生物驗證性實驗的命題內(nèi)容和作答方法

周有祥

對實驗?zāi)芰蛞詫嶒灋楸尘斑M行能力考查，是生物高考命題中一個重要的方向.驗證性實驗通常是指實驗者針對已知的實驗結(jié)果而進行的以驗證實驗結(jié)果、鞏固和加強有關(guān)知識內(nèi)容、培養(yǎng)實驗操作能力為目的的實驗.驗證性實驗是建立在已知結(jié)論的基礎(chǔ)上的，實驗原理、實驗結(jié)果是已知的，因此實驗步驟的設(shè)計也應(yīng)合乎實驗結(jié)果的產(chǎn)生的必然.所以，在高考中這類實驗題既有利于考查學(xué)生能力，也有利于考查學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)，同時，也不至于讓學(xué)生在審題時無所適從.以下就其基本命題內(nèi)容和作答方法進行探討：

1.實驗題目：在高考中很少出現(xiàn)，一般情況下，驗證性實驗的題目或課題是“驗證……”的格式.如果需要自擬實驗題目，注意在題干中去找“為了……”、“體驗……”的關(guān)鍵字眼.

2.實驗原理：即完成實驗所用的理論依據(jù).也可以理解為“我為什么可以這樣做？”或“我這樣做的依據(jù).”這個依據(jù)是已知的，但要注意它可能存在于題干中也可能不在題干中，而是你學(xué)過的某一原理.

【例1】 （2005全國理綜卷浙江卷Ⅱ30題）為了驗證胰島素具有降低血糖的作用，以小鼠活動狀況為觀察指標(biāo)設(shè)計實驗.某同學(xué)的實驗方案如下：

①將正常小鼠隨機分成A、B兩組，觀察并記錄其活動狀況.

②A組小鼠注射適量胰島素溶液，B組注射等量生理鹽水.一段時間后，A組小鼠會出現(xiàn)四肢無力，活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，B組活動狀況無變化.

③A組小鼠出現(xiàn)低血糖癥狀后，分別給A、B兩組小鼠注射等量葡萄糖溶液.一段時間后，A組小鼠低血糖癥狀緩解，B組活動狀況無變化.

該實驗方案可以說明胰島素具有降低血糖的作用.

請回答：

(1)該實驗原理是：__________________.

此題可以直接從題干中“為了驗證胰島素具有降低血糖的作用”看出，這是一個驗證性實驗，“驗證胰島素具有降低血糖的作用”也就是這個實驗的題目.它的實驗原理是已知的，根據(jù)實驗步驟闡明各步的依據(jù)即實驗原理如下：（1）胰島素具有降低血糖濃度的作用.體內(nèi)胰島素含量過高時，引起血糖含量下降，機體出現(xiàn)活動減少，甚至昏迷等低血糖病狀，此病狀可以通過補充葡萄糖溶液得到緩解.

3.實驗?zāi)康模和ㄟ^實驗要解決的問題，如例1中“驗證胰島素具有降低血糖的作用”.

4.材料用具：從實驗的操作中看是否需要稱量、制片、顯微觀察、反應(yīng)容器、注射、提取、研磨、染色等方法，因此來確定所需材料.不過，注意由于我國地域差異大，各地實驗設(shè)施也存在較大差距，因此，高考的全國卷中一般不會出現(xiàn)這種問題.相反地，如果題目中給出了實驗材料，應(yīng)注意實驗步驟中是否有沒涉及到的或題干中沒有擬出的材料用具.

5.方法步驟：在近幾年的考試中，方法步驟的設(shè)計與補充出現(xiàn)的頻率很高.應(yīng)該注意到：由于開放性實驗設(shè)計會給閱卷工作帶來更大的難度和盡量減少人為誤差的需要，絕大多數(shù)實驗設(shè)計只需要對某些步驟進行補充或進行校正.如：

【例2】 （2006全國理綜卷浙江省卷Ⅱ30題）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(yù)測實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)完成實驗步驟的設(shè)計和預(yù)測實驗結(jié)果，并對你的預(yù)測結(jié)果進行分析.

實驗材料與用具：煙草幼苗、試管兩支、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等條件適宜，空氣中O₂和CO₂在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計）.

實驗步驟和預(yù)測實驗結(jié)果：

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

（2）用真空泵抽去兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細(xì)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(yù)測的結(jié)果：

審題中，不難發(fā)現(xiàn)本題的實驗?zāi)康模候炞C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.包括兩個含義：驗證葉片在光合作用過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗；驗證葉片在呼吸作用過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗.找到實驗?zāi)康暮螅瓤词翘骄啃詫嶒炦€是驗證性實驗.驗證性實驗是對已知結(jié)果的問題進行驗證，結(jié)果是確定的，是不需要討論的.本題是驗證性實驗.要準(zhǔn)確地完成實驗步驟的設(shè)計，首先需要確認(rèn)實驗變量，顯然從“步驟(1)剪取兩塊相同的煙草葉片分別放在盛有等量蒸餾水和NaHCO₃稀溶液的兩支試管中”可以確定實驗變量為NaHCO₃，因此兩支試管可以構(gòu)成對照.放在蒸餾水中的葉片作為對照，驗證在沒有二氧化碳供應(yīng)的情況下，葉片不能進行光合作用，在沒有氧氣的情況下也不能進行呼吸作用.然而僅此并不能達到實驗?zāi)康?考慮到光合作用的條件，結(jié)合步驟(1)和(2)使用的材料和用具，會發(fā)現(xiàn)，在給出的材料和用具中，只有暗培養(yǎng)箱和日光燈沒有使用.因此下一步應(yīng)該考慮是進行黑暗處理還是光照處理.若將兩個試管分別放在日光燈下和暗培養(yǎng)箱中，則又多出了一個變量，違背了單因子變量原則，若將兩支試管同時放在暗培養(yǎng)箱中，則因為兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細(xì)胞空隙間的氣體均被真空泵抽走，有氧呼吸無法進行，而無氧呼吸又忽略不計，同樣達不到實驗?zāi)康?故只能將兩支試管都放在日光燈下，先驗證葉片利用碳酸氫鈉稀溶液提供的二氧化碳進行光合作用產(chǎn)生氧氣，使葉片上浮，然后再進行黑暗處理，驗證葉肉細(xì)胞進行呼吸作用消耗氧氣，導(dǎo)致葉片下沉.這恰恰是命題的意圖所在.

