2011級高考理綜生物學知識內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建（7）
第七單元 實驗——能力考查的重心
考情分析:
在近年的理科綜合能力測試中，實驗作為重要的考查內(nèi)容，以突出學生學習能力和科學素養(yǎng)的考查為目標，其分值比例逐年上升，試題呈現(xiàn)形式愈趨靈活多樣，且常常作為理綜全卷的壓軸題。
從2006年起，全國的各套理科綜合能力測試題，都對“實驗與探究能力”的4個層次，作了較為全面的考查。
在高考理綜生物學試題中，實驗作為重要的考查內(nèi)容，能突出學生學習能力和科學素養(yǎng)的考查，其分值比例逐年上升，而且常常作為理綜全卷的壓軸題。
目前，有關(guān)實驗方面的考試要求，大都是以給出的部分信息，運用邏輯思維進行驗證性的實驗為主。它不但考查了考生獨立完成實驗的能力：包括理解實驗原理、實驗?zāi)康募耙螅涣私獠牧稀⒂镁撸莆諏嶒灧椒ú襟E；會控制實驗條（包括設(shè)立對照、重復(fù)實驗）和使用實驗儀器；會處理實驗安全問題；會觀察，分析和解釋實驗中產(chǎn)生的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，得出合理的實驗結(jié)論。
認真研究修訂后的考試大綱，可發(fā)現(xiàn)高考對實驗與探究能力的考查明顯加強。主要表現(xiàn)為以下3個方面：
①在繼續(xù)注重考查教材實驗的基礎(chǔ)知識和技能基礎(chǔ)上，已轉(zhuǎn)向?qū)嶒炘怼嶒灧椒ā嶒灱寄艿摹耙苹ń幽尽薄⑦w移運用上；
②創(chuàng)設(shè)新的情景，聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際，對一些生物學問題進行初步探究，包括確認變量、作出假設(shè)和預(yù)期、設(shè)計可行的研究方案、處理和解釋數(shù)據(jù)、根據(jù)數(shù)據(jù)作出合理的判斷等科學實驗的基本思想；
③培養(yǎng)創(chuàng)新意識，考查學生科學思維的過程，考查對一些簡單實驗方案作出恰當評價和修改的能力。
因此，明了實驗必須遵循的三大原則，熟悉實驗設(shè)計的基本步驟，是十分必要的。
1 高考生物學實驗的類型
高考生物學實驗包括兩部分：①考試大綱規(guī)定的17個基礎(chǔ)實驗、實習和研究性學習；②以本實驗為基礎(chǔ)適當拓展的實驗設(shè)計與評價。
1.1 教科書中必考的17個實驗
《考試大綱》中“考試范圍”所列出的“實驗、實習和研究性學習”共有17項，理解和掌握這些實驗的內(nèi)容，是最基本的高考復(fù)習要求，是實現(xiàn)復(fù)習高效率的出發(fā)點。對教科書中的這17個實驗、實習和研究性題，必須通過親身經(jīng)歷各項實驗活動，對實驗原理的理解和應(yīng)用，實驗要用到的器材的選擇、作用和使用方法，設(shè)計實驗的思路和實驗步驟的程序，以及實驗數(shù)據(jù)的測量、數(shù)據(jù)的處理方法，對實驗現(xiàn)象的觀察分析、實驗結(jié)論的歸納總結(jié)等，進行一個系統(tǒng)的、全面的熟悉。
實驗類型考綱知識要點
生物組織有機成分的
提取、分離和鑒定（1）生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質(zhì)的鑒定
（2）葉綠體中色素的提取和分離
（3）DNA的粗提取與鑒定
使用顯微鏡的觀察實驗（4）高倍顯微鏡的使用和觀察葉綠體
（5）細胞質(zhì)流動的觀察
（6）觀察植物細胞的有絲分裂
（7）觀察植物細胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原
有關(guān)酶特性的探究實驗（8）比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率
（9）探索淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用
（10）溫度對酶活性的影響
設(shè)計、觀察和調(diào)查（11）植物向性運動的實驗設(shè)計和觀察
（12）設(shè)計實驗，觀察生長素或生長素類似物對植物生長發(fā)育的影響
（13）設(shè)計并制作小生態(tài)瓶，觀察生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性
（14）觀察SO2對植物的影響
（15）調(diào)查人群中的遺傳病
（16）種群密度的取樣調(diào)查
（17）調(diào)查環(huán)境污染對生物的影響
在教科書中17個實驗的系統(tǒng)復(fù)習中，要力求做到：在實驗思想、原理、方法以及操作技巧等方面，從基本的熟悉逐漸轉(zhuǎn)向?qū)嶒炘怼嶒灧椒ā嶒灱夹g(shù)的“移花接木”、遷移運用上。
考試大綱列出的“生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質(zhì)的鑒定”、“葉綠體中色素的提取和分離”、“DNA的粗提取與鑒定”等實驗，在實驗操作方法上雖然各有不同，但都體現(xiàn)出物質(zhì)“提取、分離和鑒定”的基本方法，也有一些共同的注意事項。
顯微鏡是中學生物實驗中的最常用的儀器。在考試大綱中，要求考生能熟練地使用高倍顯微鏡觀察細胞質(zhì)流動、葉綠體的運動、植物細胞的有絲分裂、植物細胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原等4個實驗。高考試題中也不斷呈現(xiàn)相關(guān)的內(nèi)容。因此，教師一定要充分重視本部份內(nèi)容的復(fù)習。實驗條較差的學校也最好要采用播放錄像的方式，引導學生有序地回憶和記憶實驗原理和操作要點。
新陳代謝從本質(zhì)上說，是指發(fā)生在生物體內(nèi)的，由酶催化的一系列有序的化學反應(yīng)的總稱。絕大多數(shù)的酶都是蛋白質(zhì)。作為生物催化劑，酶具有不同于無機催化劑的特點，這主要可通過3個具有探究性質(zhì)的實驗的系統(tǒng)復(fù)習，進一步加深認識。
生物學實驗中的觀察法和調(diào)查法，是科學研究的主要方法，教材主要以“實習”、“研究性學習”為題，要求學生進行簡單的實驗設(shè)計，學會制定調(diào)查方案，以科學的態(tài)度完成一些簡單題的研究。本部份內(nèi)容重點考查的是“植物向性運動的實驗設(shè)計和觀察設(shè)計實驗”和“種群密度的取樣調(diào)查”等。
1 一些常見的實驗方法和技術(shù)：
（1）生物組織有機成分的提取、分離和鑒定 在生物學研究中，為了認識細胞內(nèi)不同有機物的生理功能，常常需要采用物質(zhì)的提取和分離技術(shù)，先把它們各自分離出，再進行有關(guān)的研究。例如，淀粉+碘液(藍色)；還原性糖+斐林試劑(磚紅色)；脂肪+蘇丹Ⅲ(橘黃)或+蘇丹Ⅳ(紅色)；蛋白質(zhì)+雙縮脲試劑(紫色)；大腸桿菌+伊紅和美藍(菌落為深紫色，有金屬光澤)等。
