高考生物探究性生物实验.docx

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高考生物探究性生物实验

（生物科技行业）探究性生物实验

探究性生物实验

【知识网络结构和知识点归纳】

探究性生物实验

实验考试一直是生物会考中非常重要的一部分，对于实验的考试方式分为书面笔答和实验操作两部分。

对于实验操作的考察由各学校组织实施，这里我们重点谈一下关于实验书面形式的考试。

今年是全市使用新教材的第一年，新教材的一个特点就是更加注重对实验的教学，全书共有十六个学生实验、四个实习和六个研究性课题。

实验和实习的总量比老教材要多许多，从教材中的这些变化可以看出，新的教材更加强调学习过程中科学探究的重要性，这种变化也将在考试中体现出来，表现为对科学探究能力的考查。

一、以探究为核心的实验分级

以探究为核心对高中生物学的实验进行分级，有助于准确制定实验教学目标，有助于设计出最佳的实验方案，从而为取得理想的实验效果打下基础。

高中生物学的实验课题以探究活动水平的不同依次分为5级：

实验分级

实验考查目标

例证性实验

观察或鉴别实验

观察对象“是什么”，或鉴别实验材料中“有什么”

观察植物细胞的质体

DNA的粗提取和鉴定

验证实验

为阐明“为什么”或“怎么样”提供实验依据，或证实物质或结构的动态变化

观察细胞有丝分裂

观察质壁分离及复原

部分性探究实验

学生执行计划和得出结论，即只参与“干什么”和“发现什么”的探究过程

探究酶及其作用特性

提取和分离叶绿体色素

全程性探究实验

学生自主探究，即“怎样”检验自己对“有什么”和“为什么”作出的解释

探究温度对酶活性的影响

探究pH对酶活性的影响

模拟性实验

设计和制作实验研究的某种对象，或者在人为条件下模拟研究对象的动态变化

制作DNA双螺旋结构模型

DNA复制的模拟性实验

⑴观察或鉴别性实验。

一级实验要求学生按照实验指导独立地完成实验操作，知道观察对象‘是什么’或者鉴定出实验材料中‘有什么’，以便加深理解有关的生物学知识。

例如，观察植物细胞的叶绿体和有色体，观察酵母菌的出芽生殖，食物中营养成分的鉴定，DNA的粗提取和鉴定等实验。

⑵验证性实验。

验证性实验与观察或鉴别性实验一样，要求学生按照实验指导独立地完成实验操作。

但是，二级实验得到的结果不是要揭示‘有什么’或‘是什么’，而是将实验结果作为论据来论证某个原理或法则是否成立，或者证实发生的物质或结构的动态变化，即为阐明‘为什么’或‘怎么样’提供实验依据。

例如，植物细胞的质壁分离及复原现象，是论证原生质层具有选择透性的有力证据，从而证实成熟的植物细胞遵循渗透原理吸水。

⑶教师设计的探究性实验。

三级实验都是来源于对前两级实验进行的改造，其特点是由教师提供实验结构和实验步骤，学生经过一系列探究性操作活动获得有关的科学知识，体验和理解知识形成和发展的过程，培养其理解能力和探究能力，即‘干什么’和‘发现什么’。

例如“探究透析膜的扩散原理”和“探究活细胞膜的通透性”的实验，使学生体验和理解知识形成和发展的过程。

⑷学生独立完成的探究性实验或调查。

这类实验课题时要求学生分成协作性小组，小组成员共同设计调研计划或实验方案，组内同学分工协作，在规定时间内共同完成实验课题任务。

由学生独立完成的探究性实验或调查往往持续较长的时间，学生的主体活动也多是利用课外时间在实验室或其他场所里进行设计、制作、调查、实验、总结和讨论等活动，实验课上完成部分操作或者对实验结果进行小组之间的交流和评价。

总之，四级实验是学生‘怎样’检验自己对‘有什么’和‘为什么’做出的解释。

⑸模拟性实验。

模拟实验是科学家们进行科学探究的一种实验法，它是在模拟研究对象或者人工模拟特定条件下进行的一类实验。

在模拟实验中，虽然某个起作用的可变因素可能是人为的，但是，完成实验的操作过程有助于学生的探究训练和培养探究思维能力，或者取得的实验结果有助于学生深刻理解有关知识。

例如，“设计和制作DNA双螺旋结构模型”的实验，要求学生用沃森-克里克提出的“DNA分子双螺旋结构模型”的基本论点指导自己的实验操作，其实验操作过程有助于学生领会DNA分子结构的特征。

