探究性生物學實驗的幾類題型例析

近幾年高考生物學實驗，由于探究性實驗更能全面考查學生的知識儲備與科學素養(yǎng)，因而受高考命題者青睞，下面?zhèn)戎鼐透呖贾械摹皩嶒炋骄俊钡膸追N常見類型作例析。

1 分析——結(jié)論型

該題型的特點是試題給出實驗的目的、方法和過程，側(cè)重于考查學生對實驗過程的觀察與理解、對實驗現(xiàn)象的解釋和分析以及對實驗結(jié)論的歸納與總結(jié)能力。

【例1】 （2005年全國卷Ⅰ）將小麥種子分別置于20 ℃和30 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 d，依次取等量的萌發(fā)種子分別制成提取液I和提取液Ⅱ。取3支試管甲、乙、丙，分別加入等量的淀粉液，然后按圖1加入等量的提取液和蒸餾水，45 ℃水浴保溫5 min，立即在3支試管中加人等量斐林試劑并煮沸2 min，搖勻觀察試管中的顏色。結(jié)果是（）

A. 甲呈藍色，乙呈磚紅色，丙呈無色

B. 甲呈無色，乙呈磚紅色，丙呈藍色

C. 甲、乙皆呈藍色，丙呈磚紅色

D. 甲呈淺磚紅色，乙呈磚紅色，丙呈藍色

本題要求根據(jù)實驗的操作，對實驗的結(jié)果進行預期，綜合地考查了考生的實驗能力、思維能力以及相關(guān)基礎知識。對實驗結(jié)果預期的基本思路是：溫度→種子萌發(fā)過程中成分變化→對淀粉分解的影響→顯色反應。需要作出的判斷是：30 ℃更有助于種子的萌發(fā)；種子萌發(fā)過程中淀粉等儲備的能源物質(zhì)將被水解后用于呼吸作用，淀粉的水解需要淀粉酶；淀粉分解后的麥芽糖是一種還原性糖，與斐林試劑反應會生成磚紅色的沉淀。

【例2】 （2002年上海市高考試題）小麥籽粒成熟過程中積累的糖類，主要是依靠穗下第一張葉片（旗葉）的光合作用供給的。有人做了這樣一個實驗（圖2），將旗葉包在一透明的袋中，袋中始終保持25 ℃及充足的CO₂，在旗葉基部安裝一個可調(diào)節(jié)溫度的套環(huán)。實驗開始時，套環(huán)溫度調(diào)節(jié)到20 ℃，測定30 min內(nèi)透明袋中的CO₂吸收量、葉片水分散失最。然后將基部套環(huán)溫度調(diào)節(jié)到5 ℃時，發(fā)現(xiàn)葡萄糖從旗葉向穗運輸?shù)倪^程被抑制，繼續(xù)測定30 min內(nèi)透明袋中的CO₂吸收量、葉片水分散失量，測得的結(jié)果如圖所示。請據(jù)圖3回答：

（1）葉片基部溫度變化對袋內(nèi)葉片蒸騰作用有無影響？____________ 。

（2）葉片基部處于低溫（5 ℃）狀態(tài)時，后30 min，CO₂的吸收速率下降與葉片氣孔開閉狀態(tài)是否有關(guān)？________________________。理由是____________；CO₂的吸收速率下降的主要原因是__________________。

解析：本題為實驗分析類試題，題目給出實驗步驟、實驗結(jié)果，重點考查考生對實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果作出正確解釋的能力。同時還考查植物的蒸騰作用、光合作用、植物體內(nèi)有機物運輸及化學平衡有關(guān)知識。在整個實驗過程中葉片水分散失量始終保持不變，所以葉片基部溫度變化對袋內(nèi)葉片蒸騰作用無影響。同理，在前后30 min內(nèi)的水分散失量不變，說明氣孔開閉狀況也不變，因此實驗后30 min，CO₂的吸收速率下降與葉片氣孔開閉狀態(tài)無關(guān)。分析CO₂吸收速率下降原因的關(guān)鍵是題干中“將基部套環(huán)溫度調(diào)節(jié)到5 ℃時，發(fā)現(xiàn)葡萄糖從旗葉向穗運輸?shù)倪^程被抑制”這一信息，結(jié)合化學中反應平衡相關(guān)知識，可得出由于葡萄糖向穗的輸送被抑制，導致葉片中光合作用產(chǎn)物（葡萄糖）量增加，使光合作用有關(guān)反應速度下降，光合作用過程受到抑制，所以CO₂吸收率下降。

