生物驗證性實驗的命題內容和作答方法

周有祥

對實驗能力或以實驗為背景進行能力考查，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果而進行的以驗證實驗結果、鞏固和加強有關知識內容、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論的基礎上的，實驗原理、實驗結果是已知的，因此實驗步驟的設計也應合乎實驗結果的產生的必然.所以，在高考中這類實驗題既有利于考查學生能力，也有利于考查學生的學科基礎，同時，也不至于讓學生在審題時無所適從.以下就其基本命題內容和作答方法進行探討：

1.實驗題目：在高考中很少出現，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……”的關鍵字眼.

2.實驗原理：即完成實驗所用的理論依據.也可以理解為“我為什么可以這樣做？”或“我這樣做的依據.”這個依據是已知的，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設計實驗.某同學的實驗方案如下：

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，根據實驗步驟闡明各步的依據即實驗原理如下：（1）胰島素具有降低血糖濃度的作用.體內胰島素含量過高時，引起血糖含量下降，機體出現活動減少，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.實驗目的：通過實驗要解決的問題，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，各地實驗設施也存在較大差距，因此，高考的全國卷中一般不會出現這種問題.相反地，如果題目中給出了實驗材料，應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，方法步驟的設計與補充出現的頻率很高.應該注意到：由于開放性實驗設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，絕大多數實驗設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果的基礎上，繼續(xù)完成實驗步驟的設計和預測實驗結果，并對你的預測結果進行分析.

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）.

實驗步驟和預測實驗結果：

（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）

……

分析預測的結果：

審題中，不難發(fā)現本題的實驗目的：驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產生和消耗.包括兩個含義：驗證葉片在光合作用過程中有氣體的產生和消耗；驗證葉片在呼吸作用過程中有氣體的產生和消耗.找到實驗目的后，先看是探究性實驗還是驗證性實驗.驗證性實驗是對已知結果的問題進行驗證，結果是確定的，是不需要討論的.本題是驗證性實驗.要準確地完成實驗步驟的設計，首先需要確認實驗變量，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目的.考慮到光合作用的條件，結合步驟(1)和(2)使用的材料和用具，會發(fā)現，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，則因為兩支試管內液體中和葉肉細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，同樣達不到實驗目的.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生氧氣，使葉片上浮，然后再進行黑暗處理，驗證葉肉細胞進行呼吸作用消耗氧氣，導致葉片下沉.這恰恰是命題的意圖所在.

因此如下作答：

實驗步驟和預測實驗結果：(3)將這兩支試管放在日光燈下，照光一段時間.結果：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，可以看出當我們需要回答設計實驗步驟時，首先必須弄清單一變量（實驗變量），從而做到在實驗設計中有的放矢.一般性的設計如下所列：

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

(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，就是對實驗結果有關鍵影響的單一因素；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.

依然在措辭中體現對無關變量的控制，經常有“相同條件下”等字眼，觀察記錄實驗現象或記錄測定的實驗數據.

6.預測實驗結果

驗證性實驗由于有明確的實驗目的，預測的結果是科學的、合理的、唯一的，不要面面俱到，更不要隨心所欲.實驗考題中需要預測實驗結果，要搞清楚實驗結論的作出是以什么作為依據的，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 “實驗步驟和預測實驗結果”中的劃線部分.

（2）表格的設計：有些實驗數據的記錄可能會有表格.表格的設計要理清設計思路：首先，要讀懂題目要求在表格“工作區(qū)”記錄的內容（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（相互對照中組數可能更多）.此外，如果有多次的測定，需要在表格中體現重復和取均值.

（3）坐標圖的設計：要理清橫軸的含義、縱軸的含義、縱橫軸的單位、曲線的走勢、關鍵點等.

7.分析實驗結果：實驗結果是在各種實驗條件綜合作用下產生的，但是在對照實驗結果分析中，不必關注其他條件對實驗結果的影響，要用單一變量去說明實驗組結果的產生和對照組對應結果的產生，其中所蘊含的原理一般是生物課本中強調過的，所以在闡述當中盡量采用專業(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）→由此引起的內因變化（生理活動）→內因變化的直接結果（代謝結果）→外部變化→最終結果（實驗結果、現象等）”.如例2的回答：分析預測的結果：

(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，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，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，葉肉細胞間隙仍缺乏氣體，因此葉片仍位于試管底部.

8.實驗結論：聯系實驗目的得出結論.結論是合理的、科學的、肯定的.不少結論可在實驗要驗證的內容中尋找.注意簡潔、明確.如例1的結論為“胰島素具有降低血糖的作用”；例2的結論為“葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產生和消耗”.

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