逍遥学能 2014-07-02 13:30
从近几年高考的全国理综生物试题来看，实验题作为考查学生的能力，每年必考，分值较大，是高考复课的重中之重。
1．实验组和对照组的确认
（1）举例：为了验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一直的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是：
①实验组 ②对照组 ③黑暗中培养 ④在光下培养 ⑤生长良好 ⑥生长不良
A． ②③⑤ B． ①③⑥ C． ①④⑤ D． ②④⑥
答案：B
自然状态（未加处理）的实验称为对照组；进行特定处理的实验称为实验组。怎样确认？
（2）条件控制原理（加法原理和减法原理）简介：
加法原理就是设法给研究对象施加干扰（添加条件），使研究对象在被激发状态中反映其某些特征。即，与常态相比，认为增加某种影响因素，这种添加控制组为实验组。
减法原理就是设法排除某种因素（减少条件）对研究对象的干扰，从而在比较纯粹的状态下反映对象。即，就是与常态相比，认为去除某种因素，这种去除控制组为实验组。
运用减法原理对上述实验可以做出解释：小麦在自然条件下总是要见光的，因此在黑暗中培养应为去除控制组，即为实验组；在光下培养应属于常态组，即对照组。
[练习-1] 1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一般曝光。经过一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，成功地证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。萨克斯对这个实验的设计具有严密的逻辑性，具体体现在（ ）
A．没有对照实验 B．本实验不需要设对照组
C．曝光处作为对照组 D．遮光处作为对照组
[解析]萨克斯所作的证明光合作用产生淀粉的实验：对天竺葵进行“饥饿”处理后，让叶片的一半曝光，一半遮光，过一段时间用碘蒸汽处理。首先应该对实验的常态做出判断。此实验在然状态下是有光照的，即有光照为常态，认为将光遮起来就是运用了减法原理，遮光为去除控制组，即为实验组；曝光组为常态组，即对照组。答案：C。
[练习-2] 为了解土壤微生物是否能分解农药，并尽快得出实验结论，有人用“敌草隆”（一中除草剂）进行了试验。取等量砂土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌，下列有关事项的叙述不正确的是（ ）
A．a组为对照组，b组为实验组
B．向a、b中喷入等量敌草隆，预计a组敌草隆含量不变
C．检测敌草隆消失的情况，预计a组敌草隆含量不变，b组的全部消失
D．只用砂土，实验效果不如几种典型土壤混合后的好
[解析]该题同样可以用减法原理来解释，为了解土壤微生物能否分解农药，首先确定常态，在自然情况下，土壤中是存在微生物的，存在微生物的即为常态。a组高压灭菌，运用的是减法原理。让土壤微生物处于缺失状态，是一种去除控制。A组为实验组；b组由微生物存在，是常态组，即对照组。答案为A。
区分实验组和对照组时，运用加法原理设计的试验，容易理解和确认。如“比较过氧化氢酶在不同条件下的分解”实验就是运用了加法原理。
2．高考实验设计题类型
（1）补充设计题
试题明确给出部分实验设计步骤，要求把其他步骤或原理补充完整。这类题型近几年出现频率最高。题干已提供较多信息，基本划定了答题模式，目的明确，前面的原理、方法、步骤等已为后续做答作了铺垫，只要明确变量，在分析有关的实验原理，结合题干信息，即可做出正确解答，难度较低。
例1：（2007重庆）甘薯和马铃薯都富含淀粉，但甘薯吃起来比马铃薯甜，为探究其原因，某兴趣小组以甘薯块茎为材料，在不同温度、其他条件相同的情况下处理30 min后，测定还原糖含量，结果表明马铃薯不含还原糖，甘薯的还原糖含量见下表：
处理温度（℃）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
甘薯还原糖含量(mg/g)
22．1
23．3
25．8
37．6
40．5
47．4
54．7
68．9
45．3
28．6
(1)由表可见，温度为70 ℃时甘薯还原糖含量最高，这是因为 。
(2)马铃薯不含还原糖的原因是 。
(3)为了确认马铃薯不含还原糖的原因，请完成以下实验：
实验原理：① ；
② 。
备选材料与用具：甘薯提取液(去淀粉和还原糖)，马铃薯提取液(去淀粉)，二苯胺试剂，斐林试剂，双缩脲试剂，质量分数为3%的淀粉溶液和质量分数为3%的蔗糖溶液等。
实验步骤：
