1、第七部分 实验与研究性学习第 49 讲 探究性实验一、考点内容全解（一）本讲的考点是什么？在高校招生的考试中，一般不会考查学生独立完成全程性探究实验的各个方面，适于考查的实验内容主要有：作出假设、制定计划、预测结果、分析结论、进行评价等。1.实验现象的观察和分析观察实验现象和分析实验现象是用实验方法解决问题的基础。这就要求能联系生物学科的有关基本理论，分析所观察到的实验现象，能联系生物学科相关知识来解释某一实验现象。2.实验数据的处理和分析用规范、科学的实验报告格式书写实验报告，以便于实验数据的整理和加工处理，以便于保存和查阅原始实验数据，以便于实验者通过分析来选择最佳的实验方法或实验条件来完
2、成实验。3.实验设计的评价及其完善在实验步骤和实验方案设计中，要充分考虑实验可能产生的干扰因素，设计合理的实验步骤和实验方案来排除干扰条件，通常采用对比实验的方法及取实验数据平均值方法来研究某些规律，以便更容易发现和平衡实验的误差，提高实验的科学性。4.实验步骤、实验方案的设计实验设计的一般思路可概括为：明确实验目的弄清实验的原理及相关的知识点确立完成实验的关键条件考虑每一材料用具可能的作用 设计实验方案(实验步骤或实验装置图；观察记录实验结果；分析讨论，得出结论 )。（二）考点例析例 1（2003 年理综全国卷）将青蛙脑破坏，保留脊髓，在脊柱下部打开脊椎骨，剥离出脊髓一侧邻近的两对脊 神经根
3、( 一对脊神经根包含一个背根和一个腹根，见图)。分别电刺激每对脊神经根的背根与腹根均可引 起蛙同侧后肢发生运动反应。然后进行下列实验：甲：在第一对脊神经根的背根中央处剪断，电刺激背根向中段，蛙后肢发生运动反应；电刺激背根外周段，蛙后肢不发生反应。 乙：在第二对脊神经根的腹根中央处剪断，电刺激腹根向中段，蛙后肢不发生反应；电刺激腹根外周段，蛙后肢发生运动反应。来源:学.科.网 Z.X.X.K试分析回答：(1)根据实验甲判断背根的功能是 ，因为 (2)根据实验乙判断腹根的功能是 ，因为 解析这是一道颇有“争议”的题目，不少师生认为“超纲” ，笔者却不这样看。首先，题目涉及的知识面很窄(反射弧)，而
4、这在老教材中已有介绍；其次，也是最关键的，本题问题情景是实施研究性学习活动中的一个环节实验现象的观察和分析，换句话讲，本题以能力立意，强调科学的认知方法，而不是纯粹知识的考查，注重不同能力水平考生的甄别。相反，本题若以反射弧的知识立意，将索然无味，命题者正是敏锐地观察到这一点，匠心独运，精心设计了这么 一个“似曾相识”的“偏题” ，将那些鏖战题海的斗士，狠狠地“刷”了一把！答案（1）传入功能。因为电刺激背根向中段可以产生后肢运动反应，表明神经兴奋进入脊髓中枢并通过传出神经引发肌肉收缩，因此是传人功能。电刺激背根外周段不发生反应，表明背根无传出功能；（2）传出功能。因为电刺激腹根向中段不发生反应
5、，而电刺激腹根外周段可以产生后肢运动反应，表明神经兴奋沿传出神经引发肌肉收缩，因此是传出功能。例 2(2003 年上海理综题)研究 性学习是一种重要的学习方式，有利于培养学生的实践能力和创新精神。口香糖的生产已有很长的历史。咀嚼口香糖有很多益处，但其残留物也会带来污染。为了研究口香糖的粘附力与温度的关系，一位同学通过实验，测定了不同温度下除去糖分的口香糖与瓷糖与瓷砖地面的粘附力，得到了如表所示的一组数据：（1）请根据上述数据，在下图中绘制出粘附力 F 随温度变化的图线。（2）根据上述数据以及得到的图线，可以得到的实验结论是 来源:学+科+网 Z+X+X+K解析通常处理实验数据的基本方法有：列表
