逍遥学能 2014-07-09 14:42
开放型实验设计是指具有明确的实验目的，但是答案具有不确定性或者条件不唯一或者解题方法多样的试题。这类试题常以基础知识为背景设计而成，要求学生自己选取相关的知识或方法来解答，主要考查学生的基础知识掌握程度、归纳推理能力和逆向思维能力。为加强对开放型试题的研究，现将这类试题分类剖析如下。
一、方法开放型
这种类型的试题要求学生根据题目所设条件和要求，寻找切合实际的多种解决问题的途径，变学生的单向思维为多向思维，从而考查学生的灵活性、流畅性和广阔性。
【例1】某些科研人员在农科站研究奶牛，发现牛厩中的苍蝇很多，影响了牛群的健康，人们用DDT溶液喷洒在牲口圈内和牛身上，DDT是一种杀虫剂，能杀死几乎所有苍蝇。但一周后，苍蝇的数目再次增加，工人再次喷洒DDT，得到类似于第一次喷洒的结果──多数苍蝇都死了，然后苍蝇的群体再次扩大，工人又一次喷洒DDT，经过4～5次重复喷洒后，DDT能杀死的苍蝇越来越少直至最后全无杀虫效果。
据此回答下列问题：
(1)有人认为可能是所使用的DDT本身失效了，请你提出一个方案检验这个假设。
(2)有人认为是DDT对苍蝇的抗药性差异进行了选择，是适者生存，不适者被淘汰，请你设计一个方案检验这个假设。
【解析】本题考查了达尔文的自然选择学说，在自然选择学说中：生存斗争是动力，遗传和变异是内因，选择是定向的，变异是不定向的，定向选择的最终结果是适者生存，不适者被淘汰。根据变异的不定向性，我们可知苍蝇的个体存在着抗药性的差异，有的抗药性强，有的抗药性弱，经过DDT处理进行选择，就把抗药性强的个体选育出来，这样一代一代地选择下去，苍蝇中就保留了具有强抗药性的个体。为了说明苍蝇对DDT的抗药性的差异是自然选择的结果，必须设计人工选择实验作为对照。在人工选择的实验中每一个家系设为两组，一组用DDT处理，观察苍蝇的抗药性，决定保留还是淘汰；另一组不做处理，用来证明抗药性的产生是生物在突变的基础上进行选择的结果，而不是因为使用了DDT的缘故。
由于DDT对苍蝇的长期选择，使苍蝇的抗药性越来越强，导致DDT无杀虫效果。为了说明DDT对苍蝇无效，不是DDT本身失效所致，我们可以通过对照实验加以证明，也可通过化学方法解决。
【答案】(1)方法1：用DDT在非实验区实验，看能不能杀死苍蝇。如果能杀死，证明DDT没有失效；如果不能杀死，证明DDT失效。
方法2：用化学方法分析DDT的化学成分，看是否发生改变。若发生变化，说明DDT失效；若未发生改变，说明未失效。
(2)方案设计如下：
将苍蝇分成两组。
甲组：混合饲养，自由交配，每代都用DDT处理，并且逐渐加大剂量，培养lO代。
乙组：分成若干瓶，每瓶中放一对，并繁殖为一个家系。将每个家系平均分成两瓶，A瓶放DDT，B瓶不放DDT。若A瓶中苍蝇死亡率高，这个家系淘汰不要；若A瓶中苍蝇死亡率低，则将B瓶留下来，再一对一对分开，让其繁殖成若干家系，再按前法分成两瓶，并分别处理饲养，继续选留死亡率低又没有经过DDT处理的类型。每经过一次测试和选择，都增加DDT的剂量。如此经过l0次选择，比较甲、乙两组苍蝇的抗药性是否相同。若相同，可说明苍蝇是在突变的基础上经过自然选择产生了抗药性；若不相同，则说明不是DDT选择的结果。
【点评】本题借助达尔文的自然选择学说的知识，不仅考查了学生的设计实验方案，检验实验假设的能力。还以现实生活为背景，考查了学生分析实验原理，总结实验结论，设计对照实验的能力。
二、条件开放型
