對照實驗的類型及其在高考中的分析應用

四川 申定健

縱觀近幾年的高考生物試卷，以突出學生科學探究和理性思維能力為考查目標的實驗試題比重顯著增加，以2017年高考生物全國新課標卷III為例，非選擇題（54分）部分均以實驗題進行考查，占全卷考查比重的60%。與此同時，實驗題的內容和形式也越來越靈活多樣，試題難度不言而喻。盡管實驗題的內容、形式千變萬化，但實驗對照分析依然是解析實驗題的基本思路和方法。通過分析對照實驗的類型和作用，尋求對照實驗分析策略，為突破實驗題解題難點提供參考。

1.對照實驗的類型

對照實驗設置的方式決定對照實驗的類型，中學實驗常見的對照有空白對照、自身對照、條件對照、相互對照和標準參照5種類型。對于一個具體的實驗而言，可以設置為單一對照類型，也可以綜合設置為多種對照類型。

2.對照實驗的分析策略

2.1 對照類型的辨析和判定

對于一般對照實驗而言，未經實驗因素處理而保持原有狀態的對象作為對照組，接受人為改變的實驗因素處理的對象作為實驗組。但對于具體的對照實驗而言，因不同設計會呈現不同的對照類型，需要進行對照類型的辨析和判定，總結如表1。

表1 5種對照類型的辨析和判定

續表

2.2 對照實驗分析的一般過程

對照實驗分析的一般過程如下：實驗目的和原理的分析→對照組與實驗組的確定→對照類型的判定→對照作用的分析→對比實驗現象和結果→分析差異產生的原因→得出結論。由此可見，實驗對照分析是分析一個實驗的基本入手點，也是分析解答高考實驗題的基本方法和思路。

3.高考實驗題的對照考查實例分析

【例1】（2017年全國新課標卷Ⅲ，第30題）干旱可促進植物體內脫落酸（ABA）的合成，取正常水分條件下生長的某種植物的野生型和ABA缺失突變幼苗，進行適度干旱處理，測定一定時間內莖葉和根的生長量，結果如圖所示。

回答下列問題：

（1）綜合分析上圖可知，干旱條件下，ABA對野生型幼苗的作用是____________________。

（2）若給干旱處理的突變體幼苗施加適量的ABA，推測植物葉片的蒸騰速率會_______，以對環境的變化作出反應。

（3）ABA有“逆境激素”之稱，其在植物體中的主要合成部位有_______（答出兩點即可）。

（4）根系是植物吸收水分的主要器官。根細胞內水分的主要作用有_______（答出兩點即可）。

【答案】（1）促進根的生長，抑制莖葉的生長 （2）降低 （3）根冠、萎蔫葉片 （4）水是根細胞的重要組成成分，水參與根細胞內的生化反應

【分析】本實驗通過比較野生型和ABA缺失突變體幼苗在干旱條件下，相同時間內莖葉和根的生長量，探究在干旱條件下ABA對植物幼苗的影響。兩種類型幼苗的莖葉和根在干旱條件下的生長狀況都是未知的，兩組均為干旱處理的實驗組，彼此構成相互對照。第（2）小問中，對于同一突變體幼苗而言，施加ABA前后形成自身對照，從而比較蒸騰速率的變化。本題以相互對照和自身對照的形式設計實驗來考查相關知識，屬于多種對照相結合的實驗考查題型。

【例2】（2017年全國新課標卷Ⅲ，第31題）為研究胰島素的生理作用，某同學將禁食一段時間的實驗小鼠隨機分為A、B、C、D四組，A組腹腔注射生理鹽水，B、C、D三組均腹腔注射等量胰島素溶液，一段時間后，B、C、D三組出現反應遲鈍、嗜睡等癥狀，而A組未出現這些癥狀。回答下列問題：

（1）B、C、D三組出現上述癥狀的原因是_______。

（2）B、C、D三組出現上述癥狀后進行第二次注射，給B組腹腔注射生理鹽水；為盡快緩解上述癥狀給C組注射某種激素、給D組注射某種營養物質。那么C組注射的激素是_______，D組注射的營養物質是_______。

