高考生物實驗類試題的解法總結(jié)

安徽 吳志強 宋樹宿

高中生物的必修部分，概括起來是由四個系統(tǒng)構(gòu)建起來的主線。即以細胞為核心的細胞系統(tǒng)、以遺傳與變異為主導的基因系統(tǒng)、宏觀和微觀視野下的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和生物實踐與探究的實驗系統(tǒng)。其中，實驗系統(tǒng)是近年高考考查的重點，也是難點部分。筆者將應試中出現(xiàn)的一些常用實驗方法簡單的總結(jié)為“一二三四”，以期為高三復習教學提供參考。

一、單一變量尋找實驗目的

實驗目的的確認是實驗類試題解答的第一步，一般可通過對單一變量的分析將其找出。實驗設計的變量分別有自變量、因變量、無關(guān)變量三種。通常所說的實驗設計遵循單一變量原則中的單一變量就是指自變量。有的試題可以根據(jù)題目信息，直接寫出實驗目的。試題中出現(xiàn)的“驗證×××”或“探究×××”即為該實驗的目的。也有些試題沒有相關(guān)的文字信息，而是給出實驗裝置或?qū)嶒灛F(xiàn)象，要求考生推斷實驗目的。這種試題的難度較前一種情況的難度要大些，試題考查的更多是理性思維。因此，在高三復習教學中，教師首先需要引導學生確定實驗的自變量和因變量，再尋找自變量和因變量之間的關(guān)系，由此尋找并確定實驗的目的。

【例1】圖1表示3株經(jīng)充分“饑餓”處理的長勢相同的同種植株，放在透光的不同鐘罩內(nèi)。

圖1

該實驗的目的是_____________________________。

【答案】探究CO2濃度與光合速率的關(guān)系

【解析】

二、雙變量探究類實驗設計巧解

具備初步探究一些生物學問題、恰當評價和完善實驗方案的能力是高考生物的能力要求之一。考試中常出現(xiàn)同時探究甲、乙兩種變量對實驗結(jié)果影響的題目，其實驗設計的一般思路是：首先設計對照組，在甲、乙兩種變量都存在而且適宜的條件下或甲、乙兩種變量都不存在的條件下進行實驗一；其次設計兩個實驗組，在單一對照的原則下，僅改變變量甲，進行實驗二；僅改變變量乙，進行實驗三；最后預測實驗現(xiàn)象并進行結(jié)果分析，可以根據(jù)實驗一、二、三的現(xiàn)象，從以下四個方面分析得出實驗結(jié)論：①如果實驗一、二、三的現(xiàn)象相同，說明甲、乙兩種變量對實驗結(jié)果均沒有影響；②如果實驗二、三的現(xiàn)象相同，與實驗一的現(xiàn)象不同，說明甲、乙兩種變量對實驗結(jié)果均有影響；③如果實驗一、二的現(xiàn)象相同，與實驗三的現(xiàn)象不同，說明只有變量乙對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響；④如果實驗一、三的現(xiàn)象相同，與實驗二的現(xiàn)象不同，說明只有變量甲對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。

【例2】酵母菌在氧氣充足條件下不能進行酒精發(fā)酵，有同學認為是氧氣抑制了酵母菌無氧呼吸，也有同學認為是有氧呼吸產(chǎn)生的ATP抑制了酵母菌無氧呼吸。請設計實驗探究酵母菌在氧氣充足條件下不能進行無氧呼吸的原因。

實驗試劑和用品：錐形瓶、酵母菌細胞（試劑1）、質(zhì)量分數(shù)5%的葡萄糖溶液、酵母菌破碎后經(jīng)離心處理得到的只含有酵母菌細胞質(zhì)基質(zhì)的上清液（試劑2）和只含有酵母菌細胞器的沉淀物（試劑3），ATP溶液、蒸餾水、其他常用器材和試劑。

完成下列實驗步驟：

（1）取錐形瓶等連接成如下三套裝置，依次編號為A、B、C。1號錐形瓶中加入質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液，3號錐形瓶中加入澄清石灰水。