第一步：取A、B两支试管，在A管中加入甘薯提取液，B管中加入等量的马铃薯提取液。
第二步：70℃水浴保温5 min后，在A、B两支试管中各加入 _________ 。
第三步：70℃水浴保温5 min后，在A、B两支试管中再各加入 _______ 。
第四步： ____________________________________ 。
实验结果： _________________________ 。
（4）马铃薯不含还原糖，但吃起来略带甜味，这是由于 的作用，食用马铃薯后消化分解成的葡萄糖，被小肠上皮细胞吸收后发生的代谢变化是 。
[解析]此实验是以教材“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”为蓝本，源于教材又高于教材，同时也结合了酶的有关知识，是一道基础性较强的综合题，旨在考察学生利用可本实验基础知识对新情景材料的分析和探究能力。
解答该题时要从整体把握，分析题目中所给的材料及相关的步骤，明确实验所要达到的目的，依据的原理。如：甘薯提取液（去淀粉和还原糖），马铃薯提取液（去淀粉）这2种材料是为了证明甘薯提取液中含有能将淀粉水解为还原糖的酶，马铃薯种不含有。再结合设计实验的基本原则，完善实验步骤及实验预设结果。
[答案] (1)还原糖的产生是酶作用的结果，酶具有最适温度。 (2)不含淀粉酶。 (3)实验原理：①淀粉酶水解淀粉产生还原糖；②还原糖与斐林试剂反应，产生砖红色沉淀。
实验步骤：
第二步：等量淀粉溶液
第三步：等量斐林试剂
第四步：沸水浴加热煮沸1-2 min
实验结果：A管砖红色，B管蓝色
(4)唾液淀粉酶 代谢变化是：氧化分解为CO2、H2O及释放能量；合成糖元(肝糖元、肌糖元)；转变成非糖物质(脂肪、某些非必需氨基酸)。
（2）全程设计题
试题明确给出或隐含相应的实验目的和原理，要求学生通过步骤的设计，验证或探究一个实验目的，得到相应的结果和结论。这类题出现频率也比较高，难度较大。要求学生除有严谨的科学态度外，还要能用课本所学知识来解决生活与生产中存在的现象、问题等，要求必须具备较高的实验能力。题目有一定的开放性，便于考生发挥个性特长。
例2：近期统计数据显示，癌症已经成为我国城乡居民的首要死因。请根据提供的材料回答问题：
（1）体外分别培养某癌细胞和正常体细胞，图中代表癌细胞生长曲线的是 。在体内，癌细胞可能侵袭周围正常组织，说明癌细胞具有 的特性。
（2）细胞癌变后，膜表面会出现一些不同于正常细胞的蛋白质，这些蛋白质会成为 ，引起机体的免疫应答，在应答中直接使癌细胞裂解的免疫细胞是 。
（3）端粒酶是与染色体末端结构相关的一种细胞组分。表中数据显示细胞癌变可能与端粒酶的活性有关，请完成下面的探究实验：
细胞类型
增殖代数
端粒酶活性
正常体细胞
50～60
无
癌细胞
无限
有
实验目的：探究端粒酶与细胞癌变的关系。
实验材料：癌细胞、端粒酶抑制剂、细胞培养液等。
实验步骤：
①____________________________________________________________。
②____________________________________________________________。
③____________________________________________________________。
结果预测及分析：______________________________________________________。
（4）请根据上述内容，提出一种治疗癌症的新思路：_________________。
[解析]课题研究是新课改的一项特色，要求会制定课题研究的计划和方案，并按照计划和方案独立完成或协作完成研究任务。该题主要考察细胞癌变、免疫等有关知识和实验设计能力。解答时要注意对照原则，而且由于是探究实验，要对实验结果及结论进行分类讨论。一个完整的课题研究方案应包括研究目的、内容、方法、形式、结论和研究报告等。该课题已经提供了细胞癌变、免疫等相关信息，降低了题目的难度，只要从题目中获取有关信息，把握好设计的基本方法即可。“能够对一些生物学问题进行初步的探究性研究，并制定课题的研究方案”是高考能力考察的高层次要求，也应该成为高考命题的重要题型之一。
[答案]（1） a 扩（分）散转移 （2） 抗原 效应T细胞
（3）实验步骤：①将癌细胞分成A、B两组。②A组加入端粒酶抑制剂，B组不加，进行培养。③记录并比较A、B两组的增殖代数（分裂次数）。结果预测及分析：A组比B组增殖代数减少，说明端粒酶与细胞癌变（连续分裂）有关；A组仍然无限增殖，说明端粒酶与细胞癌变（连续分裂）无关。（4）抑制癌细胞中端粒酶的活性（或抑制细胞分裂）或免疫治疗（输入淋巴因子、DNA疫苗）。