（3）第二次注射后，C、D兩組的癥狀得到緩解，緩解的機理分別是_______________。

【答案】（1）血糖低于正常水平 （2）胰高血糖素葡萄糖 （3）C組：胰高血糖素能促進糖原分解和非糖物質轉化為葡萄糖，使血糖水平升高；D組：葡萄糖直接使血糖水平升高

【分析】本實驗將禁食一段時間的實驗小鼠隨機分成四組。A組腹腔注射生理鹽水作為空白對照組，B、C、D三組均腹腔注射等量胰島素溶液作為實驗組，A組與B、C、D組之間構成空白對照，B、C、D三組彼此之間構成相互對照。B、C、D三組出現相應癥狀后進行第二次注射，B組腹腔注射生理鹽水作為空白對照組，C、D兩組又作為實驗組，C、D兩組為緩解癥狀而注射不同物質又形成條件對照。此外，B、C、D三組中的每一組在兩次注射前后又構成自身對照。實驗通過比較四組小鼠出現的癥狀和癥狀的緩解情況，考查胰島素的生理作用，空白、自身、相互、條件4種對照形式在本題中均有體現，屬于多種對照相結合的實驗考查題型。

【例3】（2017年全國新課標卷III，第32題）已知某種昆蟲的有眼（A）與無眼（a）、正常剛毛（B）與小鋼毛（b）、正常翅（E）與斑翅（e）這三對性狀各受一對等位基因控制。現有三個純合品系：①aaBBEE②AAbbEE和③AABBee。假定不發生染色體變異和染色體交換，回答下列問題：

（1）若A/a、B/b、E/e這三對等位基因都位于常染色體上，請以上述品系為材料，設計實驗來確定這三對等位基因是否分別位于三對染色體上。（要求：寫出實驗思路、預期實驗結果、得出結論）_______________________。

（2）假設A/a、B/b這兩對等位基因都位X染色體上，請以上述品系為材料，設計實驗對這一假設進行驗證。（要求：寫出實驗思路、預期實驗結果、得出結論）__________。

【答案】（1）選擇①×②、②×③、①×③三個雜交組合，分別得到F1和F2，若各雜交組合的F2中均出現四種表現型，且比例為9∶3∶3∶1，則可確定這三對等位基因分別位于三對染色體上；若出現其他結果，則可確定這三對等位基因不是分別位于三對染色體上 （2）選擇①×②雜交組合進行正反交，觀察F1中雄性個體的表現型。若正交得到的F1中雄性個體與反交得到的F1中雄性個體有眼/無眼、正常剛毛/小剛毛這兩對相對性狀的表現均不同，則證明這兩對等位基因都位于X染色體上

【分析】第（1）小問以符合基因自由組合定律的兩對相對性狀雜交或自交子代性狀分離比9∶3∶3∶1為標準參照，所給定的三個純合品系彼此僅有一對基因的差別，讓三個純合品系兩兩雜交，均出現雙雜合的F1，讓F1自交或雌雄個體雜交得F2，以F2中是否出現9∶3∶3∶1的性狀分離比進行染色體位置的判定；第（2）小問以設計相互對照的正反交實驗區分伴性遺傳和常染色體遺傳，根據正反交結果是否一致判斷基因的位置（一致為常染色體遺傳，不一致為伴性遺傳）。本題通過設計遺傳雜交實驗判斷基因在染色體上的位置對學生進行考查，屬于應用標準對照和相互對照設計實驗驗證考查題型。

4.實驗教學與備考建議

對照作為實驗設計的基本原則之一，也是高考實驗題命題設計遵循的基本原則之一。在新授實驗課教學中，建議教師將實驗設計的對照原則和對照類型作實例介紹和講解，讓學生明確對照原則和對照類型后再對教材實驗進行實例分析，運用設計實驗原則進行實驗設計和實驗方案探討，結合實驗實際情況進行修正和改進，培養學生的科學探究能力。在復習備考中，可以把實驗部分以專題的形式進行系統復習，將教材的實驗和高考實驗題作為分析實例，參照對照實驗分析策略構建實驗設計的方法體系，形成實用的實驗題分析和解答技巧。