（2）分級離心法（細胞勻漿的制備和超速離心技術(shù)） 常常用于對不同細胞的微細結(jié)構(gòu)進行分離以檢測其功能，例如，葉肉細胞的分級離心處理，可確定線粒體、葉綠體、核糖體等細胞器的功能；肝細胞、酵母菌的分級離心，可認知線粒體和細胞質(zhì)基質(zhì)與細胞呼吸的關(guān)系等。
（3）顯微觀察法：主要有①固定觀察法，如細胞的顯微結(jié)構(gòu)、植物細胞的有絲分裂等；②活體觀察法，如細胞質(zhì)流動、植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原等。
（4）同位素示蹤法：例如，用18O2和14CO2追蹤光合作用中氧原子和碳原子的轉(zhuǎn)移途徑；用噬菌體侵染細菌實驗證明DNA是遺傳物質(zhì)； DNA的半保留復(fù)制等。
此外，還有溶液培養(yǎng)法、紙層析技術(shù)以及生物學史中的一些實驗研究等。
3 實驗中常用的藥品：在高考有關(guān)的生物學實驗中，常常要涉及到藥品的用途和使用。
NaOH：用于吸收CO2或改變?nèi)芤旱膒H。 Ca（OH）2：鑒定CO2
HCl：解離或改變?nèi)芤旱膒H。 NaHCO3：提供CO2
斐林試劑：可溶性還原性糖的鑒定。 碘液：鑒定淀粉。
蘇丹Ⅲ、Ⅳ：脂肪的鑒定。 雙縮脲試劑：蛋白質(zhì)的鑒定。
二苯胺試劑：鑒定DNA。 丙酮（或酒精）提取葉綠體中的色素。
瓊脂：激素或其它物質(zhì)的載體，用于激素的轉(zhuǎn)移或培養(yǎng)基。
亞甲基藍：用于活體染色或檢測污水中的耗氧性細菌（細菌的氧化可使之褪色）。
酒精：用于消毒處理、提純DNA、葉片脫色及配制解離液。
蔗糖：配制蔗糖溶液，用于測定植物細胞液濃度或觀察質(zhì)壁分離和復(fù)原。
龍膽紫溶液或醋酸洋紅：堿性染料，用于染色體染色。
要點探究
這里對基礎(chǔ)實驗的歸類復(fù)習，主要是熟悉那些共同的一些操作程序和注意事項。包括：顯微鏡的使用、臨時裝片的制作、實驗材料的選擇，等等。
探究點1 使用高倍顯微鏡必須注意幾個原則
在理科綜合的考試卷中，雖然不可能直接涉及到與顯微鏡操作有關(guān)的內(nèi)容，但作為中學理科學習中一項十分重要的操作技能的掌握，是不可忽視的。在顯微鏡使用的內(nèi)容復(fù)習中，除了熟悉顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)和使用方法外，還有必要把握好以下幾個原則：
① 用眼原則：左眼注視目鏡，右眼睜開。這樣，一可減輕左眼疲勞，二方便繪圖。
② 物鏡選用原則：先低倍后高倍，由低倍到高倍，可以用低倍物鏡觀察清楚的就勿需使用高倍物鏡。
③ 準焦螺旋使用原則：先粗后細，由粗到細。
此外，目鏡和物鏡選用的混淆以及反光鏡和光圈的選用、裝片移動方向的確定、顯微鏡下視野中污物的判定等，都是應(yīng)該引起注意的。
【例1】用顯微鏡的一個目鏡分別與4個不同倍數(shù)的物鏡組合觀察血細胞涂片。當成像清晰時，每一物鏡與載玻片的距離如圖所示。如果載玻片的位置不變，用哪一物鏡在一個視野中看到的細胞最多?
Ａ. a Ｂ. b Ｃ. c Ｄ. d
【答案】 D
【解析】 顯微鏡的視野（是指在顯微鏡下一次所能觀察到的被檢玻片標本的范圍）中看到細胞數(shù)目多少，與視野面積有關(guān)，而視野面積的大小與顯微鏡的放大倍數(shù)成反比。放大倍數(shù)越高，物鏡與置于載玻片上的觀察材料之間的距離越小，視野范圍越小，看到的細胞數(shù)目越少；放大倍數(shù)越低，物鏡與置于載玻片上的觀察材料之間的距離越大，視野范圍越大，看到的細胞數(shù)目越多。
通過分析可以知道：D選項的工作距離最大，應(yīng)當是倍數(shù)最低的物鏡，所觀察到的視野面積最大。當用這樣的物鏡觀察同一張涂抹均勻的血細胞涂片時，因為視野面積最大，所看到的細胞數(shù)目較用其它物鏡時就最多。
探究點2．實驗成功的關(guān)鍵——材料的選擇和試劑的配制
（1）還原糖的鑒定：要選擇含還原糖量較高、顏色較淺的材料，這樣顏色反應(yīng)才明顯。通過實驗比較，顏色反應(yīng)的明顯程度依次為蘋果、梨、白色甘藍葉、白蘿卜。
（2）脂肪的鑒定：要選擇富含脂肪的材料，如花生、蓖麻等，提前浸泡3~4 h。如果是新花生種子，可以不必浸泡，否則切下的薄片不易成形。
（3）蛋白質(zhì)的鑒定：最好的實驗材料是雞蛋清，其蛋白質(zhì)含量相對高，配制的提取液透明，與雙縮脲試劑反應(yīng)后，顏色反應(yīng)明顯，但蛋清液需要稀釋。
（4）在觀察葉綠體時，宜選用葉綠體大、數(shù)目少的材料。如陰生植物蘚類的葉、菠菜葉的下表皮（稍帶葉肉）等。由于在不同的光照下，葉綠體可以運動并改變在細胞中的分布位置。所以，在不同光照下采集的材料，其葉內(nèi)葉綠體的形態(tài)有所不同。
（5）在觀察細胞質(zhì)的流動時，要選用細胞質(zhì)流動較快的植物，如黑藻的幼嫩葉片、南瓜幼苗的表皮毛、小麥的根毛、向日葵舌狀花瓣的表皮或大白菜內(nèi)層葉片葉脈的表皮細胞等。選取實驗材料時，最好將所要取材的植物體置于溫暖的陽光下照射1~2小時，以使植物細胞處于旺盛的生活狀態(tài)。
（6）在植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原的實驗時，要選擇生活的、成熟的（具有大液泡）、有顏色的（如紫色洋蔥）植物細胞；沒有大液泡的植物細胞則質(zhì)壁分離現(xiàn)象不明顯。死的植物細胞中的細胞膜，由于失去了選擇透過性，所以不能發(fā)生質(zhì)壁分離。
（7）在有關(guān)酶的催化特點的探究實驗中，常選用動物新鮮肝臟做實驗材料，原因是細胞內(nèi)的過氧化氫酶未被破壞，從而提高實驗現(xiàn)象的對比程度。也可選用植物的組織（如馬鈴薯的塊莖、蘿卜的肉質(zhì)根等）做實驗材料。因為過氧化氫酶廣泛存在于動植物組織細胞中。
（8）正確配制和使用斐林試劑與雙縮脲試劑：配制這兩種試劑時，都要用到NaOH溶液和CuSO4溶液，但配制時，溶液濃度不同，使用原理和方法也有明顯區(qū)別。（見下表）
斐林試劑雙縮脲試劑
配 方甲(A)液0.1g/mLNaOH0.1 g /mLNaOH
乙(B)液0.05 g/mLCuSO40.01g/mL CuSO4
使用方法 甲、乙液混合均勻，現(xiàn)配現(xiàn)用先A液后B液，不能混用
反應(yīng)原理
及注意事項斐林試劑中起實質(zhì)作用的是生成的Cu(OH)42-絡(luò)離子，放置過長就會形成Cu(OH)2沉淀或CuCO3沉淀，因而無法反應(yīng)。雙縮脲試劑中起作用的是堿性環(huán)境中Cu2+(與蛋白質(zhì)結(jié)合形成紫色絡(luò)合物)，因而必須先后使用。使用CuSO4時，溶液不能過量，否則藍色的CuSO4溶液將遮蔽顯色反應(yīng)中產(chǎn)生的紫色。
此外，在尿糖的鑒定等臨床研究或檢測中（如2004年全國理綜Ⅱ•31），需選用班氏試劑（Benedict試劑），因為班氏試劑較斐林試劑要穩(wěn)定一些，測定的效果也要靈敏一些。