因此如下作答：

實驗步驟和預(yù)測實驗結(jié)果：(3)將這兩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)再將這兩支試管放在暗培養(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.

從以上考題的回答中，可以看出當(dāng)我們需要回答設(shè)計實驗步驟時，首先必須弄清單一變量（實驗變量），從而做到在實驗設(shè)計中有的放矢.一般性的設(shè)計如下所列：

（1）如果需要提取、配制、處理實驗材料則把提取、配制等操作作為第一步.

（2）編組標(biāo)號.研究對象、器皿等要編組標(biāo)號，設(shè)立實驗組和對照組；注意控制無關(guān)變量，在措辭中往往有“相同”“一致”等字眼.如果有測量應(yīng)測量記錄初始值.

(3)實驗處理.分別對實驗組和對照組施加單一變量，實驗處理要遵循“單一變量，對照原則”.單一變量，就是對實驗結(jié)果有關(guān)鍵影響的單一因素；對照原則，就是要有正反兩個方面的實驗.即在實驗中設(shè)置對照組，與實驗組進行比較，以顯示實驗的效果，增強實驗結(jié)果的可信度和說服力.

(4)培養(yǎng)（或飼養(yǎng)）、觀察、記錄等.

依然在措辭中體現(xiàn)對無關(guān)變量的控制，經(jīng)常有“相同條件下”等字眼，觀察記錄實驗現(xiàn)象或記錄測定的實驗數(shù)據(jù).

6.預(yù)測實驗結(jié)果

驗證性實驗由于有明確的實驗?zāi)康模A(yù)測的結(jié)果是科學(xué)的、合理的、唯一的，不要面面俱到，更不要隨心所欲.實驗考題中需要預(yù)測實驗結(jié)果，要搞清楚實驗結(jié)論的作出是以什么作為依據(jù)的，也就是實驗進行后可以觀察、分析、比較的實驗事實是什么.

（1）用文字描述：注意簡練、直接，不要有任何原因敘述或個人猜測.如例2 “實驗步驟和預(yù)測實驗結(jié)果”中的劃線部分.

（2）表格的設(shè)計：有些實驗數(shù)據(jù)的記錄可能會有表格.表格的設(shè)計要理清設(shè)計思路：首先，要讀懂題目要求在表格“工作區(qū)”記錄的內(nèi)容（題目中有明確的要求）.其次，要明確表格的第一列寫什么？第一行寫什么？注意在第一列或第一行中肯定要寫組別，即實驗組和對照組（相互對照中組數(shù)可能更多）.此外，如果有多次的測定，需要在表格中體現(xiàn)重復(fù)和取均值.

（3）坐標(biāo)圖的設(shè)計：要理清橫軸的含義、縱軸的含義、縱橫軸的單位、曲線的走勢、關(guān)鍵點等.

7.分析實驗結(jié)果：實驗結(jié)果是在各種實驗條件綜合作用下產(chǎn)生的，但是在對照實驗結(jié)果分析中，不必關(guān)注其他條件對實驗結(jié)果的影響，要用單一變量去說明實驗組結(jié)果的產(chǎn)生和對照組對應(yīng)結(jié)果的產(chǎn)生，其中所蘊含的原理一般是生物課本中強調(diào)過的，所以在闡述當(dāng)中盡量采用專業(yè)的語言和名詞.一般的語言組織程序是“外因（人為施加的單一變量）→由此引起的內(nèi)因變化（生理活動）→內(nèi)因變化的直接結(jié)果（代謝結(jié)果）→外部變化→最終結(jié)果（實驗結(jié)果、現(xiàn)象等）”.如例2的回答：分析預(yù)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(xì)胞間隙中的O₂增加，密度減小，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(xì)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(xì)胞間隙中的O₂，放出的CO₂溶于NaHCO₃稀溶液中，葉肉細(xì)胞間隙缺乏氣體，密度增大，葉片下沉.蒸餾水中缺乏O₂，葉片不能進行有氧呼吸，葉肉細(xì)胞間隙仍缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部.

8.實驗結(jié)論：聯(lián)系實驗?zāi)康牡贸鼋Y(jié)論.結(jié)論是合理的、科學(xué)的、肯定的.不少結(jié)論可在實驗要驗證的內(nèi)容中尋找.注意簡潔、明確.如例1的結(jié)論為“胰島素具有降低血糖的作用”；例2的結(jié)論為“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”.

由于比探究性實驗具有更明確的指向性，應(yīng)該說驗證性實驗所能考查的內(nèi)容還是較為易于把握的，重要的是注意在復(fù)習(xí)中回歸教材的基本原理和基本概念.