6、法。把被测量的量分类列表表示出来。列表法常用作其他数据处理方法的一种辅助手段。算术平均 值法。图象法。在图象呈曲线的情况下，可先根据大多数描点的分布位置(个别特殊位置的奇异点可舍去)，画出穿过尽可能多的点的草图，然后连成光滑的曲线，一般要避免画成折线形状。本题的考查重点是：测试考生能否通过分析，正确处理数据，并通过对数据的分析和综合，得出合理结论。这一点非常重要，因为在研究性学习中，由于多种原因，获取的数据既多又杂，研究者必须要有一套科学可行的方法对实验数据进行正确评价，合理取舍，才能在此基础上作出科学地推理，得出合理结论。 答案(1)见右图 (2)随着温度升高，粘附力先增大后减小，在 37时
7、，粘附力最大。例 3(2002 年全国理综卷)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?再写出你的设计思路。(1)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。两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况。(2)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，实验组浇以蒸馏水配制的镁盐溶液，两组置于相同的适宜条件下培养，观察比较两
8、组植物的生长发育情况。(3)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，两组置于相同的适宜条件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况。(4)下面由你进行实验设计，请写出你的设计思路。解析本题型属于探究实验类，题目提供的三种假想实验设计思路中，均含有不同程度的合理成分，考生逐一对上述实验思路进行评价时，不仅要重视分析和阐明实验设计不能取得预期结果的原因，而且要关注实验设计思路中隐含的合理成分，从而为提出一个合理的实验设计项目次数温度()粘附力(N)1 15202
9、 25313 3033来源:Zxxk.Com4 35365 37466 40407 45258 5014思路创造条件。因此说，该题的编制比先前同类型题目有较大的突破。答案(1)不能，因为蒸馏水和镁盐溶液均缺乏植物必需矿质元素而使两组植物生长均不正常；( 2)不能，因为两组容器内的砂性土壤中都可能含有镁离子；(3)不能，因为两组容器内的砂性土壤中都可能含有镁离子；(4)取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器，对照组盛有含植物必需各种矿质元素的完全营养液，实验组盛有不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况。二、能力提升技巧设计实验时
10、涉及到两个很重要的步骤，就是控制变量和给出可操作定义。控制变量 在一个设计良好的实验中，除了要观察的变量以外，其余变量都应始终保持相同。变量是指实验中可以变化的因子。其中人为改变的因子称作调节变量。而其他的因子都应保持不变。随着调节变量变化而变化的因子称为应变量。应变量是为了得到实验结果而需要观察或测量的指标。除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。绝大多数对照实验都要设立对照。 自定义 设计实验的另一个重要方面就是要有清楚的实用性的定义。实用性定义是指一个说清楚某个变量该如何进行测量，或者某个术语该如何定义的陈述。例 5抗原和抗体都有特异性，所以，带有不同抗体的淋巴细胞亦有特