例2（2005年•全國卷）將小麥種子分別置于20℃和40℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)４天，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溶液，然后加入等量的提取液和蒸餾水，45℃水浴保溫５分鐘，立即在３支試管中加入等量斐林試劑并煮沸２分鐘，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．甲呈淺紅色，乙呈磚紅色，丙呈藍色
答案：D
解析：（1）小麥種子在適宜溫度條下萌發(fā)，胚所消耗的養(yǎng)料和能量全部自于胚乳的分解，其中淀粉酶是麥芽中含量最豐富的酶之一。淀粉酶的產(chǎn)生受培養(yǎng)溫度影響較大，40℃時比在20℃時產(chǎn)生的快，因此在相同時間內(nèi)酶合成的量要大一些。
（2）由于溫度、時間和試劑用量相同，決定反應(yīng)速率的關(guān)鍵因素是酶的濃度，而酶濃度與反應(yīng)速度或催化效率是正比關(guān)系。在實驗中甲和乙是實驗組，酶的濃度是甲試管?乙試管，丙是對照組，不含淀粉酶。實驗結(jié)果，甲試管中有少量還原糖（麥芽糖）生成，乙試管中有較多還原糖（麥芽糖）生成，丙試管中無還原糖（麥芽糖）生成，故３支試管中加入等量斐林試劑并煮沸２分鐘后，顯色反應(yīng)不一樣。
例3：分別在Ａ、Ｂ、Ｃ三個研缽中加２克剪碎的新鮮菠菜綠葉，并按下表所示添加試劑，經(jīng)研磨、過濾得到三種不同顏色的溶液，即：深綠色、黃綠色（或褐色）、幾乎無色。試回答：
處理ＡＢＣ
SiO2（少量）＋＋＋
CaCO3（少量）－＋＋
95%乙醇（10 mL）＋－＋
蒸餾水（10 mL）－＋－
（注：“＋”表示加；“－”表示不加。）
（１）Ａ處理得到的溶液顏色是 ，原因 。
（２）Ｂ處理得到的溶液顏色是 ，原因是 。
（３）Ｃ處理得到的溶液顏色是 ，原因是 。
答案：（１）黃綠色 部分葉綠素遭到破壞 （２）幾乎無色 葉綠體不溶于水
（３）深綠色 大量葉綠素溶于乙醇中
解析：先弄清幾種處理的目的。少量CaCO3的作用是保護色素，免遭破壞；乙醇的作用是提取色素（乙醇是有機溶劑，依據(jù)相似相溶原理，它可溶解有機物色素）。色素不溶于蒸餾水，故色素不能被提取。
例4 在觀察葉肉細胞的細胞質(zhì)流動時，顯微鏡下視野中可看到如下圖所示的圖像：
（1）為看清細胞質(zhì)處于流動狀態(tài)，最好選擇圖中 作為標志物。葉綠體作為觀察依據(jù)的原因是 。
（2）圖中箭頭表示 ，細胞質(zhì)流動對活細胞的意義是 。
（3）若使細胞質(zhì)流動速度加快，應(yīng)采取什么方法處理（ ）
Ａ．適當升高溫度 Ｂ．減弱光照
Ｃ．用一定濃度的麻醉劑處理 Ｄ．用適當濃度的生長素處理
（4）若在實驗前把黑藻分成兩份，一份放在０℃的水中培養(yǎng)（Ａ），另一份在原條下培養(yǎng)（Ｂ），請預(yù)測實驗的結(jié)果會怎樣？說明了什么？
【答案】（1）葉綠體 葉綠體呈綠色，光鏡下可見
（2）細胞質(zhì)流動方向 細胞質(zhì)既是細胞器生存的環(huán)境，又是各種物質(zhì)的貯存庫。通過細胞質(zhì)的流動，為細胞內(nèi)各種生理活動提供所需的物質(zhì)和能量，確保新陳代謝的正常進行。
（3）Ａ、Ｄ（促進細胞代謝的因素會使細胞質(zhì)流動加快）
（4）在Ｂ條下，能清楚看到葉綠體隨細胞質(zhì)流動而運動。而在Ａ條下幾乎不動；但一段時間后，如隨室溫溫度升高，細胞內(nèi)又可見到葉綠體隨細胞質(zhì)流動而運動。說明細胞質(zhì)的流動與溫度有密切關(guān)系。
【解析】觀察細胞質(zhì)流動時，應(yīng)先找到葉綠體并以此為參照物，觀察細胞質(zhì)的流動及速度、方向。細胞質(zhì)流動的速度與溫度有關(guān)。
探究點3 植物細胞質(zhì)壁分離的誘發(fā)復(fù)原與自動復(fù)原
在植物細胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗中，一般選用的外界溶液是蔗糖溶液。當用一定濃度（0.3 g/mL）的蔗糖溶液處理活的植物細胞后，蔗糖溶液的濃度大于植物細胞液的濃度時，植物細胞通過滲透作用失水而發(fā)生質(zhì)壁分離。要使發(fā)生了質(zhì)壁分離的植物細胞恢復(fù)原狀，必須用清水處理，使外界溶液的濃度低于植物細胞液的濃度，才可發(fā)生植物細胞的質(zhì)壁分離復(fù)原，這種復(fù)原稱為誘發(fā)復(fù)原。（因蔗糖分子是不能通過選擇透過性的膜的。）
如果在植物細胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗中，選擇的外界溶液是具一定濃度的硝酸鉀溶液、尿素溶液（或甘油溶液、乙二醇溶液）等，當外界溶液的濃度大于植物細胞液的濃度時，植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離后，不再進行實驗處理降低外界溶液的濃度，隨即也可觀察到植物細胞出現(xiàn)分離復(fù)原的現(xiàn)象，這種復(fù)原稱為自動復(fù)原。用硝酸鉀溶液處理植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離后的自動復(fù)原，是因為當水分子通過滲透作用自由進出細胞時，硝酸根離子和鉀離子（植物細胞生活所必需的礦質(zhì)離子）可經(jīng)主動運輸進入細胞液，細胞液的濃度不斷增大，水分滲入的速率增大，由此出現(xiàn)自動復(fù)原。而用尿素溶液（或甘油溶液、乙二醇溶液）處理植物細胞，是因為這些物質(zhì)分子也可自由進入細胞。但這些外界溶液的濃度如果過大，同樣可導致植物細胞過度失水而死亡。
例5（2008江蘇卷）某同學進行實驗，甲圖為實驗開始狀態(tài)，乙圖為實驗結(jié)束狀態(tài)。請在乙圖所示實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上繼續(xù)實驗，探究蔗糖的水解產(chǎn)物能否通過半透膜。
增添的實驗材料：蔗糖酶溶液、斐林試劑、試管、滴管、水浴鍋等。
（1）設(shè)計出繼續(xù)實驗的簡要步驟：
① ；
② 。
（2）預(yù)測實驗現(xiàn)象并作出結(jié)論。
答案：(1)①向a、b兩管分別加入等量蔗糖酶溶液，水浴加熱(或隔水加熱)U型管至適宜溫度，觀察a、b兩管內(nèi)液面的變化； ②吸取a、b兩管內(nèi)適量液體，分別加入A、B兩試管中，并加入斐林試劑，(60℃—65℃)水浴加熱，觀察A、B試管內(nèi)有無磚紅色沉淀
(2)如果a、b兩管液面高度差縮小且A、B試管內(nèi)均有磚紅色沉淀，則蔗糖的水解產(chǎn)物能通過半透膜；如果a、b兩管液面高度差增大且A試管內(nèi)無磚紅色沉淀、B試管內(nèi)有磚紅色沉淀，則蔗糖的水解產(chǎn)物不能通過半透膜。