（3）设计改错题
试题明确给出了实验的目的、原理和设计步骤，要求把步骤中的错误之处指出来并加以改正。主要考察是否具备验证简单生物事实的能力，并能对实验现象、结果解释和分析以及理解探索性实验的一般方法的能力。试题中既有合理成分，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基础上，提出自己的实验设计思路。表面上是考察对实验设计的分析与评价能力，是只是全面检测设计生物学实验方案的能力。
例3：为证明“唾液淀粉酶对淀粉有消化作用”，某同学制定了下列实验方案。
1）实验目的（略）。
2）实验材料和用具（略）。
3）实验方法和步骤：
①取2支试管，编号为A和B，各注入2mL浆糊。
②用凉开水漱口后，用小烧杯收集唾液。
③向A试管内加入2mL唾液。
④向2支试管中各滴加2滴碘液。
⑤将2支试管振荡后放在37℃水中恒温10min，同时取出2支试管，观察试管内溶液颜色的变化。
3） 结论：唾液中含有淀粉酶，能将淀粉分解为麦芽糖。
该实验的方法和步骤以及结论有没有错误？如果有请指出并改正。
[解析]该题型是对“探究影响酶活性的条件”这一实验的延伸和重要补充。
[答案]实验方法和步骤中的错误：第③步应在B试管中加入2Ml清水；第④步和第⑤步应作对调，以排除碘液对淀粉分解的影响。结论错误：本实验只能证明唾液对淀粉的分解作用，但不能证明具体分解后的产物是什么。
3．高考实验题的解题思路
（1）了解题目要求；
（2）明确实验目的；
（3）分析实验原理；
（4）确定实验思路；
（5）设计实验步骤；
（6）预期结果和得出结论。
口诀：分组编号设对照，确定方法选材料，控制变量定常量，观察记录找指标。
例4：将青蛙脑破坏保留脊髓，在脊柱下部打开脊椎骨，剥离出脊髓一侧的一对脊神经根（包含一个脊神经根和一个腹根，见图）。分别电刺激背根与腹根均可引起蛙同侧后肢发生运动反应。已知背根含有传入神经，腹根含有传出神经，背根和腹根合并成脊神经。请根据上述提供的实验材料（实验用具自选）设计实验步骤，并预测实验结果，以分别验证背根具有传入功能，腹根具有传出功能。
[解析]该题目要求设计实验步骤和预测实验结果，实验目的是验证背根、腹根功能，实验原理在题目中以信息形式给出：分别电刺激背根与腹根均可引起蛙同侧后肢发生运动反应；背根含有传入神经，腹根含有传出神经。我们知道：传入神经的功能是将感受器发生的神经冲动传至神经中枢；传出神经的功能是将神经中枢发出的冲动传至效应器。如果剪断背根或者腹根后，传导将受阻，电刺激其外周段和向中段，肌肉就会有不同的反应。有了以上思路就可以设计出相应的实验步骤。
[答案]实验步骤1：在背根中央处剪断（或用麻醉药阻断），分别电刺激背根向中段、外周段，观察蛙后肢是否发生运动反应。 预期结果：电刺激背根向中段发生蛙后肢运动反应；电刺激背根外周段不发生反应，说明背根具有传入功能。
实验步骤2：在腹根中央处剪断（或用麻醉药阻断），分别电刺激腹根向中段、外周段，观察蛙后肢是否发生运动反应。 预期结果：电刺激腹根向中段不发生反应，电刺激腹根外周段应发生蛙后肢运动反应，说明腹根具有传出功能。
例5．构成细胞的生物膜是选择透过性膜，其特点是水分子可以自由通过，被选择的小分子和离子可以通过，不被选择的小分子和离子及大分子物质不能通过。请根据提供的实验材料和用具，简要写出第2步及以后的实验步骤和实验结果，验证细胞膜的选择透过性的功能。
实验材料和用具：新鲜的红色康乃馨、烧杯、玻璃铅笔、质量分数为15%的盐酸、清水、量筒。
实验步骤：
第1步：选取2只大小相同的烧杯，并用玻璃铅笔分别标为A和B。
第2步：_________________________________________________。
第3步：_________________________________________________。
实验结果：_______________________________________________。
[解析]实验目的是验证细胞膜具有选择透过性，原理是选择透过性。实验思路，首先分析选择透过性的含义是水可以自由通过，要选择吸收的离子和小分子可以通过，而其他的离子、小分子和大分子不能通过；其次题目提供的是具有色素的活细胞，色素为大分子不能通过细胞膜，本实验的思路应该以色素能不能从细胞中出来作为细胞膜是否具有选择透过性的标志。
[答案] 第2步：在A烧杯中加入一定量的15%的盐酸，在B烧杯中加入等量清水。
第3步：选取等量的红色康乃馨花瓣，分别放入A、B烧杯中，经过一段时间后，观察颜色的变化。
实验结果：A烧杯中的花瓣颜色逐渐褪去，溶液变红；B烧杯中的花瓣仍为红色，溶液为无色。