（2）A裝置的錐形瓶2中加入_______；B裝置的錐形瓶2中加入________；C裝置的錐形瓶2中加入____。

（3）A、B、C三套裝置均先持續(xù)通入氮氣5 min，去除錐形瓶中的氧氣，再將A、B、C三套裝置分別作如下處理：A裝置________，B裝置________，C裝置________。

（4）將三套裝置放在溫度適宜（25～35℃）的相同條件下培養(yǎng)相同時間（8～10 h）。

（5）觀察_______，判斷三套裝置內(nèi)是否進行無氧呼吸。

預期實驗結(jié)果并得出相應結(jié)論：

①_________________________________________；

②__________________________________________；

③_________________________________________；

④__________________________________________。

【答案】（2）10mL的試劑2、10 mL質(zhì)量分數(shù)5%的葡萄糖溶液、2 mL 蒸餾水 10 mL 的試劑2、10 mL質(zhì)量分數(shù)5%的葡萄糖溶液、2 mL的ATP溶液 10 mL的試劑2、10 mL質(zhì)量分數(shù)5%的葡萄糖溶液、2 mL蒸餾水（試劑量需強調(diào)等量，對用量不作具體要求）

（3）持續(xù)通入N2持續(xù)通入N2持續(xù)通入空氣

（5）澄清石灰水是否變渾濁 ①若三套裝置內(nèi)3號瓶均變渾濁，則酵母菌無氧呼吸不受ATP抑制，也不受氧氣抑制 ②若A裝置內(nèi)3號瓶變渾濁，B裝置內(nèi)3號瓶不變渾濁，C裝置內(nèi)3號瓶不變渾濁，則酵母菌無氧呼吸既受ATP抑制，也受氧氣抑制 ③若A裝置內(nèi)3號瓶變渾濁，B裝置內(nèi)3號瓶變渾濁，C裝置內(nèi)3號瓶不變渾濁，則酵母菌無氧呼吸不受ATP抑制，受氧氣抑制 ④若A裝置內(nèi)3號瓶變渾濁，B裝置內(nèi)3號瓶不變渾濁，C裝置內(nèi)3號瓶變渾濁，則酵母菌無氧呼吸受ATP抑制，不受氧氣抑制

【解析】本題要求同時探究氧氣、有氧呼吸產(chǎn)生的ATP是否抑制了酵母菌無氧呼吸，酵母菌無氧呼吸的場所是細胞質(zhì)基質(zhì)，實際就是題中所提供的試劑2，根據(jù)方法提示，做三組實驗：

實驗一：氧氣、有氧呼吸產(chǎn)生的ATP都不存在的條件下的實驗

實驗二：只有氧呼吸產(chǎn)生的ATP存在的條件下的實驗

實驗三：只氧氣存在的條件下的實驗

如下表：

注：“+”表示添加“－”表示沒有添加

三、三段分析實驗原理

實驗原理一般由三段組成，即自變量和因變量的關(guān)系＋因變量的觀測指標＋實驗具體過程的描述。自變量的作用（反應）原理，即為什么這么做，需要教師在組織教學中，應引導學生密切關(guān)注實驗目的及題干信息，注意充分利用題干的提示或聯(lián)系教材基礎知識進行準確描述。因變量的檢測原理（或操作原理、現(xiàn)象原理），即為什么出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象。

【例3】根據(jù)提供的實驗材料及用具，食品衛(wèi)生質(zhì)量檢驗人員設計了一個檢測稻米新鮮程度的簡易實驗。

實驗目的：根據(jù)過氧化氫酶活性的強弱來鑒別稻米是新稻米還是陳稻米。

材料、用具：新稻米、待測稻米、質(zhì)量分數(shù)為1%的愈創(chuàng)木酚（氧氣存在時被氧化成紅褐色物質(zhì)，與氧濃度呈正相關(guān)）等。