解析： (1)蔗糖是大分子物質(zhì)，不能透過半透膜，故b管液面會上升。蔗糖在蔗糖酶作用下產(chǎn)生葡萄糖和果糖，葡萄糖和果糖是還原性糖，可以和斐林試劑共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。因此，要探究蔗糖的水解產(chǎn)物能否通過半透膜，可以向a、b管中加入等量蔗糖酶溶液，然后各吸取少量與斐林試劑共熱，觀察有無磚紅色沉淀的產(chǎn)生判斷。(2)如果蔗糖水解產(chǎn)物能。通過半透膜，a、b兩管液面高度會縮小，均能與斐林試劑共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。如果蔗糖水解產(chǎn)物不能通過半透膜，則兩管液面高度會增大，且只有b側(cè)管中液體能與斐林試劑共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。
變式題 將同一植物的細胞，依次在蒸餾水、質(zhì)量濃度為0.3 g/mL 的蔗糖溶液和0.5mol的甘油溶液中，測得細胞的體積隨時間的變化曲線如圖所示。請回答：
（1）在Ａ、Ｂ、Ｃ中，細胞在蒸餾水中的是 ，在蔗糖溶液中的是 ，在尿素溶液中的是 。
（2）試簡要分析出現(xiàn)Ｂ、Ｃ曲線差異的原因是：
① 。
② 。
答案：（1）Ａ、Ｃ、Ｂ
（2）①甘油分子可通過自由擴散的方式進入細胞液，細胞液的濃度不斷增大，細胞由失水逐漸變?yōu)槲敝疗胶狻＂?因蔗糖分子不能進入通過具有選擇透過性的膜進入細胞，處在較高濃度蔗糖溶液中的細胞不斷失水，原生質(zhì)層收縮，使細胞液濃度升高，失水減慢，直至平衡。
解析：一定濃度的蔗糖溶液和甘油溶液都能使植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，細胞因失水收縮而體積變小，但由于植物細胞能不斷吸收甘油，使細胞液的濃度不斷增大，細胞吸水的能力不斷增強，使細胞逐漸由失水狀態(tài)變?yōu)槲疇顟B(tài)，植物細胞發(fā)生質(zhì)壁分離自動復(fù)原的現(xiàn)象，所以，細胞體積開始逐漸減少隨后又不斷增大，因此曲線Ｂ表示的是甘油。在蔗糖溶液中，蔗糖分子不能通過選擇透過性的膜，細胞因失水，原生質(zhì)層收縮，使細胞液濃度升高，失水減慢直至平衡，細胞體積不再變小，因此，曲線Ｃ表示是蔗糖溶液中的細胞；在蒸餾水中的植物細胞由于不斷吸收水分體積增大，因此曲線Ａ表示的是蒸餾水中的細胞體積的變化。
探究點4 溫度和pH對酶活性的影響
酶促反應(yīng)需要適宜的溫度和pH。高溫、過酸和過堿都會破壞酶的分子結(jié)構(gòu)，從而使其喪失活性。
例3 ：下圖為4種不同的酶（分別以a、b、c、d表示）在不同溫度下酶活性變化的曲線。在37℃時酶活性最高的是 ( )
Ａ.a Ｂ.b Ｃ.c Ｄ.d
答案：D
解析：該題考查了酶的活性與溫度之間的關(guān)系，以及通過實驗數(shù)據(jù)的坐標曲線，分析實驗結(jié)果的能力。
例4 為驗證pH對唾液淀粉酶的影響，實驗如下：
Ⅰ.操作步驟：
① 在1～5號試管中分別加入0.5%淀粉液2 mL。
② 加完淀粉液后，向各試管中加入相應(yīng)的緩沖液3 mL，使各試管中反應(yīng)液的pH依次穩(wěn)定在5.00、6.20、6.80、7.40、8.00。
③ 分別向1～5號試管中加入0.5%唾液1 mL，然后進行37 ℃恒溫水浴。
④ 反應(yīng)過程中，每隔1 min從3號試管中取出一滴反應(yīng)液，滴在比色板上，加一滴碘液顯色，待呈橙黃色時，立即取出5支試管，加碘液顯色并比色，記錄結(jié)果。
Ⅱ. 結(jié)果見下表：(表中※“＋”的多少表示顏色深淺)
試管編號處理12345
pH 5.006.206.807.408.00
結(jié)果(顏色※)＋＋＋橙黃色＋＋＋
請回答：
(1)實驗過程中，為什么要選擇37 ℃恒溫？
(2)3號試管加碘液后出現(xiàn)橙黃色，說明什么？
(3)如果反應(yīng)速率過快，應(yīng)當對唾液做怎樣的調(diào)整？
(4)該實驗得出的結(jié)論是什么？
答案 (1)在實驗中，只有在恒溫的條下，才能排除溫度因素對實驗結(jié)果的干擾；37 ℃是唾液淀粉酶發(fā)揮催化作用的最適溫度。
(2)淀粉已完全水解。 (3)提高唾液的稀釋倍數(shù)
(4)唾液淀粉酶的最適pH是6.80；高于或低于此 pH時，酶的活性逐漸降低。
解析 酶的活性可受多種因素的影響。該實驗的目的是驗證pH對酶活性的影響，遵循單一變量原則，必須控制其他因素(如酶的濃度、淀粉液的濃度、反應(yīng)時間和溫度等)保持在同一和適宜條下。在該實驗中，唾液淀粉酶發(fā)揮良好催化作用的最適宜溫度是37 ℃，所以要選擇37 ℃恒溫。
在反應(yīng)過程中，每隔1 min從3號試管中取出一滴反應(yīng)液，用碘液檢驗反應(yīng)情況。如果3號試管內(nèi)反應(yīng)液的藍色剛好褪去，呈現(xiàn)橙黃色(碘液的顏色)，說明淀粉已經(jīng)完全水解，應(yīng)立即終止反應(yīng)。如果反應(yīng)繼續(xù)進行，各種pH條處理的反應(yīng)液內(nèi)的淀粉也將徹底水解，也就無法對比出不同pH下的酶活性的差異。選擇3號試管進行試測，是由于唾液淀粉酶的最適pH是6.80(即3號試管內(nèi)的處理)，3號試管內(nèi)的酶活性最強，淀粉水解最快。
該實驗是通過檢驗淀粉的水解程度檢驗不同pH對酶活性的影響。如果反應(yīng)速率過快，淀粉將迅速徹底水解，不及檢驗，無法得出實驗結(jié)果。因此反應(yīng)速率過快時，可通過稀釋唾液降低反應(yīng)速率。
通過對實驗設(shè)計原理的理解和實驗結(jié)果的簡要分析，可以得出：在pH為6.80的試管內(nèi)，反應(yīng)液遇碘液后呈現(xiàn)橙黃色，表明該反應(yīng)液中的淀粉已徹底水解；pH偏離6.80越遠，藍色越深，說明反應(yīng)進行得越不徹底，酶活性越低，所以唾液淀粉酶的最適pH是6.80。
變式題 淀粉、蔗糖都是非還原糖。它們在酶的催化作用下都能水解成還原糖。還原糖能夠與斐林試劑發(fā)生作用，生成磚紅色沉淀。為了探索酶的催化具有專一性的特點，某中學研究性學習題活動小組選取了淀粉、蔗糖、唾液淀粉酶、腸蔗糖酶、斐林試劑等，進行了如下圖中甲、乙、 丙、丁4組實驗，并作了實驗記錄。請分析回答有關(guān)問題。
(1)將上述實驗裝置放在37 ℃左右的恒溫水浴中保持5 min后，如果分別向甲、乙、 丙、丁4組實驗的試管中都加入斐林試劑并加熱煮沸，觀察到有顏色反應(yīng)的是哪兩組？ ；如果向甲、乙、 丙、丁4組實驗的試管中都加入碘液，則呈現(xiàn)藍色反應(yīng)的是 。
(2)如果要證明淀粉酶具有專一性，則起對照作用的實驗組是 。
(3)在整個實驗過程中，甲、乙、 丙、丁4組試管都需要在37 ℃左右的水浴中恒溫保持5 min，其目的是 。
(4) 如果以上述實驗中的甲組說明酶的催化作用具有高效性，則應(yīng)怎樣補充設(shè)計實驗？
答案 (1)甲和丙 丁 (2)乙 (3)提供酶發(fā)揮良好催化作用所需的適宜溫度；排除溫度變化對實驗結(jié)果的干擾 (4)增加一支試管，加入無機催化劑(強酸或強堿)，其他添加物和反應(yīng)條應(yīng)與甲組相同。