答案：（1） 無

（2） 無關(guān)，氣孔關(guān)閉與葉片水分散失有關(guān)，在前后30 min內(nèi)的水分散失量不變，說明氣孔開閉狀況也不變。葡萄糖向穗的輸送被抑制，葉片中葡萄糖量增加，使光合作用過程受到抑制，所以CO₂吸收量下降。

2 設計——預測型

該題型的特點是試題列出生物科學的結(jié)論、事實，要求考生選用適當?shù)膶嶒灢牧希罁?jù)科學的實驗原則，設計合理的實驗步驟，驗證生物科學的結(jié)論、事實，對實驗可能的結(jié)果作出預測，并對預測的結(jié)果進行解釋和分析，推理出實驗的結(jié)論，側(cè)重于對考生推理能力的考查。

【例3】 一項研究發(fā)現(xiàn)，某植物根系對某營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，在一定濃度范圍內(nèi)，該植物根系對該物質(zhì)的吸收速率隨濃度增加而增加，當達到一定點后吸收速率不再增加。有人認為這種現(xiàn)象可表明該植物根系對該物質(zhì)的吸收方式為主動吸收，也有人認為是被動吸收。請設計一個實驗加以確定。

（1） 設計實驗步驟。

（2） 預測實驗結(jié)果并分析。

解析：考查的是初步探究的能力（包括確認變量、作出假設和預期、設計可行的研究方案、處理和解釋數(shù)據(jù)、根據(jù)數(shù)據(jù)作出合理的判斷等）。在確定實驗步驟時，要特別注意變量一定要單一，要排除其他干擾變量。實驗包括驗證性實驗和探究性實驗2種，驗證性實驗的結(jié)果結(jié)論是確定的，探究性實驗的結(jié)論是不確定的，結(jié)論與變量之間的關(guān)系一般是正相關(guān)、負相關(guān)、零相關(guān)3種，在做探究性實驗的結(jié)論時，一般從這有一個方面來考慮就行了。

答案：（1） ① 取甲、乙2組生長發(fā)育相同的植株，放入適宜濃度的含有該營養(yǎng)物質(zhì)的溶液中；② 甲組的根系給正常的呼吸條件，乙組的根系完全抑制呼吸，其他重要條件相同；③ 一段時間后測定2組植物根系對該物質(zhì)的吸收速率。

（2） ① 若2組植株的根系對該物質(zhì)的吸收速率一樣，說明該植物的根系對該物質(zhì)不是主動吸收；② 若乙吸收速率明顯小于甲組吸收速率，或者完全不吸收，說明植物根系對該物質(zhì)是主動吸收。

3 問題——假設型

該題型的特點是試題陳述生產(chǎn)和生活中的一些生物學問題，要求考生提出合理的假設，選用恰當?shù)姆椒炞C或解釋提出的假設，并根據(jù)提出的假設作出合理的預測。此類題型重在考查學生提出問題、解決問題的探究能力，是近年來實驗考查的主力題型。從命題技術(shù)上看，這類題型是開放性的好題。

【例4】 植物具有向重力生長的特性，下列是研究根向重力生長機理的兩個實驗。

實驗一：將空白瓊脂和含EDTA的瓊脂做成帽狀，分別套在甲、乙兩組玉米胚根的根冠外。（示意圖如圖4）。提示：EDTA的作用是去除與其臨接部位的Ca²⁺。

將胚根水平放置培養(yǎng)一定時間后，觀察到甲組胚根向重力（下）生長，乙組胚根水平生長。

根據(jù)上述實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論：______。

實驗二：水平放置的胚根彎曲向下生長，與根冠近地側(cè)的Ca²⁺濃度明顯高于遠地側(cè)有關(guān)。

研究表明，根總是朝著Ca²⁺濃度高的方向彎曲生長。為驗證這一結(jié)論，有人設計了下列實驗方案。請根據(jù)提供的實驗材料和用具，寫出第二步及以后的實驗步驟和實驗結(jié)果，并回答問題。