實驗步驟：

第一步：取兩支具塞試管，分別編號為A和B；A管內(nèi)放入適量的新稻米，B管內(nèi)放入等量的待測稻米。

第二步：用移液管分別向兩支試管內(nèi)加入等量且適量的質(zhì)量分數(shù)為1%的愈創(chuàng)木酚溶液，浸沒稻米，塞上試管塞，充分搖勻，靜置一段時間后，棄掉多余液體。

第三步：將兩支試管中浸有1%愈創(chuàng)木酚的稻米分別倒入兩個對應編號的培養(yǎng)皿中，用鑷子攤開，然后，用移液管吸取體積分數(shù)為1%的過氧化氫分別滴入培養(yǎng)皿內(nèi)，使所有稻米都浸有過氧化氫。

第四步：一段時間后，用放大鏡觀察兩培養(yǎng)皿中稻米的顏色變化。

預期結(jié)果及結(jié)論：A培養(yǎng)皿中的新稻米呈紅褐色。B培養(yǎng)皿中的待測稻米若顏色很淺或幾乎無色，則是陳稻米；若待測稻米顏色也呈紅褐色，則是新稻米。

請據(jù)此準確書寫本實驗的實驗原理：______________。

【答案】植物體內(nèi)的過氧化氫酶在有過氧化氫存在時，能使某些酚類物質(zhì)(如愈創(chuàng)木酚)氧化成紅褐色物質(zhì)，其顏色的深淺與過氧化氫酶活性呈正相關(guān)

【解析】實驗原理可以依據(jù)已知的實驗目的和材料書寫，也可以在實驗完成后，根據(jù)實驗的過程和步驟等書寫。其內(nèi)容一方面?zhèn)戎赜趯懗鰹槭裁催@樣操作，另一方面?zhèn)戎赜趯懗鰹槭裁闯霈F(xiàn)這樣的現(xiàn)象。這里面涵蓋了自變量作用的科學依據(jù)、操作自變量的原理和因變量獲得的原理等。依據(jù)實驗目的可知，本實驗的自變量為過氧化氫酶活性的強弱，再結(jié)合實驗材料、用具可知，因變量為質(zhì)量分數(shù)1%的愈創(chuàng)木酚氧化后的顏色變化。因此，實驗原理可概括為①植物體內(nèi)的過氧化氫酶在有過氧化氫存在時，能使愈創(chuàng)木酚氧化成紅褐色物質(zhì)；②愈創(chuàng)木酚氧化后顏色的深淺與過氧化氫酶活性呈正相關(guān)。

四、四步規(guī)范書寫實驗步驟

每年的高考中都會出現(xiàn)實驗設計類的試題，有的需要寫實驗思路、有的直接要求完善實驗步驟。通過對這些試題的考查暴露出最多的問題就是考生的書寫和表達能力的缺失。因此，在平時的復習中，教師要尤為關(guān)注對實驗步驟的規(guī)范書寫。

生物學實驗規(guī)范的步驟大致可分為四步：（1）材料分組編號(設置對照實驗)，這里需要注意材料應具有同一性，分組應具有隨機性，編號應具有規(guī)范性；（2）對不同的對象施以不同的處理(控制自變量)。施加實驗條件時，需遵循對照原則和單一變量原則，如實驗組添加試劑時，對照組須添加等量蒸餾水，有時須添加等量的該實驗生物的等滲溶液；（3）給予相同且適宜的條件(控制無關(guān)變量)，排除或隔離無關(guān)變量對實驗效果的影響。例如在驗證生長素能促進果實發(fā)育的實驗中，一組要求無生長素，需在開花前用紙袋將雌花套住，隔離外來花粉的干擾；（4）實驗結(jié)果的觀察與記錄(因變量的預測)。將兩套或多套裝置放在相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)（或用相應方法處理，如振蕩、加熱等），一段時間后觀察現(xiàn)象并做好記錄（一般是計算出平均值），如A組中出現(xiàn)了……現(xiàn)象，B組中出現(xiàn)了……現(xiàn)象，或A組比B組……