解析：解答此題的關(guān)鍵是明確探究對象，尋求恰當?shù)膶嶒灲M合。在（1）題中，淀粉酶能將淀粉水解成還原糖（麥芽糖和葡萄糖），蔗糖酶能將蔗糖水解成還原糖（葡萄糖和果糖），故甲和丙試管中加入斐林試劑并加熱煮沸，可觀察到磚紅色沉淀產(chǎn)生。甲、乙、 丙、丁4支試管真只有甲和丁加入淀粉，而甲中淀粉已經(jīng)被水解，加入碘液就只有丁試管呈現(xiàn)藍色反應(yīng)。
為了證明淀粉酶具有專一性，首先要確定正確的實驗組合，在4支試管中，甲和乙為一個實驗組合，可證明淀粉酶只能催化淀粉的水解，甲是對照租，乙是實驗組；若甲和丁為一個實驗組合，則是底物相同，酶的種類不同，可從另一角度證明酶的催化的專一性。
既然該實驗是探索酶的催化具有專一性，遵循實驗的單一變量原則，這里的變量應(yīng)該是酶的不同或者底物不同，其他反應(yīng)條都應(yīng)相同。37 ℃是酶催化的最適溫度。
要用實驗中的甲組說明酶的催化作用具有高效性，只能另外添加一支試管進行實驗處理。
第56講 實驗設(shè)計與評價（2時）
實驗設(shè)計是著重考查考生：確定實驗原理，選擇實驗器材，安排實驗步驟，設(shè)計實驗數(shù)據(jù)的處理方法和分析實驗現(xiàn)象，得出正確的實驗結(jié)論，以及對提供的一些實驗方案進行評價等。無論是哪種類型的實驗設(shè)計，都是根據(jù)實驗提出的問題，運用已具備的生物學知識和實驗基本技能，或者根據(jù)實驗題目中給出的信息、提示，構(gòu)思出解決問題的實驗方案。近年對高考對實驗與探究能力的考查已由原單一的驗證性的實驗，轉(zhuǎn)向了設(shè)計性、評價性、探究性的實驗。
知識框架
1 實驗必須遵循的三大基本原則：
（1）設(shè)置對照原則：在實驗設(shè)計中，為排除無關(guān)條的干擾，常常要設(shè)立對照實驗。通過干預(yù)或控制研究對象，以消除或減少實驗誤差，鑒別實驗中的處理因素同非處理因素的差異。常見對照方法主要有：
① 空白對照 不給對照組任何處理因素。如：在研究甲狀腺激素促進蝌蚪發(fā)育實驗中，先取等量的同齡且發(fā)育狀態(tài)相同的小蝌蚪60只，分為兩組放入容積相同的兩個玻璃缸，加入等量的自然水和蝌蚪飼料；一組加入甲狀腺激素，另一組不加任何藥品，就是空白對照。
② 條對照 給對照組施以部分實驗因素，但不是所要研究的實驗因素。如：在上述空白對照的舉例中，如果取等量的同齡且發(fā)育狀態(tài)相同的小蝌蚪60只，分為三組（編號甲、乙、丙）放入容積相同的三個玻璃缸，加入等量的自然清水和蝌蚪飼料；甲組加入甲狀腺激素，乙組加入甲硫咪唑(甲狀腺抑制劑)，是條對照，丙組不加任何藥品，是空白對照。
③相互對照 不單設(shè)對照組，而是幾個實驗組相互對照。例如：驗證植物根對礦質(zhì)離子有選擇吸收的特性，可把蕃茄和水稻分別培養(yǎng)在成分相同的培養(yǎng)液中，過一段時間后，測定培養(yǎng)液中各種礦質(zhì)元素離子濃度的變化，就會發(fā)現(xiàn)蕃茄吸收Ca多，吸收Si少；而水稻吸收Si多，吸收Ca少。以上就是兩個實驗組的相互對照。
④自身對照 對照和實驗都在同一研究對象上進行。如：要研究植物根具有向重力性，莖具有背重力性，可把某一植株橫放于培養(yǎng)基上，讓其自然生長，經(jīng)過一段時間后，便可觀察到根向重力生長，莖背重力生長。這里，對照和實驗都在同一個體上進行，屬于自身對照。
（2）單一變量原則：控制其它因素不變，只改變其中一個因素，觀察其對實驗結(jié)果的影響。如探索溫度對酶活性的影響時，只能改變反應(yīng)的溫度，其它如pH、酶濃度等就要完全一樣。
（3）平行重復(fù)原則：對所做的實驗在同樣條下，進行足夠次數(shù)的重復(fù)，不能只進行1－2次便輕易得出結(jié)論。任何一項生物學實驗，要有科學性，都必須能夠重復(fù)，都必須經(jīng)得起重復(fù)。
此外，還應(yīng)注意科學性原則（指在設(shè)計實驗時，必須要有充分的科學依據(jù)，也就是要以前人的實驗為基礎(chǔ)，而不是憑空設(shè)想，主觀臆造）、簡便經(jīng)濟原則（如，裝置簡單、實驗步驟較少、使用材料用具少、實驗時間較短等）等。
2 探究性實驗和驗證性實驗的比較
探究性實驗驗證性實驗
實驗?zāi)康奶剿餮芯繉ο蟮奈粗獙傩浴⑻卣饕约芭c其他因素的關(guān)系驗證研究對象的已知屬性、特征以及與其他因素的關(guān)系
實驗假設(shè)假設(shè)一般采用“如果A，則B” 的形式表述，是根據(jù)現(xiàn)有的科學理論、事實．對所要研究的對象設(shè)想出一種或幾種可能性的解釋 因結(jié)論是己知的，因此不存在假設(shè)問題
實驗原理因探究內(nèi)容而異因驗證內(nèi)容而異
實驗過程應(yīng)有的實驗步驟實際上并未完成，因探究內(nèi)容而異 實驗步驟可以是曾經(jīng)做過或尚未做過的，因驗證內(nèi)容而異
實驗現(xiàn)象未知，可以不描述已知，應(yīng)準確描述
實驗結(jié)果預(yù)測對應(yīng)假設(shè)，分類討論。一般需討論“如果出現(xiàn)結(jié)果①會怎樣，如果出現(xiàn)結(jié)果②或③又會怎樣” 。但有時也會出現(xiàn)“預(yù)測最可能的結(jié)果”的問題．此種情況應(yīng)根據(jù)已有知識推測最合理的結(jié)果。無
實驗結(jié)論無 對應(yīng)實驗?zāi)康淖龀隹隙ńY(jié)論
復(fù)習策略
實驗設(shè)計與評價是近年高考的亮點之一。它要求考生對實驗原理，實驗器材，實驗步驟，實驗數(shù)據(jù)處理的方法及分析實驗現(xiàn)象，都必須有一個全面的了解。所以這部分內(nèi)容的復(fù)習，要在基礎(chǔ)實驗熟悉中進行一個明顯的層次提升。主要訓練考生是否能夠通過對實驗原理的理解，利用提供的部分信息，對實驗方案進行設(shè)計和補充，分析實驗結(jié)果，做出正確判斷。
使用建議
由于高考側(cè)重于對實驗與探究能力的考查，實驗設(shè)計與評價類型的試題是近幾年高考理綜的一個熱點和重點。因此，我們對實驗的復(fù)習，應(yīng)該立足于對基本實驗方法、實驗技能、實驗思維的強化和鞏固著手，培養(yǎng)我們的實驗分析、實驗改錯、實驗設(shè)計和具有在不同情景下遷移知識的能力。
編讀互動
由于高考一方面是考查考生設(shè)計實驗方案、驗證生物學事實的能力，考查考生對實驗結(jié)果分析、解釋和推導結(jié)論的能力，以及根據(jù)某些實驗條和部分結(jié)果，推測下一步實驗結(jié)果的能力；同時也考查考生對生物學實驗中常以圖、表等抽象形式所表達的生物學意義的理解能力，準確描述相關(guān)的現(xiàn)象、原理的能力。這種考查目標更適應(yīng)對學生創(chuàng)新能力的自我展現(xiàn)。這就要求考生能明確掌握生物學實驗設(shè)計的基本原則和基本步驟，惟其如此，才能設(shè)計出一個完整嚴謹?shù)膶嶒灧桨福膊拍苡懈袚?jù)地分析解釋實驗結(jié)果、推導結(jié)論，根據(jù)部分實驗結(jié)果推測、預(yù)期后續(xù)實驗步驟的結(jié)果及理解、表述等。