（1） 實驗材料和用具：胚根等長的萌發(fā)玉米種子，含EDTA的瓊脂帽，含Ca²⁺的瓊脂塊，空白瓊脂塊，培養(yǎng)皿等。

（2） 實驗步驟：

第一步：取若干個培養(yǎng)皿，在每個培養(yǎng)皿中放置適量的萌發(fā)玉米種子，按實驗一中乙組的方法處胚根一定時間后，移去根冠外的瓊脂帽。

第二步：

（3） 實驗結(jié)果：____________。

（4） 科學家進一步證實，根冠中生長素的分布受 Ca2+濃度影響，當胚根水平放置時，重力誘導Ca2+向根冠下側(cè)移動，導致近地側(cè)的生長素濃度比遠地側(cè)高。請分析胚根的生長素分布與向重力生長的關(guān)系：

____________ 。

解析：本題要求根據(jù)實驗現(xiàn)象作出假設，然后對自己作出的假設進行驗證。考查植物的向性運動。本題重在研究Ca^2＋、生長素分布與作用原理。

首先要搞清楚已知的試驗一中甲、乙兩組的試驗不同條件和引起的不同現(xiàn)象。甲組沒有改變胚根的任何物質(zhì)（比如Ca^2＋）的含量和分布，胚根向重力（下）生長；乙組中含EDTA的瓊脂帽除去了胚根尖端周圍與之臨接部位的Ca^2＋，胚根水平生長，由此可知胚根向重力生長與否與胚根尖端Ca^2＋分布和含量有關(guān)。

其次，根據(jù)題目要求由已知的結(jié)論要做論證試驗，必須注意試驗所用材料、用具的選擇及設計過程中對比試驗的作用。已知水平放置的胚根彎曲向下生長與根冠近地側(cè)的Ca^2＋濃度明顯高于遠地側(cè)有關(guān)，研究表明根總是朝著Ca^2＋濃度高的方向彎曲生長。那么可以設計一個試驗，制造出兩側(cè)不同Ca^2＋濃度的材料根，并且要對照即兩側(cè)濃度仍相同的情況。好在需要突破的是對于未處理的相同胚芽鞘而言，可能其根冠均有Ca^2＋分布，這會造成試驗的誤差與結(jié)論的錯誤，試驗第一步已經(jīng)處理了，就是所有的胚根都用含EDTA的瓊脂帽處理胚根，去除根冠周圍的Ca^2＋。

接著設置對照組，所以第二步：將培養(yǎng)皿均分成2組，編號為A組和B組，在A組的胚根上方放一個空白瓊脂塊（仍保持兩側(cè)Ca^2＋濃度一致），在B組的胚根上方放一個含Ca^2＋的瓊脂塊（使上側(cè)遠地側(cè)Ca^2＋濃度高于近地側(cè)）。最后將胚根水平放置培養(yǎng)一段時間，觀察胚根的生長方向。

試驗結(jié)果預測的是：A組胚根仍水平生長，B組已彎曲向上生長。此時應該注意的是所得結(jié)果應該符合需要論證的試驗結(jié)果。否則試驗失敗。這就是論證性研究試驗與在不知結(jié)論情況下做的研究試驗的不同處了。前者要符合已知結(jié)論才能算試驗的成功，后者則是不定向的，據(jù)正確的試驗過程所得結(jié)果而定。