11、异性。这么多种类的淋巴细胞是怎样来的?是天生的还是后天分化出来的?有人认为淋巴细胞最初并不是分别带有不同抗体的，只有在 它们与抗原分子接触之后，在抗原分子的影响下才分化出与抗原分子的抗原决定子互补的抗体。这一学说称为教导说。另一学说认为，淋巴细胞不需要抗原的作用，就已分化为多种带有不同抗体的细胞了。当一种抗原侵入人体后，在无数种淋巴细胞中，只有表面本来就带有和这种抗原互补的受体的少数淋巴细胞能和抗原结合。一经结合，这种淋巴细胞就恢复了分裂的能力，连续分裂产生大量带有同样抗体的淋巴细胞群。这一群细胞由于是同一来源的，所以称为克隆，这就是克隆选择学说。试设计同位素标记实验证明。实验步骤及结果：准备
12、三组同样实验小白鼠 a、b、c。给小白鼠 a、b 以高剂量的同位素标记的某抗原，结果小白鼠不发生免疫反应；给小白鼠c 以同样剂量的正常的(无同位素标记 )同样抗原，结果小白鼠发生免疫反应；注：高剂量的同位素标记的抗原能够全部杀死带有互补抗体的淋巴细胞 结论： 学说正确问题：c 组小白鼠及其处理的作用是 解析解答本题首先要明白教导说和克隆选择学说的要点：前者认为特意性抗体是抗原侵入后诱导形成的，事先并不存在；后者认为无论是否有抗原侵入，各种特意性抗体是先天存在的。其次，利用同位素标记的抗原与抗体的特意性结合控制变量。答案支持克隆选择学说：此时给小白鼠 a 正常的(无同位素标记)同样抗原，结果小白
13、鼠不发生免疫反应；给该小白鼠 b 正常的 (无同位素标记)其他抗原，结果小白鼠发生免疫反应；支持教导说：此时给小白鼠 a 正常的 (无同位素标记)同样抗原，结果小白鼠发生免疫反应；给该小白鼠 b 正常的(无同位素标记)其他抗原，结果小白鼠发生免疫反应；(说明：实验结果应与观点一致) 问题：作对照；并不影响小白鼠发生免疫反应解题技巧设计实验的基本原则是尽量孤立因素和固定条件，一般都是强调在实验中只改变一个因素。换句话说，实验的成功与否取决于 实验者对变量 (实验过程中所被操纵的特定条件或因素)的有效控制，即确保“单一变量 ”的实验观测，尽量避免无关变量和减少额外变量，为此设置实验对照和作平行实验
14、以排除无关变量，是增加实验结果可信度和说明力的重要措施。如本例控制变量的方法是同位素标记的抗原控制，即设计有或无相应效应 B 淋巴细胞两种情况，并在该情形下作对照实验，观察其不同的免疫反应。三、基础能力测试1炭疽热是由碳疽芽孢杆菌引起的，它可引起动物组织水肿，粘膜出血造成死亡。法国著名科学家巴斯德在研究牲口炭疽病时进行了如下实验：把实验绵羊用毒性已削弱的炭疽芽孢杆菌制剂注射，这些绵羊感染后没有发病。四天后，对实验绵羊注射毒性很强的炭疽芽孢杆菌制剂，经过一段时间看，实验绵羊全部正常生活。本实验的结论是：实验绵羊获得了免疫力。请回答以下问题：(1)实验绵羊在第二次注射炭疽芽抱杆菌后没有发病，其原理
15、是绵羊体内产生了相应的抗体，从而获得免疫力，这属于 免疫。毒性极弱的炭疽芽孢杆菌进入绵羊体内作为抗原起作用，使其体内产生了具有免疫力的物质，请写出所有与该物质 产生有关的细胞名称 (2)我们认为仅用该实验过程还不足以严密论证以上结论，请在上述实 验的基础上补充相应的实验设计原则、步骤、预测结果。实验设计原则：操作步骤：预测结果：2大气污染物可普遍引起植物中游离脯氨酸含量的变化，并认为这是植物受环境影响的一种生理反应和细胞结构及功能受损的表现。酸雨对植物脯氨酸的变化和危害的关系如何呢?某小组在老师的协助下，制定了课题研究的初步计划并进行下述实验过程。一、材料与方法本研究的供试植物为伯乐树、翅荚木
16、、香椿、刺槐。种子首先进行消毒与育苗，当苗木生长到一定高度后，选取生长好和长势相近的苗木移至适宜的培养钵或木箱中栽培，按常规盆栽方法管理，经 20 天左右的缓 苗期，分别用pH=5、pH=3、pH=2 的硫酸型人工模拟酸雨进行喷洒处理，每天喷洒五次，每次以喷湿为准，每次喷洒量约为 500mL，重复 79 次。每次喷洒前观察和调查植株生长和受害情况，并分别收集和统计落叶，对脯氨酸含量进行测定。二、试验结果1叶片脯氨酸含量的变化，随酸雨 pH 下降而递增，酸雨 pH 越低，脯氨酸增加的幅度越大。当 pH 为 2 时，伯乐村、翅荚木、香椿、刺槐的增加幅度分别为 131.4%、126.1%、124.5