前熱身
1 有人設(shè)計了下列實驗，試圖證明“生長素（IAA）在植物體內(nèi)的運輸，主要是從植物體形態(tài)學上端（頂端）向下端（基端）運輸，而不能倒轉(zhuǎn)過運輸（如生長素只能從胚芽鞘的上端向下端運輸）”。
一．材料、用具：胚芽鞘、瓊脂、刀片等
二．方法、步驟與結(jié)果：
（一）制備瓊脂塊（見下圖）
（二）取一段胚芽箱中間部分，上面放合IAA的瓊脂塊，下面放空白瓊脂塊（見下圖）
（三）取步驟（二）下面瓊脂塊（a）的一部分放在去尖的胚芽鞘一側(cè)
三．結(jié)論：以上實驗證明了“生長素（IAA）在植物體內(nèi)的運輸，主要是從植物體形態(tài)學上端（頂端）向下端（基端）運輸，而不能倒轉(zhuǎn)過運輸”。
我們認為，僅用該實驗步驟（一）、（二）、（三）還不足以嚴密論證以上結(jié)論，請在上述實驗的基礎(chǔ)上補充相應(yīng)的實驗方法、步驟和結(jié)果。
【解析】 本題著重考查運用對照實驗的原理和方法，全面評價題中所示的實驗方案，并將其完善以進行嚴密地論證。同時也考查考生將已經(jīng)學過的知識通過解答高考試題，得到進一步的深化和發(fā)展，即在考試中再學習的能力，充分體現(xiàn)了高考必須“選拔具有潛在學習能力的學生”之功能。
求解該題應(yīng)具備的基礎(chǔ)知識雖然在新教材中已明確指出，但是要通過縝密而又周到的實驗，對“生長素在植物體內(nèi)的運輸，主要是從植物體形態(tài)學上端向下端運輸”的現(xiàn)象進行嚴密論證，則是一個有較高能力要求的問題。
科學實驗必須遵循基本的實驗原則，對照就是一個十分重要的原則。在實驗設(shè)計中必須要有對照，以對所研究的有關(guān)生物學現(xiàn)象通過正反兩個方面的實驗觀察和比較分析，由此得出的結(jié)論才無懈可擊。
題中所示的實驗步驟是將胚芽鞘中段正放情況下，證明生長素可從胚芽鞘上端向下端運輸。而僅有這樣一個實驗是不夠的，必須設(shè)置一個對照實驗，即在其它條、方法相同的條下，將胚芽鞘中段倒放進行實驗，觀察結(jié)果，才能充分證明生長素在植物體內(nèi)的運輸特點。
【答案】 （2）補充方法、步驟與結(jié)果（一）：另取一段胚芽鞘中間部分倒放。上面放含 IAA 的瓊脂塊，下面放空白瓊脂塊。
補充方法、步驟與結(jié)果（二）：取補充步驟（一）下面瓊脂塊（b）的一部分放在去尖的胚芽鞘一側(cè)。
2為了確定生長素類似物促進扦插枝條生根的適宜濃度，某同學用兩種濃度的生長素類似物分別處理扦插枝條作為兩個實驗組，用蒸餾水處理作為對照組進行實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三組扦插枝條生根無差異。參考該同學的實驗，在下一步實驗中你應(yīng)該如何改進，才能達到本實驗的目的?請說明理論依據(jù)。
解析：該題仍取材于教科書中的經(jīng)典實驗，但在能力要求上卻有了明顯的提升。題中已告訴某同學用兩種濃度的生長素類似物和蒸餾水處理，三組扦插枝條生根無差異，說明配制的兩種濃度的生長素類似物都不是促進扦插枝條生根的濃度范圍。
由于生長素作用具有兩重性的特點，即濃度過高或過低都不能促進扦插枝條生根。所以該實驗改進的方法是增加一系列實驗組，即配制一系列濃度梯度的生長素類似物，擴大實驗濃度的范圍，以尋找生長素類似物促進扦插枝條生根的適宜濃度。
答案：在某同學使用的兩種濃度生長素類似物的基礎(chǔ)上，分別在低于低濃度的范圍設(shè)置一組濃度梯度、高于高濃度的范圍設(shè)置一組濃度梯度，以及兩濃度之間設(shè)置一組濃度梯度進行實驗從而找到促進枝條生根的適宜濃度。
理論依據(jù)：生長素促進生根的濃度范圍是一定的濃度過高或過低都不能促進生根。
考點整合:
1 實驗設(shè)計方案應(yīng)包括的的內(nèi)容：
① 擬訂實驗題目：
② 提出假設(shè)：即對觀察的現(xiàn)象提出一種可檢測的解釋。
③ 預(yù)期結(jié)果：即在檢測一個假設(shè)之前，先提出實驗的預(yù)期結(jié)果。如果預(yù)期沒有實現(xiàn)，則說明假設(shè)不成立；如果預(yù)期得到實現(xiàn)，則假設(shè)成立。
④ 實驗操作：根據(jù)實驗的目的和提出的假設(shè)，具體設(shè)計實驗的方法步驟。
⑤ 觀察記錄：在實驗方案中，要事先設(shè)計定時觀察的內(nèi)容和觀察的次數(shù)，同時應(yīng)按要求進行觀察，并將觀察到的現(xiàn)象和結(jié)果如實地記錄下。有的實驗還需要采集數(shù)據(jù)。
⑥ 分析結(jié)論：對實驗記錄下的現(xiàn)象、結(jié)果、數(shù)據(jù)進行整理、分析，有的可用圖表表示出。
在具體的實驗設(shè)計中，還可根據(jù)實驗題目的具體要求，選擇的材料以及實驗要用到的技術(shù)手段，作出靈活多樣的考慮。
要點探究
探究點1 選擇材料用具、設(shè)計實驗裝置、觀察實驗現(xiàn)象、預(yù)期實驗結(jié)果、
【例1】下圖是未完成的實驗裝置，請利用A、B、C三支試管、新鮮葉片和必要的輔助材料，設(shè)計一個證明光合作用吸收CO2 與呼吸作用釋放CO2 的實驗，并預(yù)計實驗結(jié)果。(注:實驗開始時,各試管中的指示劑均呈綠色。)
（1） 當A管用于證明光合作用吸收CO2的實驗時，需要 ，指示劑呈 色。
（2）當B管用于證明呼吸作用釋放CO2的 實驗時，需要 ，指示劑呈 色。
（3）C管在實驗中起 作用，指示劑呈 色。
（4）用幾層紗布包上照光的D管，實驗結(jié)果表明指示劑顏色沒有發(fā)生變化，試分析其原因： 。
答案：（1）放入新鮮葉片，藍色 （2）放入新鮮葉片并遮光，黃色 （3）對照，綠色
（4）光合作用吸收CO2的量與呼吸作用釋放CO2的量相等（或光合速度等于呼吸速度；光合作用合成有機物的量等于呼吸作用分解有機物的量）
解析：求解該題的基本方法是：①審清題意（包括看懂圖），找到解題的關(guān)鍵所在。②聯(lián)系化學知識，判斷實驗中CO2的增加和酸堿度的變化，題中指示劑顏色的變化就可反映。③從未完成的實驗裝置中找出設(shè)計實驗的思路、方法。該題中D試管的裝置是最完整的，這就暗示了其它試管的裝置設(shè)計。④在設(shè)計實驗要證明某些問題時，為了排除無關(guān)條的干擾，常常要設(shè)計對照。然后根據(jù)各小題的設(shè)問，逐次再進行分析，回答問題。
第（1）問：由于光合作用場所是葉綠體，在A試管內(nèi)必須加入新鮮葉片。試管內(nèi)的葉片給予了充足的光照和適宜的溫度（25℃），在這樣的條下，光合作用吸收CO2 的量必然大于呼吸作用釋放CO2的量。又因為葉片處于一個相對密閉的環(huán)境中，試管中CO2的含量便逐漸減少，指示劑逐漸變堿性，呈現(xiàn)藍色。
第（2）問：呼吸作用是綠色植物一刻也不停頓地進行著的一項生理活動。要證明呼吸作用釋放CO2，除了在B試管內(nèi)放入新鮮葉片外，還應(yīng)將試管進行遮光處理，以避免在光照下光合作用吸收CO2對該項實驗的影響。在遮光并密閉的B試管環(huán)境中，隨著葉片呼吸作用的進行，試管中CO2的含量便逐漸增多，指示劑逐漸變酸性，呈現(xiàn)黃色。