二、科学探究的程序

科学探究活动的主要程序可以概括如下：

㈠提出问题，作出假设

实验探究是从提出一个科学问题开始的。

科学问题是指能够通过收集数据而回答的问题。

高中生物学各章节课题中，包含着许多需要通过实验收集数据并予以解答的问题：

单元

问题

分子与细胞

⑴植物细胞中含有还原性糖、脂肪、蛋白质吗？

⑵细胞膜具有选择透性吗？

⑶怎样测定洋葱鳞片叶表皮细胞液浓度呢？

⑷土壤溶液中矿质元素浓度影响细胞交换吸附速率吗？

⑸淀粉酶是蛋白类物质吗？

⑹酶具有高效性和特异性吗？

⑺温度影响酶的活性吗？

⑻过氧化氢酶活性与酸碱度有关吗？

⑼食物中果真贮存着能量？

生命的调节

⑴甲状腺激素能够促进蝌蚪生长发育吗？

⑵低浓度生长素能够促进叶鞘生长吗？

⑶低浓度生长素能够促进插条生根吗？

⑷生长素能够促进未受精子房发育成果实吗？

生命的延续

⑴通气条件是否影响酵母菌的出芽生殖？

⑵减数分裂的哪个时期发生染色体数目的减半？

⑶种子萌发长成幼苗时干物质消长状况如何？

⑷蝌蚪发育为成蛙的时间有多长？

⑸低温能够诱导染色体数目加倍吗？

作出假设是科学探究的第二步，假设是根据现有的证据或者既往的经验，对问题作出的尝试性解释。

假设是推论的一种，也有可能出错，必须通过实验进行检验。

假设的陈述应该简而意明，通常采用“如果……，那么……”的句式。

假设不是凭空猜想，必须以已有知识、经验或证据为依据，如生长素的生理作用，自然界多倍体植物的形成原因，光周期影响动植物的生殖等都是学生已有的基础知识。

此外，假设的真实性能够被检验，用以检验的依据应来源于收集、分析和解读的实验数据。

因此，假设中蕴含着可操作性实验内容。

㈡制定计划，预测结果

制定计划是探究性实验活动的关键环节，包括选择实验材料、确定实验用具、配制药品试剂、制定实验方案、确定实验记载格式、预测实验结果、提出实验注意事项等。

制定的实验方案应该写明详细的实验步骤，以及在实验中要进行哪些观察或测量。

设计实验时涉及到两个重要步骤：

控制变量和给出可操作定义。

变量是指实验中可以变化的因子，其中人为改变的因子称为调节变量，一般的实验中只设置一个调节变量；随着调节变量而改变的因子称为应变量，它是为了得到实验结果而需要观察的现象或测量的指标。

在一个设计良好的实验中，除了一个调节变量外，其他因素都保持不变，对照控制变量要遵循单因子变量、设置对照等原则。

所谓的给出可操作定义，是指一个阐明某变量应该如何测量，或者某个术语应该如何定义的陈述。

例如，如何确定植物细胞是否发生质壁分离或复原呢？

可操作性定义是：

变厚的原生质层似凸形或帽状包围在收缩的液泡两端。

在制定计划时设计一张记录表，能帮助你有序地记载观察或测量结果。

设计的实验方案中，如果涉及到使用易燃、易爆、易碎、有毒、有腐蚀或刺激性的器具和药品时，要写出实验的注意事项。

此外，在制定的探究实验计划中，还应该阐述预期的实验结果。

这种预测也是一种推理方式，它是对实验计划一旦付诸实施时“可能发生什么”作出的推理。

侧重考查制定探究性实验计划方面的典型题目如下：

现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受水分、温度和氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关。

为探究光的有无对种子萌发的影响，请你依据所给的材料和用品设计出实验的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。

材料和用品数量充足的铺有滤纸的培养皿、无菌水、表面消毒过的种子等

方法步骤：

⑴（实验装置）___________________________________

⑵（调节变量、对照）______________________________________

可能实验结果及相应结论：

预期实验结果

得出相应结论

⑴

⑵

⑶

参考答案：

（1）用无菌水将培养皿中的滤纸浸湿，放入大小相似数目相等的消毒过的种子。

供实验使用。

（2）在保证温度、湿度、氧气含量全部适宜的前提下，把一个实验装置放置在全黑的条件下作为对照。

另外的几个实验组进行不同时间长度的光照（比如每天2小时、每天4小时等）。

实验结果及相应结论：

预期实验结果

得出相应结论

⑴所有试验组种子萌发的情况相似

光与种子的萌发无关

⑵没有光照的种子萌发的最好

光对种子的萌发有抑制作用

⑶定期光照的种子萌发情况好于没有光照的种子

光对种子的萌发有促进作用

注意：

在试验设计中，要遵循单因子变量、设置对照等原则。

㈢执行计划，搜集数据

执行计划是指完成实验操作的过程。

实验中得到的观察和测量结果统称为数据，通过收集、整理和解读数据的过程，才能获得支持或否定假设的证据。

可见，在实验过程中搜集足够的实验数据是一个关键环节。

观察获得的数据通常是指生物体形态、结构、行为和生理现象等，描述和绘图是搜集这些数据的主要方法。

测量获得的数据通常是度量衡数值，必须用相应的工具依照国际标准计量单位来测量，将测得的精确数据记录在事先准备的表格中。

例如，用于记载酶作用特性实验结果的表格如下：

编号

1

2

3

4

5

6

底物（H2O2）

2ml

2ml.