最后，把生長素與Ca^2＋關(guān)聯(lián)起來就要注意了。生長素的作用具有雙重性，即在一定范圍內(nèi)隨著生長素濃度的升高，表現(xiàn)出促進植物生長，超過這個濃度則抑止生長。植物的不同部位生長素作用的最適濃度不同（根所要求的最適濃度10-10 mol/L，莖要求的最適濃度10－4 mol/L）由上胚根水平放置時，重力誘導Ca^2＋向根冠下側(cè)移動，導致胚根近地側(cè)生長素濃度比遠地側(cè)高，則可以得出胚根的生長素分布與向重力生長的關(guān)系簡述如下：生長素對根生長的作用具有兩重性，低濃度生長素可促進生長，高濃度則抑止生長。對根來說，生長素的最適濃度低，近地側(cè)的生長素濃度過高，生長慢；遠地側(cè)的生長素濃度較低，生長快，因而胚根彎曲向下生長。

本題答案見解析。

4 評價——修正型

該題型的特點是試題給出實驗的目的，列出一些實驗設計的基本思路，考生通過對試題給出的實驗思路進行分析，評價能否達到實驗的目的，考查了學生的科學思維的能力和判斷推理能力；同時要求考生結(jié)合自己的評價，對錯誤的實驗設計加以修正，提出恰當合理的實驗思路，是一類較為簡單的題型。

【例5】 （2004年春季北京市高考試題）為了研究胰腺的胰液分泌調(diào)節(jié)，某人從實驗狗甲的一段小腸刮下黏膜，將該黏膜放入稀鹽酸中浸泡，把過濾后的提取液注入實驗狗乙的靜脈，結(jié)果引起實驗狗乙的胰液大量分泌，并由此得出“小腸黏膜中存在促進胰液分泌的某種物質(zhì)”的結(jié)論。分析這一實驗與結(jié)論，回答下列問題：

僅根據(jù)上述實驗能否得出該結(jié)論，為什么？

解析：本題通過對實驗設計方案的分析與評價，考查學生對于實驗設計原則的理解與掌握。在科學實驗中，對照是基本的原則，通過對照排除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，使實驗變量成為單一變量，從而才能得出實驗結(jié)論。本實驗中，大量分泌胰液的原因是注射了用鹽酸浸泡過小腸黏膜提取液，那么到底是小腸黏膜中物質(zhì)的作用還是鹽酸的作用呢？顯然本實驗是無法給出答案的，因此必須添加對照實驗，以排除鹽酸對狗分泌胰液的影響。

答案：不能。缺少對照實驗，未排除稀鹽酸的作用。

5 模仿——創(chuàng)新型

該題型的特點是試題先進行原型示范和具體指導，考生從考試的過程中獲得能力的提升，考查考生嘗試、模仿已有實驗的操作，作進一步創(chuàng)新設計，這類題型增強了實驗技能性目標的考查，體現(xiàn)了終生學習的理念。基于課文實驗的創(chuàng)新為備考的重點。

【例6】 植物開花受開花激素的影響。圖5所示光周期（日照長短）誘導植物開花激素的產(chǎn)生以及影響開花的實驗。圖中植物去掉了頂端的全部葉子，A、D植株分別接受長日照、短日照；B、C植株方框內(nèi)為受短日照處理的部位。

（1） 對照實驗A、D可說明該植物屬于 （長日植物、短日植物）______。

（2） 根據(jù)B、C實驗，填寫表1的有關(guān)內(nèi)容：

（3） 根據(jù)以上所有實驗得出的結(jié)論:______ ____________。

（4） 借鑒“生長素的發(fā)現(xiàn)”的科學實驗方法，設計一個簡單的模擬實驗，證明B株產(chǎn)生的開花激素可使A株條件下的同種植物開花：

第一步：切取一小段B株帶葉枝條放置在瓊脂塊上一段時間；

第二步；____________ 。

預期結(jié)果：____________ 。

對照實驗：____________ 。

預期結(jié)果：____________ 。

解析：A植株接受長日照不開花，D植株受短日照開花，可說明該植物是短日照植物。B株下部的葉子接受短日照開花，C植株的頂端接受短日照不開花，這表明短日照和長日照對花芽的分化不產(chǎn)生直接的影響，只有通過葉子才能影響芽的分化，是葉子接受了短日照刺激后產(chǎn)生了開花激素，從葉運輸?shù)窖慷寡糠只癁榛ㄑ浚Y(jié)果B株開了花。