第（3）問：在該題中，C管在實驗中起對照作用，就可以證明只有葉片加入試管才能有光合作用和呼吸作用，也才能有指示劑顏色的變化。C管內(nèi)未放入新鮮葉片，光合作用和呼吸作用都不能進行，管內(nèi)氣體不發(fā)生任何變化，指示劑仍然呈現(xiàn)綠色。C管作為B管的對照，還必需與B管同時進行遮光處理。
第（4）問：D管由于有幾層紗布包上并照光，顧管內(nèi)葉片光合作用吸收CO2的量與呼吸作用釋放CO2的量大致相等，因此管內(nèi)指示劑顏色沒有發(fā)生變化。
變式題 將青蛙腦破壞保留脊髓，在脊柱下部打開脊椎骨，剝離出脊髓一側(cè)的一對脊神經(jīng)根（包含一個背根和一個腹根，見下圖）。分別電刺激背根與腹根均可引起蛙同側(cè)后肢發(fā)生運動反應(yīng)。已知背根含有傳入神經(jīng)，腹根含有傳出神經(jīng)，背根和腹根合并成脊神經(jīng)。
請根據(jù)上述提供的實驗材料（實驗用具自選）設(shè)計實驗步驟,并預(yù)測實驗結(jié)果，以分別驗證背根具有傳入功能，腹根具有傳出功能。
答案 實驗步驟1：在背根中央處剪斷（或用麻醉藥阻斷），分別電刺激背根向中段、外周段，觀察蛙后肢是否發(fā)生運動反應(yīng)。
預(yù)期結(jié)果：電刺激背根向中段發(fā)生蛙后肢運動反應(yīng)；電刺激背根外周段不發(fā)生反應(yīng)，說明背根具有傳入功能。
實驗步驟2：在腹根中央處剪斷（或用麻醉藥阻斷），分別電刺激腹根向中段、外周段，觀察蛙后肢是否發(fā)生運動反應(yīng)。
預(yù)期結(jié)果：電刺激腹根向中段不發(fā)生反應(yīng)，電刺激腹根外周段應(yīng)發(fā)生蛙后肢運動反應(yīng)，說明腹根具有傳出功能。
解析 本題材料雖自學生在初中所學過而又基本遺忘的知識，但題中的圖都明確給出了求解該題所必需的背景知識：脊神經(jīng)是混合性神經(jīng)，其背根由感覺（傳入）神經(jīng)纖維組成，腹根由運動（傳出）神經(jīng)纖維組成。因此該題不僅考查對模式圖的閱讀和理解能力，更突出對邏輯推理和論證能力以及探究思維過程的考查。
因此，在缺乏對探究性對象的了解和對探究性實驗的準備不足情況下，面對這樣的試題，首要是平和自己的心態(tài)，在細心閱讀和冷靜思考中，尋找破題處。
然后簡要梳理出回答該題所需要的背景知識：一個反射活動的完成是建立在完整的反射弧的基礎(chǔ)上，按照神經(jīng)沖動傳導的方向，反射弧包括5個環(huán)節(jié)，即：感受器→傳入神經(jīng)纖維→神經(jīng)中樞→傳出神經(jīng)纖維→效應(yīng)器。該題中“蛙后肢發(fā)生運動反應(yīng)”的中樞在脊髓。
既而作推理性的分析：既然脊神經(jīng)的背根含有傳入神經(jīng)，要驗證背根具有傳入功能，可將背根在中央處剪斷，然后分別電刺激背根的向中段（朝脊髓方向）和外周段（朝感受器方向），觀察蛙后肢是否發(fā)生運動反應(yīng)。同樣要驗證腹根含有的傳出神經(jīng)具有傳出功能，也可將腹根在中央處剪斷，然后分別電刺激腹根的向中段和外周段，觀察蛙后肢是否發(fā)生運動反應(yīng)。
探究點2 設(shè)計實驗方案，驗證實驗原理
【例2】（2000年•浙江•25）血液中的鈣離子在血液凝固過程中起重要作用，缺乏則血液不能凝固，草酸鉀溶液能與血液中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，形成草酸鈣沉淀，起抗凝作用。請根據(jù)提供的實驗材料和用具，簡要寫出第二步以后的實驗步驟和實驗結(jié)果，驗證鈣離子在血液凝固中的作用，并回答問題。
一、實驗材料和用具：（1）家兔 （2）生理鹽水 （3）酒精棉 （4）適宜濃度的草酸鉀溶液 （5）適宜濃度的氯化鈣溶液 （6）試管、注射器（針管、針頭）
二、實驗步驟和實驗結(jié)果
第一步：在A、B試管中分別加入等量的草酸鉀溶液和生理鹽水（見下圖）
第二步：......
問題：設(shè)置B管的目的是 。
答案：第二步：用酒精棉消毒（家兔耳廓緣靜脈），用注射器取兔血（1-2mL）
第三步：立即將等量的鮮血分別加入到A、B試管中，經(jīng)過一段時間后，
結(jié)果：A管：不凝固，B管：凝固
解析：本題試圖以初中學過的有關(guān)血液凝固的知識為材料，要求通過設(shè)計實驗程序、觀察實驗結(jié)果，驗證題目中提供的材料所告知的生物學事實。該題著重考查推理能力、收集處理信息的能力以及語言字的表達能力等，是一道綜合分析能力較強的實驗題。
求解該題的基本程序是：① 明確實驗?zāi)康暮鸵螅?lián)系實驗原理 在認真閱讀試題后，清楚題目中所要驗證的生物學事實是：血液中的鈣離子在血液凝固過程中起重要作用（這個背景知識非高中所學內(nèi)容，故題中作了交代）。
② 確定實驗思路 仔細審查題目中提供的實驗材料和用具，初步設(shè)想一下這些材料、用具在該實驗中可能起的作用是什么？觀察血液中有鈣離子和無鈣離子這兩種情況下，血液的凝固情況，以驗證鈣離子在血液凝固中的作用。
③ 完成實驗設(shè)計和分析 根據(jù)題意，在已設(shè)置好的第一步之后，把實驗步驟有序地補充完整。
從題中第一步已經(jīng)知道，A、B兩支試管中分別加入等量的草酸鉀溶液和生理鹽水。題中也告訴草酸鉀能與血液中的鈣離子形成草酸鈣沉淀，起抗凝作用；而生理鹽水則相當于人體內(nèi)的細胞外液，不影響血液中鈣離子的作用。因此，如果A、B兩支試管中分別加入新鮮血液后，會出現(xiàn)A試管中血液不凝固（血液中的鈣離子與草酸鉀發(fā)生了反應(yīng)），B試管中血液凝固的現(xiàn)象。由B試管對照（第一次對照）組可說明，缺乏鈣離子血液不凝固，有鈣離子血液能凝固。
如何肯定是血液中的鈣離子而不是其它物質(zhì)在血液凝固中起作用？可由題中提供的材料再做一次對照（即第二次對照）實驗。即在A試管發(fā)生沉淀之后加入一定量的氯化鈣溶液，至鈣離子完全與草酸鉀發(fā)生反應(yīng)，繼續(xù)加入氯化鈣就會發(fā)現(xiàn)A試管中血液發(fā)生了凝固。從A試管加入氯化鈣前后的現(xiàn)象對比，便可以驗證在血液凝固中起作用的是鈣離子而非其它物質(zhì)。
在這個實驗步驟的完成中，還必須注意取鮮血的方法，實驗程序以及語言字表達的簡練、準確性。
變式題 胰高血糖素對小白鼠和人具有相同的生理作用。為了驗證“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，請以小白鼠為實驗對象設(shè)計實驗步驟，預(yù)測和解釋實驗應(yīng)出現(xiàn)的結(jié)果，并寫出實驗結(jié)論。
（一）實驗材料和用具：
正常實驗小白鼠2只，生理鹽水，用生理鹽水配制的適宜濃度的胰高血糖素溶液，班氏糖定性試劑，注射器，試管，燒杯等。
（二）實驗步驟：
（實驗提示：采用腹腔注射給藥，給藥劑量不作實驗設(shè)計要求；給藥1小時后，用注射器在小鼠膀胱處穿刺取尿液。）