这种类型的试题具有明确的实验目的，根据学生的已有知识可找到多种解决问题的途径，要求学生选择其中部分条件设计实验方案。主要考查学生灵活运用所学知识解决新情境中新问题的能力。
【例2】某生物科技活动小组的同学想知道，夏日池塘的水滴中是否有生物生存，但找不到合适的方法。请你根据已学过的知识，利用实验室的条件，设计一个实验方案加以证明。
【解析】生物与非生物的区别是：生物具有6个基本特征，而非生物不具有这6个特征。夏天池塘的水滴中主要有单细胞的原生动物，因此必须借助显微镜制作临时装片观察，根据如下几点判断：(1)看是否对外界刺激产生反应；(2)在显微镜下看是否有细胞结构(在显微镜下能够看到细胞壁、细胞膜、细胞质中的叶绿体、细胞核等结构)；(3)看是否能够自主运动；(4)看是否进行分裂生殖。只要符合上述一种或几种条件都可判断生物的存在。
【答案】实验方案：(1)任取池塘中的一滴水制成临时装片；(2)用低倍显微镜观察视野中有无细胞结构、细胞分裂或某种物体的运动；(3)在装片的一侧滴加生理盐水，另一侧滴加清水，观察有无物体的定向运动。结论：(1)存在有细胞结构，能繁殖，能自主运动，能对刺激作出反应的某些特征，则判断有生物的生存；(2)不存在上述任何特征，则证明无生物生存。
【点评】本题通过设置具体的情境考查生物的基本特征，要求学生深入研究题目的内部联系，找出能够得到结论的各种条件。使学生“灵活运用”是这类试题突出的特点。
三、结论开放型
答案开放型试题从不同角度不同层面分析有不同的答案。既能考查学生对基础知识的掌握程度和灵活运用能力，又能考查学生知识的迁移和重组能力。
【例3】已知H2O2酶广泛存在于动物、植物组织中，它能催化H2O2的分解反应。锈铁钉上的Fe3＋也能催化H2O2的分解。现有新鲜的肝脏研磨液、锈铁钉、3％的H2O2溶液以及量筒、滴管、试管夹、三角架、试管若干、酒精灯、烧杯、剪刀。请用这些实验材料和用具设计实验来证明：肝脏研磨液中是否含有H2O2酶；若有，请用所给条件继续设计实验证明该酶的一种特性。
实验步骤：
第一步：取3支干净的试管，编号为A、B、C，各加入3mL 3％的H2O2溶液。
第二步：
实验现象：
实验结论：
【解析】本实验的原理是无机催化剂Fe3＋和H2O2酶都可以催化H2O2分解成水和氧。因此可以通过对照实验来证明肝脏研磨液中是否有H2O2酶。根据酶具有高效性、专一性和需要适宜的条件等特点。根据题目所提供的条件只能证明酶的高效性和酶的活性受温度的影响。①若证明酶的高效性。可在以上设计的基础上，比较A、B试管产生气泡的速度或冒气时间长短(短的是因为酶很快将H2O2分解完了)，即可证明酶的催化效率高于无机催化剂，具有催化的高效性。②若证明酶的活性受温度的影响，应在原实验步骤的基础上，另设一个对照组D组，在D组试管中加入煮沸的肝脏研磨液，比较A、D试管的反应速率，足以证明酶在高温下失去活性，即酶的活性受温度的影响。
【答案】第二步：在A试管中加入少许新鲜的肝脏研磨液，在B试管中加入锈铁钉，C试管中不加任何物质(作为空白对照)。
实验现象：A试管中产生大量气泡，B试管中产生少量气泡，C试管中无反应。
实验结论：比较A、B、C 3支试管的反应情况，可说明肝脏研磨液中含有能催化H2O2分解的物质，即含有H2O2酶。
【点评】此题要求学生在证明肝脏研磨液中含H2O2酶的基础上，进一步设计实验探索酶的一种特性。根据题目提供的条件，结合所学知识可知答案有两个，只需学生设计出其中的一个即可。这种类型的开放题能够激发学生的思维，为教与学提供更大空间，也可以培养学生学习的主动性和创造性。