也談對江蘇２００８年高考實驗設計題的一點看法

胡道旭

題目:(2008年高考生物江蘇卷)某同學進行實驗,甲圖為實驗開始狀態,乙圖為實驗結束狀態。請在乙圖所示實驗結果的基礎上繼續實驗,探究蔗糖的水解產物能否通過半透膜。

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)設計出繼續實驗的簡要步驟:①___________________;②___________________。

(2)預測實驗現象并做出結論。____________________________。

參考答案:(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兩管內液面的變化;②吸取a、b兩管內適量液體,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試管內有無磚紅色沉淀。

(2)如果a、b兩試管液面高度差縮小且A、B試管內均有磚紅色沉淀,則蔗糖的水解產物能通過半透膜;如果a、b兩管液面高度差增大且A試管內無磚紅色沉淀、B試管內有磚紅色沉淀,則蔗糖的水解產物不能通過半透膜。

該題目王振濤老師(江蘇省東海高級中學)已作分析并提出自己的看法(見《中學生物教學》2009年1、2合刊第99頁)。筆者對該題也有一點看法:

該問題的解決首先讀甲、乙兩圖,從中了解滲透作用的原理及滲透作用發生的條件,這些只是題目的支架,還要聯系蔗糖及其水解產物的性質和鑒定方法,這才是繼續探究所用到的實驗原理。其次,從實驗目的“探究蔗糖的水解產物能否通過半透膜”的角度出發,確定實驗中的變量(自變量、因變量、無關變量)和觀測指標以及對它們科學合理的分析,并以此為基礎設計實驗步驟。再次,對實驗現象的預測和得出結論要緊扣實驗目的中的“是否”二字,不要離題,要結合實驗原理、觀測指標、實驗現象作出分析,還要注意文字表述的嚴謹、規范和準確。現從以下三個方面作一分析。

分析1:液面的變化。

滲透作用(osmosis)兩種不同濃度的溶液隔以半透膜(允許溶劑分子通過,不允許溶質分子通過的膜),水分子或其它溶劑分子從低濃度的溶液通過半透膜進入高濃度溶液中的現象。滲透時溶劑通過半透膜的壓力就是滲透壓,水溶液中溶質的數量(即溶質的物質的量濃度mol/L)決定該溶液的滲透壓。或水分子從水勢高的一方通過半透膜向水勢低的一方移動的現象。

影響液面變化的因素:(1)a、b兩管分別加入等量蔗糖酶溶液。向a、b兩管分別加入等量、等濃度的蔗糖酶溶液后,將會改變a、b兩側的濃度。a側由于有較少的水,將會稀釋加入的蔗糖酶溶液,b側將會有較多的水來稀釋加入的蔗糖酶溶液,稀釋后a側蔗糖酶溶液的濃度將會大于b側,而乙圖是實驗結束達到平衡的狀態,這樣將會有較多的水向a側滲透。(2)蔗糖在蔗糖酶的作用下的分解。1mol蔗糖在蔗糖酶的作用下分解成1mol的葡萄糖和1mol的果糖,使得b側溶液中物質的量濃度增加1倍,而滲透壓是與物質的量濃度有關而與物質的顆粒大小無關,這樣會使b側液面繼續上升。(3)分解產物葡萄糖和果糖的滲透。如果分解產物葡萄糖和果糖不能透過半透膜,b側液面會上升而達到新的平衡;如果分解產物葡萄糖和果糖能透過半透膜而引起a側物質的量濃度增大,a側液面上升b側液面下降也會達到一個新的平衡。就算不考慮影響因素(1),蔗糖在蔗糖酶的作用下分解要首先發生,而且給以蔗糖酶一個適宜的條件,其分解的速度是高效的,就算分解產物能通過半透膜,其通過的速率和分解速率相比是不一樣的,結果將會是b側先上升后下降。所以參考答案(1)①中觀察a、b兩管內液面的變化目的是等待蔗糖的分解完成且造成的滲透作用已發生并達到新的平衡。

分析2:觀測指標。

從參考答案的敘述“如果a、b兩試管液面高度差縮小且A、B試管內均有磚紅色沉淀…”中我們可以看出有兩個觀測指標,還是在同時考慮,筆者認為這樣欠妥,檢測還原性糖應該在液面復雜的變化以后才能進行,實驗中兩者的現象有先后,不是同時產生的,液面的變化不僅是復雜的而且是表面的,它并不能直接指向蔗糖的水解產物,這中間有一個演繹推理的過程,當然這并不是不可以,而檢測a側還原性糖這一指標是直接指向題目要求“探究蔗糖的水解產物能否通過半透膜”的,另外從增添的實驗材料來看,我們可以不考慮把試管的液面的變化作為觀測指標。

分析3:A、B兩試管還原性糖的鑒定。

用A、B兩試管分別檢測a、b兩側的還原糖的有無,筆者認為是科學的而且是必要的。對B試管檢測b側還原性糖一方面起到確信蔗糖的分解和與A試管對照的作用,另一方面用“B試管有磚紅色沉淀而A試管沒有”來對“蔗糖的水解產物不能通過半透膜”這一可能性下結論更具科學性。

所以,參考答案可敘述為(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兩管內液面的變化;②直至液面不再變化時,吸取a、b兩管內適量液體,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試管內有無磚紅色沉淀。

(2)如果A、B試管內均有磚紅色沉淀,則蔗糖的水解產物能通過半透膜;如果A試管內無磚紅色沉淀、B試管內有磚紅色沉淀,則蔗糖的水解產物不能通過半透膜。

這樣,不在考慮液面變化的復雜性,直接檢驗蔗糖的水解產物—還原性糖,使題目中的第(2)問“預測實驗現象并做出結論”的分析與敘述更科學、簡潔也更符合題目“探究蔗糖的水解產物能否通過半透膜”的要求。

參考文獻

[1]《生物1必修分子與細胞?教學指南》.江蘇:鳳凰出版傳媒集團江蘇教育出版社,2008:60