（三）實驗結(jié)果的預(yù)測、解釋和結(jié)論：
答案（二）實驗步驟：（l）確定1只鼠為實驗鼠，腹腔注射胰高血糖素溶液；另一只鼠為對照鼠，腹腔注射等容量生理鹽水。 （2）將兩支試管分別編號為1號和2號，各加入等量的班氏糖定性試劑。
（3）給藥1小時后，對兩只小白鼠采尿液，實驗鼠尿液放入1號試管內(nèi)，對照鼠尿液放入2號試管內(nèi)。
（4）將兩支試管搖勻后，放入盛有開水的燒杯內(nèi)加熱煮沸，待冷卻后，觀察兩支試管溶液顏色的變化。
（三）實驗結(jié)果的預(yù)測、解釋和結(jié)論：
l號試管中應(yīng)該出現(xiàn)磚紅色沉淀，表明實驗鼠尿液中有葡萄糖；2號試管中仍為藍色溶液，表明對照鼠尿液中無葡萄糖。
實驗結(jié)論：實驗鼠血糖升高，超過一定數(shù)值而出現(xiàn)糖尿，是胰高血糖素具有升高血糖的生理作用所引起的。
解析 ：題目中給出的班氏定性試劑，是用于檢測還原性糖如葡萄糖的。實驗提示：提取小白鼠尿液，通過尿液中含有葡萄糖可以推測小鼠血糖已超出一定數(shù)值。為提高實驗的科學性和實驗信度，實驗設(shè)計過程中對照是必不可少的，對照組和實驗組通常只能一個條是不同的，所以給實驗鼠腹腔注射胰高血糖素溶液的同時應(yīng)注意給對照鼠腹腔注射等量生理鹽水
探究點3 對實驗設(shè)計方案進行評價與矯正
【例3】為驗證“鎂是植物生活的必需元素”，三位同學進行了實驗設(shè)計，下列是實驗的基本思路。請分別指出三個實驗思路能否達到實驗?zāi)康模瑸槭裁矗吭賹懗瞿愕脑O(shè)計思路。
（1）實驗一：取生長狀況一致的大豆幼苗，用符合實驗要求的容器進行培養(yǎng)。對照組容器內(nèi)只盛有蒸餾水，實驗組盛有用蒸餾水配制的鎂鹽溶液。兩組置于相同的適宜條下培養(yǎng)，并對溶液通氣，觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。
答：
（2）實驗二：取生長狀況一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均勻，容器符合實驗要求），對照組澆以蒸餾水，實驗組澆以蒸餾水配制的鎂鹽溶液，兩組置于相同的適宜條下培養(yǎng)，觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。
答：
（3）實驗三：取生長狀況一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均勻，容器符合實驗要求），對照組澆以含有植物必需的各種元素的完全營養(yǎng)液，實驗組澆以不含鎂離子的完全營養(yǎng)液，兩組置于相同的適宜條下培養(yǎng)，觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。
答：
（4）下面由你進行實驗設(shè)計，請寫出你的設(shè)計思路。
答：
答案：（1）不能。因為蒸餾水和鎂鹽溶液均缺乏植物必需的礦質(zhì)元素而使兩組植物生長均不正常。
（2）不能。因為兩組容器內(nèi)的砂性土壤中都可能含有鎂離子。
（3）不能。因為兩組容器內(nèi)的砂性土壤中都可能含有鎂離子。
（4）取生長狀況一致的大豆幼苗，用符合實驗要求的容器，對照組盛有含植物必需的各種礦質(zhì)元素的完全營養(yǎng)液，實驗組盛有不含鎂離子的完全營養(yǎng)液，兩組置于相同的適宜條下培養(yǎng)，并對溶液通氣。觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。
解析：該題提供的三種實驗設(shè)計思路中，均含有程度不同的合理成分，在逐一評價時，不僅要重視分析和闡明實驗設(shè)計不能取得預(yù)期結(jié)果的原因，而且要關(guān)注實驗設(shè)計思路中隱含的合理成分，從而為提出一個合理的實驗設(shè)計思路創(chuàng)造條。
在設(shè)計實驗一中，該同學知道要以合適的容器進行溶液培養(yǎng)，但不了解缺素培養(yǎng)的正確方法。蒸餾水和以蒸餾水配置的鎂鹽溶液都缺乏植物生活所必需的各種礦質(zhì)元素，因而使兩組植物均不能正常生長發(fā)育，從而無法進行比較，也就不能確定鎂是否是必需元素。
在設(shè)計實驗二中，該同學未注意到培養(yǎng)基中是否可能有鎂離子存在。砂性土壤會含有各種礦質(zhì)元素，不能保證缺素培養(yǎng)的嚴格性。在這樣的情況下，澆蒸餾水和蒸餾水配置的鎂鹽溶液無助于實驗的正確進行。
在設(shè)計實驗三中，該同學知道要以完全培養(yǎng)液和缺乏該元素的“完全培養(yǎng)液”培養(yǎng)對照組和實驗組植物，但忽略了肥力均勻的砂性土壤中是否存在鎂元素。因此，對照組和實驗組的培養(yǎng)基中都因存在鎂元素而不能達到實驗?zāi)康摹?br>根據(jù)上述分析，三個實驗方案的思路均不能達到預(yù)定的目的。要得出正確的實驗設(shè)計思路，可從三個實驗方案中除去錯誤之處，取其正確的方面，組成完整簡短的答案。
變式題 [2006年天津卷-31（2）] 絕大多數(shù)微生物最適生長溫度為25～37℃。為了探究培養(yǎng)溫度對谷氨酸棒狀桿菌代謝產(chǎn)物（谷氨酸）合成量的影響，設(shè)計如下實驗。在實驗中有4處錯誤，分別標以①、②、③、④，請依次分析錯誤原因。
第一步：設(shè)定培養(yǎng)溫度為28℃、29℃、30℃。①
第二步：將菌種接種到滅菌后的液體培養(yǎng)基中，分別在設(shè)定的溫度條下密閉培養(yǎng)。②
第三步：在衰亡期定時取樣，分別測定谷氨酸合成量，記錄結(jié)果并繪制曲線。③
實驗結(jié)果預(yù)測及結(jié)論：若在30℃培養(yǎng)條下，谷氨酸合成量最大，則認為，30℃為該細菌合成谷氨酸的最適培養(yǎng)溫度。④
答案：（2）① 溫度設(shè)定范圍過窄。 ② 谷氨酸棒狀桿菌是好氧細菌，不應(yīng)密閉培養(yǎng)。
③從調(diào)整期至衰亡期均有谷氨酸的合成，故取樣時期有遺漏。 ④實驗結(jié)果有局限性，合成谷氨酸的最適培養(yǎng)溫度有可能高于30℃。
解析：該題重點考查了對給定的實驗方案進行評價和修改。依次分析可尋找出該實驗方案中的錯誤及原因。① 由于絕大多數(shù)微生物最適生長溫度為25～37℃，所以在第一步設(shè)定培養(yǎng)溫度時，至少應(yīng)有低于25℃和高于37℃的培養(yǎng)溫度。② 谷氨酸棒狀桿菌是好氧型細菌，在培養(yǎng)過程中應(yīng)不斷進行通氣。③ 在利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵時，雖然群體生長的4個時期都有谷氨酸的生成，但以穩(wěn)定期谷氨酸的積累量最多。④ 由于第一步溫度設(shè)定范圍過窄，高于30℃的培養(yǎng)條下的合成量無法得知，所以實驗結(jié)果會有明顯的誤差，也就不能確定30℃為該細菌合成谷氨酸的最適培養(yǎng)溫度。
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