17、%和99.1%。2根系脯氨酸含量的变化与叶相反，随酸雨 pH 下降而递减，当出为 2 时，其减少幅度在 3一 8之间。三、分析并回答：(1)该实验为 性实验(探索性或验证性)(2)从实验结果看该实验方法中还应增设何种处理 (3)若要得出叶中脯氨酸含量的变化与 危害的关系，实验中还应增加叶的危害程度这一指标，叶的危害程度可以用 作为指标。(4)由实验结果可以得出：叶片脯氨酸随酸雨 pH 下降而递增，根系则相反，这说明 叶中脯氨酸增幅的比例不同说明 3.为验证光合作用能释放氧气，某同学在互联网上查到了一种指示剂焦性没食子酸，该指示剂在碱性环境下遇氧会由无色变为褐色。该同学利用焦性没食子酸设计了如下
18、一组实验。具体步骤为：1 2 3 4(1)在 4 只 500mL 的平底烧瓶中分别装入煮沸的蒸馏水 300mL，冷却后，滴几滴植物油，在水面上形成一层油膜，并编号；(2)通过油膜向 1、3、4 号烧瓶中加等量的 NaHCO3溶液；(3)通过油膜向 2、3、4 号烧瓶中加入大小相似，生长状况相同的金鱼藻枝条，用黑纸将 3 号瓶包住，把 4 个烧瓶放在光下照射 30 分钟；(4)取一支试管，加 5mL 煮沸的蒸馏水， 冷却后向试管内加极少量的焦性没食子酸；(备用) (5)最后向每一烧瓶中先加人 1mL 1%的 NaOH 溶液，再加入 1mL 新配制的焦性没食子酸溶液，加煮沸冷却的蒸馏水至 500m
19、L，立即观察颜色变化。问题：(1)能立即变为褐色的是 号瓶，原因是 ；(2)设置 1 号瓶的作用是 ，它可说明 ；(3)实验中蒸馏水煮沸后冷却使用的原因是 ，油膜的作用是 ；(4)3 号瓶的实验结果与 号瓶组合可说明 ；(5)本实验中只 需 号瓶，就可说明光合作用可释放氧气。4.下图所示的实验装置是用来研究碳酸氢钠溶液的浓度对光合作用速率的影响。实验结果如下：叙述和解释当二氧化碳浓度增加时光合作用速率的变化(每分钟产生气体的长度)。0%到 0.4%0.4%到 0.6%叙述并解释当 NaHCO3浓度维持恒定时，放一些水蚤在气瓶中对产气速率的影响。本实验用蒸馏水做对照，你能否提出更好的对照？四、潜
20、能挑战测试5.某生物学兴趣小组在研究 性学习中发现：饲养的实验小白鼠群体中，一对正常尾的双亲鼠生了一只短尾的雄鼠。怎样判断这只短尾的雄鼠的产生，是基因突变的直接结果，还是由于它的双亲都是隐性短尾基因的携带者造成的？若只考虑常染色体遗传，探究如下：细菌数目的对数A B C D E F G H I细菌数目的对数提出假设假设：双亲都是隐性短尾基因的携带者假设：短尾的雄鼠为隐性突变假设：短尾的雄鼠为显性突变设计实验：将这对正常尾的双亲中雌鼠与短尾的雄鼠交配，观察其子代尾的表现型实验结果：子代出现正常尾的鼠和短尾的鼠结论：双亲都是隐性短尾基因的携带者你对此实验方案有何评价？若有缺陷，请指出并改正或补充。
21、6.某生物学兴趣小组开展“不同浓度生长素类似物对种 子萌发和幼苗生长的影响”的课题研究，老师已经为他们准备了生长素类似物的浓溶液和萝卜种子，假如你是其中的一员，请回答：(1)要测定生长素类似物对种子萌发和幼苗生长的影响，你可以采用的测定指标是 、 等(2)做该实验时，如何设置对照组? (3)设计一张表格，用于实验时记录数据。7.香蕉皮在冰箱内冷藏（4）情况比在常温下发黑得更快。研究表明，这是一种氧化反应：香蕉表皮细胞液泡内的酚胺类物质(如多巴胺)溢出液泡，与同样处在细胞内的氧化酶(多酚氧化酶)相遇，这样多巴胺就被大气 中的氧气氧化，形成棕黑色的聚合物。那么，为什么它在冷藏条件下该氧化反应反而进