2ml

2ml

2ml

2ml

反应条件

自然分解

Fe3+

生马铃薯

熟马铃薯

鲜肝液

煮沸肝液

现

象

气泡大小或多少

小而少

大

较少

大

多

小而少

大

最多

小而少

卫生香燃烧程度

呈现亮光

旺无火焰

旺有火焰

呈现亮光

最旺

有火焰

呈现亮光

㈣分析数据，得出结论

分析数据是指在实验操作完成后，对收集的实验信息进行整理和解读的过程，通过对数据的分析找出研究对象的发展趋势或不同事物之间的联系，思考实验数据揭示的事实或规律，确定实验数据是否支持原先的假设，运用证据和逻辑分析对提出的问题做出答案或解释，从而得出最后的实验结论。

由此可见，结论就是对实验研究发现的总结。

绘制图表是整理数据的常用方法。

测量结果的整理，除使用记录表外，可以绘制柱形图、折线图或扇形图等。

例如：

将大肠杆菌放在含有15N同位素的培养基上，培养若干代之后，大肠杆菌DNA的所有的氮原子均为15N。

带有15N标记的DNA分子密度比含有14N的DNA分子密度大。

将DNA分子带有15N标记的大肠杆菌，转移到含有14N的培养基上培养，每隔4h取样一次（相当于一个世代），用离心法测定不同世代细菌DNA分子密度如下：

⑴在正常培养基上，带有15N标记的大肠杆菌繁殖的后代，不同世代的DNA分子密度显示的梯度变化，你的正确解释是                                。

⑵如果将第一代（全中）双链DNA分子的氢键断裂，再离心测定其分子密度，它的两条DNA单链在试管中的分布是                     ，你做出上述判断的理由是                                           。

⑶若第三代大肠杆菌再繁殖一代，请在下面的离心试管图中画出其后代DNA分子密度          。

参考答案：

（1）由于DNA分子的半保留复制，使得在子代DNA分子的两条链中有一条来自于亲代DNA分子，在正常培养基中的氮元素没有标记，因此子一代的两条链中有一条被标记，一条没有被标记。

依此类推不同时代分子密度呈梯度变化。

（2）分别位于中和重的位置，两条链中的氮元素一条是15N一条是14N。

（3）7／8轻，1／8中

注意：

在解题过程中，要把对资料的分析与已有的知识结合起来。

㈤交流评价，进行反思

交流就是与其他人交换看法、分享信息的过程。

交流的内容主要包括：

科学探究过程、科学实验方法、描述观察结果、展示测量数据、报告研究成果和结论。

为了帮助他人理解你所陈述的复杂过程或事物，需要利用图画、图表、计算机图像等建立一种模型。

交流也是一个评价过程，评价内容涉及科学探究程序的方方面面，主要是肯定合理部分并对存在的不足提出质疑。

反思是指能够倾听和尊重他人的质疑，承认不同的观点或解释，并且在吸纳中肯意见的基础上修正自己的观点或结论。

下面的这个题目就是典型实例：

为验证“镁是植物生活的必需元素”，三位同学进行了实验设计，下列是实验的基本思路。

请分别指出三个实验思路能否达到实验目的，为什么？

再写出你的实验思路。

⑴实验一：

取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器进行培养。

对照组容器内只盛有蒸馏水，实验组盛有用蒸馏水配制的镁盐溶液。

两组置于相同的适应条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况。

⑵实验二：

取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以蒸馏水，实验组浇以用蒸馏水配制的镁盐溶液，两组置于相同的适应条件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况。

⑶实验三：

取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以含有植物必需的各种元素的完全营养液，实验组浇以不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适应条件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况。

参考答案：

（1）不能达到试验目的，对照组设置的不合适，应该用全营养液。

（2）不能达到试验目的，两个组全部用砂性土壤，等于用的都是全营养液，无法对比。

另外对照组不应该用蒸馏水。

（3）不能达到试验目的，两个组全部用砂性土壤，等于用的都是全营养液，无法对比。

实验设计请自己完成。