借鑒“生長素的發(fā)現(xiàn)”的科學實驗方法，主要是借鑒其發(fā)現(xiàn)過程中利用瓊脂等材料來設計對照實驗。

答案：（1） 短日植物

（2）

（3） 短日照誘導該植物的葉產(chǎn)生開花激素促進其開花

（4） 第二步；A株光照條件不變，剪掉部分葉的葉片，并在葉柄切口上放置上述瓊脂塊

預期結(jié)果：A株植物開花。

對照實驗：另取一株與A株條件、大小和長勢相同的同種植物植株，剪掉部分葉的葉片，并在葉柄切口上放置未經(jīng)處理的瓊脂塊。

預期結(jié)果：不開花。

【例7】 為了驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗，請用所提供的實驗材料與用具，在給出的實驗步驟和預測實驗結(jié)果的基礎上，繼續(xù)完成實驗步驟的設計和預測實驗結(jié)果，并對你的預測結(jié)果進行分析。

實驗材料與用具：煙草幼苗、試管2支、蒸餾水、NaHCO₃稀溶液（為光合作用提供原料）、真空泵、暗培養(yǎng)箱、日光燈（實驗過程中光照和溫度條件適宜，空氣中O₂和CO₂在水中的溶解度及無氧呼吸忽略不計）。

實驗步驟和預測實驗結(jié)果：

（1） 剪取兩小塊相同的煙草葉片，分別放入盛有等量蒸餾水和NaHCO₃稀溶液的兩支試管中。此時，葉片均浮在液面上。

（2） 用真空泵抽去2支試管內(nèi)液體中和葉肉細胞間隙中的氣體后，敞開試管口，可觀察到葉片均下沉到試管底部。

（3）________________________。

分析預測的結(jié)果：____________ 。

解析：本題要求考生在提示的基礎上進行創(chuàng)新。考查綠色植物在光下進行光合作用吸CO₂放O₂；在暗處只進行呼吸作用吸O₂放CO₂，以及生物學實驗的基本技能（如“明確實驗目的”、“理解實驗原理”、“確認實驗變量”、“平衡干擾變量”、“實驗結(jié)果的預期與分析”等）。這道題的實驗目的是“驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗”，從題給實驗條件可知，NaHCO₃稀溶液平衡了葉片生理過程中的CO₂，實際上只要考慮O₂的變化。在光下盛NaHCO₃稀溶液的試管，葉片進行光合作用放出O₂，葉片上浮，盛蒸餾水的試管，葉片不能進行光合作用仍在試管底部；暗培養(yǎng)箱中NaHCO₃稀溶液中的葉片進行呼吸作用，消耗了葉肉細胞間隙中的O₂，放出CO₂溶于NaHCO₃稀溶液中，葉肉細胞間隙缺乏氣體，葉片下沉。蒸餾水中缺乏O₂，葉片不能進行有氧呼吸，葉肉細胞間隙仍缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部。

答案：步驟:（3） 將這2支試管放在日光燈下，照光一段時間。結(jié)果：NaHCO₃稀溶液中的葉片上浮，蒸餾水中的葉片仍在試管底部。

（4） 再將這2支試管放在培養(yǎng)箱中一段時間。結(jié)果：NaHCO₃稀溶液中的葉片下沉，蒸餾水中的葉片仍在試管底部。

分析預測的結(jié)果：

（1） 光照下，NaHCO₃稀溶液中的葉片進行光合作用，釋放出的O₂多于呼吸作用消耗的O₂，葉肉細胞間隙中的O₂增加，葉片上浮。而蒸餾水中缺乏CO₂和O₂，葉片不能進行光合作用和有氧呼吸，葉肉細胞間隙缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部。

（2） 黑暗中，NaHCO₃稀溶液中的葉片進行呼吸作用，消耗了葉肉細胞間隙中的O₂，放出的CO₂溶于NaHCO₃稀溶液中，葉肉細胞間隙缺乏氣體，葉片下沉。蒸餾水中缺乏O₂，葉片不能進行有氧呼吸，葉肉細胞間隙仍缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部。