22、行得更为迅速呢?某同学提出如下假设：低温能加速香蕉的氧化反应。（1）您认为该同学的假设合理吗？为什么？（2）您能提出一种更合理的假设吗？试设计实验证明之并作出结果预测。（3）根据您的实验结论，您认为在商业化贮藏中，应当怎样科学地储藏热带及温带水果？五、标答与点拨1(1)特异性 吞噬细胞、B 细胞、T 细胞、效应 B 细胞 (2)对照原则 将未免疫的绵羊同时注射毒性极强的炭疽芽抱杆菌 未免疫的绵羊全部死亡2(1)探索性 (2)以 pH=7 左右作为对照组，与其它三组同时喷洒处理 (3)脱落叶率或叶颜色变化程度(凡符合实际且能说明叶的危害程度的指标均可) (4)同一植物不同器官对酸雨的反应不同不同
23、植物同一器官对酸雨的反应不同3(1)4 号 光合作用生成氧气，在碱性环境中，使焦性没食子酸变褐色 (2)对照 光照不会使焦性没食子酸变色 (3)除去溶于水中的氧防止瓶中气体与瓶外气体的交换 (4)4 号或 2 号 光照是光合作用的必需条件或 CO2是合作用的必需条件 (5)3 号和 4 号 (本题考查光合作用的原料、条件和产物，主要测试运用生物学知识分析生命现象的能力，同时测试对照实验的设计能力。此外，题目指出从互联网 上获取材料信息，具有研究性学习的导向功能)4当二氧化碳浓度增加时，光合作用速率快速提高，为光合作用提供充足的二氧化碳，光合作用所需要的其他因素(如光和温度)不受限制 光合作用速
24、率有微小的增加，然后维持恒定，这是因为一些 其他因素(如光、温度 )受限制产气速率增加。水蚤呼吸时释放二氧化碳，增加水中二氧化碳的浓度，从而提高光合作用的速率依乐藻放在蒸馏水中(无 NaHCO3)5该实验方案有缺陷，假设应有 4 种，即：若为假设，即双亲都是隐性短 尾基因的携带者，则 Aa(正常尾)aa(短尾)1/2Aa(正常尾)+1/2aa(短尾)；若为假设，即短尾的雄鼠为隐性突变，则 AA(正常尾) aa(短尾 )Aa(正常尾)；若为假设 ，即短尾的雄鼠为显性突变，且短尾的雄鼠为显性纯合子 AA，则 aa(正常尾)AA(短尾)Aa(短尾)；若为假设，即短尾的雄鼠为显性突变，且短尾 的雄鼠为
25、杂合子 Aa，则 aa(正常尾)Aa( 短尾)1/2Aa(短尾)+1/2aa(正常尾)可见，原实验方案不能区分假设和假设，补充实验操作如下：将该短尾的雄鼠与短尾的雌鼠交配，若子代全为短尾鼠，证明双亲都是隐性短尾基因的携带者；若子代出现正常尾鼠及短尾鼠，证明为短尾的雄鼠为显性突变，且短尾的雄鼠为杂合子 Aa6(1)种子发芽率 幼根长度(或其它合理答案) (2)不同浓度生长素类似物的实验组以及蒸馏水相互对照(3)表格如下：不同浓度的生长素类似物溶液种子发芽率幼根长度浓度 1浓度 2浓度 3 来源:Z_xx_k.Com蒸馏水(对照)7 （1） 不合理。香蕉皮发黑的确是一个氧化的过程。它是由低温引起的
26、，但低温本身并不能加速香蕉的氧化反应 （2 ）假设：低温引起的液泡膜结构破坏 实验设计如下： 取新鲜程度 1相同的 3 片香蕉皮放入冷藏室、冷冻室、室温下各数小时 观察结果：放入冷藏室香蕉皮是黑 2色的（膜结构已被低温破坏，但在冷藏温度下是有催化作用的） ；放入冷冻室香蕉皮仍旧是黄色的（虽然膜结构早已被低温破坏得粉碎，但氧化酶在极低温下是没有催化作用的） ；放入室温下的香蕉皮仍旧是黄色的（膜结构未被破坏，氧化酶不能与酚胺类物质相遇而发生反应） （3）不同生物能根据它们通常所处的温度来调整其细胞膜结构的组成，以使它的膜结构能有适当的流动性（它们是通过改变膜脂质中的不饱和脂肪酸数量来实现这一调整的，如香蕉相对环境越冷，不饱和脂肪酸水平就越高，在某个特定温度膜结构流动性就越强） 。所以，对于热带、亚热带水果不宜冷冻贮藏；而诸如苹果、生梨这类温带水果却能在冷藏（接近零度）