【例4】1928年英國細菌學家格里菲思想研制出能夠抗肺炎雙球菌的疫苗。肺炎雙球菌初次進入小鼠體內(nèi)后，一般先要經(jīng)過吞噬細胞的攝取和處理，將其內(nèi)部隱藏的抗原決定簇暴露出來，并傳遞給T細胞。T細胞釋放淋巴因子作用于小鼠體內(nèi)的B細胞，B細胞進而增殖分化為漿細胞，漿細胞產(chǎn)生抗肺炎雙球菌的抗體發(fā)揮免疫效應。有人設想抗R型細菌的抗體也能抗S型細菌（R型細菌可以作為S型細菌的疫苗）。請設計一個實驗驗證這一想法：

實驗目的：驗證抗R型細菌的抗體也能抗S型細菌（R型細菌可以作為S型細菌的疫苗）。

實驗原理：動物體受到外界抗原性物質(zhì)刺激后可以產(chǎn)生特異性抗體，將抗原消滅。

實驗材料：實驗小鼠若干只、S型活菌、R型活菌、生理鹽水、注射器等（提示：可用生理鹽水配制一定濃度的活菌液，但濃度和劑量不作要求）。

實驗過程：

①__________________________________________；

②__________________________________________；

③_________________________________________。

實驗結(jié)果及結(jié)論：甲組小鼠存活，而乙組小鼠死亡，說明抗R型細菌的抗體也能抗S型細菌（R型細菌可以作為S型細菌的疫苗）。

【答案】①取實驗小鼠若干只，均等地分成兩組，分別編號為甲組和乙組

②在甲組小鼠體內(nèi)注射用生理鹽水配制的R型活菌液1 mL，在乙組小鼠體內(nèi)注射生理鹽水1 mL

③一段時間后，再分別給甲、乙兩組小鼠注射用生理鹽水配制的S型活菌液1 mL，觀察兩組小鼠的生活狀況

【解析】通過對實驗目的的分析，可知本實驗的自變量是抗R型細菌抗體的有無。再依據(jù)實驗結(jié)果及結(jié)論對實驗過程進行設計：對小鼠進行分組編號，如將小鼠均等地分為甲、乙兩組；然后一組施以變量（注射一定量的用生理鹽水配制的R型活菌液）處理，另一組注射等量生理鹽水作為對照組；一定時間后，分別對兩組小鼠注射一定量的用生理鹽水配制的S型活菌液，觀察兩組小鼠的生活狀況。

五、結(jié)語

高中生物實驗按照不同的劃分標準，會出現(xiàn)不同的類別。如按實驗類型可分為顯微觀察類、驗證鑒定類、調(diào)查模擬類和探究設計類；按考查角度可分為實驗目的和原理、實驗方法和操作、實驗結(jié)果和結(jié)論；按高考題型可分為驗證性實驗、探究性實驗、評價和修正性實驗；按試題題材類型可分為文字信息類、曲線數(shù)據(jù)類和表格數(shù)據(jù)類。無論是哪種類型，都需要考生具備生物科學探究和理性思維等核心素養(yǎng)。這些都是《高中生物課程標準》的課程目標之一。

高中生物教材中提供了形式、內(nèi)容豐富的實驗教學材料。實驗既是深受學生喜愛的課堂教學形式，也是培養(yǎng)學生觀察能力、思維能力、分析問題和解決問題等科學探究能力的有效途徑。因此，教師要積極利用教材中的實驗教學素材來組織高三復習教學，遵循從扎牢基礎知識到提高解題技能到內(nèi)化規(guī)律方法的過程。充分重視對學生實驗探究能力的養(yǎng)成，在實驗設計和實踐活動過程中，改變教學方式，敢于創(chuàng)新，更好更快地幫助學生形成科學觀點和批判性思維，讓學生掌握科學的方法和技能，提高科學探究能力。