对照鼠，腹腔注射等量生理盐水。（2）将两支试管分别编号为1号和2号，各加入等量的班氏糖定性试剂。（3）给药1小时后，利用注射器穿刺膀胱的方法，对两只小白鼠同时采尿液，实验鼠尿液放入1号试管内，对照鼠尿液放入2号试管内。（4）将两支试管摇匀后，放入盛有开水的烧杯内加热煮沸，待冷却后，观察两支试管溶液颜色的变化。4实验结果的预测及解释：1号试管中应该出现砖红沉淀，表明实验鼠尿液中有葡萄糖；2号试管中仍为蓝色溶液，表明对照鼠尿液中无葡萄糖。实验结论：实验鼠血糖升高，超过一定数值而出现糖尿，是胰高血糖素具有升高血糖的生理作用所引起的。【解题技巧】实验设计的关键是控制变量和给出测量结果的可操作性定义。设定自变量同时要平衡无关变量，自变量是为了实验目的人为设定的变化因子，科学实验中只允许设定一个自变量，其他可变化的因子属于无关变量，应尽量予以平衡，防止其对结果的干扰。由自变量而引起结果的变化称应变量，是为了得出实验结论需要测量的指标。给出操作性定义，即给出应变量应如何测量的方法。比如用直尺测量长度或高度，目测溶液颜色的变化等。实验设计一般可以分为三步：（1）器材的准备和分组；（2）自变量的设定和无关变量的平衡；（3）给出结果测量的可操作性定义。结果预测的关键是看实验类型，如果是探究性实验，结果有多种可能，如果是验证性实验，结果只有一种。4．分析数据（现象）—得出结论型该题型的特点是试题给出实验目的、方法、步骤等，以表格或图象呈现一组实验数据，要求考生分析并回答有关问题，侧重于考察学生对实验方法和有关知识的理解，同时也考察学生从数据提取有效信息的能力，以及根据实验目的和方法对实验结论的归纳与总结能力。这类题目较为常见，既可以简答题或填空题形式出现，也可以选择题形式出现，形式多样。【例4】下面A图表示一个细胞周期（G1、S、G2组成了分裂间期，M为分裂期）中的细胞内DNA含量的变化曲线；B图表示处于一个细胞周期中各个时期细胞数目的变化（用特殊的方法在一个培养基中测得的），请据图回答。（1）B图中DNA含量为2C～4C之间的细胞，处在A图的期。（2）用DNA合成抑制剂处理，B图中DNA含量为C的细胞数目会增加；用秋水仙素处理，B图中DNA含量为C的细胞数目会增加。（3）细胞周期中，完成各期所需时间的计算公式是t＝T×n/N（T为一个细胞周期所需的时间，N为取样的总细胞数，n是各期的细胞数），根据图示与公式，S期的细胞数目是千个。（4）培养基中测得了少数细胞DNA含量在2C以下，这些细胞发生的最可能的变化是。5【解题思路与答案】（1）图中DNA含量为2C～4C之间的细胞正在进行DNA的复制，复制进度不同，所以有DNA含量不同的细胞，应处在A图中的S期，即6～8h内。（2）当用DNA合成抑制剂处理时，细胞不能继续DNA复制，停止分裂，细胞内的DNA含量为2C；但DNA已经复制的细胞（4C）将会继续分裂下去，而成为DNA含量为2C的2个子细胞，所以DNA含量为2C的细胞数量将增加，DNA含量为4C的细胞将减少；用秋水仙素处理，阻止了细胞的分裂，但不影响DNA复制，所以DNA含量为4C的细胞数量增加。（3）从图中已知，T=10h，S期的时间t=2h，G1期细胞有6千个，G2期和M期共有2千个，设S期为a个，则有：2=10a/（6+2+a），所以：a=2千个。【例5】将状况相同的轮藻分成四等组，分别放在可控温度的四个相同水槽装置内进行实验，已知轮藻实验前的重量，在不同温度下分别暗处理1h，测其重量变化，再立即光照1h（光强度相同），再测其重量变化。得到如下结果：组别一二三四温度/℃27282930暗处理后重量变化/mg-1-2-3-1光照后与暗处理前重量变化/mg+3+3+3+1假如轮藻重量增加或减少的都是葡萄糖，以下四种说法中错误．．的是:A．该轮藻呼吸作用酶的最适温度约是29℃B．光照时，第一、二、三组轮藻释放的氧气量相等C．光照时，第三组轮藻光合作用强度大于呼吸作用强度D．第四组轮藻合成葡萄糖总量为3mg【解题思路与答案】4组实验的实验变量为温度，其余条件均相同。根据暗处理1h的数据相比较，可知植物呼吸作用在29℃时最强。根据光处理后的重量比较，尽管27、28、29℃均为+3，但这是与暗处理前比较的，+3意味着把光处理前1h的消耗补充后又把光处理时1h的消耗补足，然后积累3mg，所以27、28、29℃条件下，3组植物光合作用合成总量依次为5，7，9。根据上述分析，第三组轮藻光合强度为9mg/h，而呼吸强度为3mg/h，所以C项正确，第四组合成有机物总量为1+（1+1）=3mg，故D项也正确。所以答案为B。【解题技巧】这类题的共同特点是以图象形式或者表格形式给出了实验数据，解题时一定充分读懂图象或数据变化规律，利用数据分析解题。这需要用到平时积累的基础知识，属于知识迁移的问题，即利用基础知识解决新问题。一定注意已知数据的含义，比如例5