例析生物學(xué)探究性實驗題的解題思路

李盛豐

(廣東省東莞高級中學(xué) 東莞 523128)

以“假說—演繹”法為主線的探究性實驗題，是近年來生物學(xué)高考的熱門題型，常見的情況是需要設(shè)置對照實驗的探究性實驗題和經(jīng)典遺傳學(xué)探究性實驗題。學(xué)生解答此類試題的情況通常不太理想，其根源在于學(xué)生對“假說—演繹”法核心思想的理解不夠透徹，對實驗的假說、預(yù)期結(jié)果及結(jié)論之間的關(guān)系不甚明了。經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，筆者將探究性實驗題的分析思路與答題思路歸納如圖1。

圖1 探究性實驗題分析與答題思路圖

1 認(rèn)真審題，依據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘硖岢黾僬f

假說是依據(jù)已有的科學(xué)理論和科學(xué)事實，經(jīng)過分析與綜合、具體與抽象、歸納與演繹等思維活動，對所研究的對象設(shè)想出的一種或幾種可能性的答案或解釋。正確的假說不僅能夠解釋已有的實驗現(xiàn)象，而且能準(zhǔn)確預(yù)測實驗結(jié)果。假說正確與否，有賴于后續(xù)的實驗驗證： 如果實驗結(jié)果支持假說，則假說成立；反之，假說不成立。正確回答探究性實驗題，首先必須在認(rèn)真審題的基礎(chǔ)上，依據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘硖岢龊侠淼募僬f，這是解決問題的基礎(chǔ)。

例1 (2017年新課標(biāo)全國Ⅲ卷32)已知某種昆蟲的有眼(A)與無眼(a)、正常剛毛(B)與小剛毛(b)和正常翅(E)與斑翅(e)這3對相對性狀各受1對等位基因控制。現(xiàn)有3個純合品系： ①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不發(fā)生染色體變異和染色體交換，回答下列問題： 若A/a、B/b、E/e這3對等位基因都位于常染色體上，請以上述品系為材料，設(shè)計實驗來確定這3對等位基因是否分別位于3對染色體上(要求： 寫出實驗思路、預(yù)期實驗結(jié)果和得出結(jié)論)。

簡析： 本題的目的為探究A/a、B/b和E/e這3對等位基因是否分別位于3對染色體上，結(jié)合題中所提供材料，依據(jù)基因的自由組合定律，如果A/a、B/b位于2對染色體上，可讓F1代雙雜合子AaBb自交，后代4種表現(xiàn)型的比例應(yīng)為9∶3∶3∶1。據(jù)此，可提出如下3個假說： ①A/a、B/b在2對染色體上；②A/a、E/e在2對染色體上；③B/b、E/e在2對染色體上。

2 依據(jù)假說，演繹推測預(yù)期實驗結(jié)果

預(yù)期實驗結(jié)果是在實驗之前依據(jù)假說、結(jié)合實驗思路進(jìn)行演繹推理，對實驗產(chǎn)生的所有可能結(jié)果進(jìn)行的預(yù)測，其表現(xiàn)形式是實驗現(xiàn)象或測量數(shù)據(jù)。探究性實驗的預(yù)期結(jié)果不唯一，需分情況討論。預(yù)期結(jié)果的推測應(yīng)與所依據(jù)的假說相對應(yīng)。因此，預(yù)期結(jié)果不外乎兩類： 支持假說的預(yù)期結(jié)果和不支持假說的預(yù)期結(jié)果。

例2 (2017年新課標(biāo)全國Ⅰ卷29)(10分)根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型。有些病毒對人類健康會造成很大危害。通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計實驗以確定一種新病毒的類型。簡要寫出： ①實驗思路；②預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論即可(要求： 實驗包含可相互印證的甲、乙2個組)。

簡析： 本題的目的為探究某未知病毒的遺傳物質(zhì)為DNA還是RNA，要求使用放射性同位素標(biāo)記法進(jìn)行探究。本題的實驗原理為： 病毒復(fù)制時所需要的氨基酸、核苷酸等原料均來源于宿主細(xì)胞。可提出如下2點假說： ①該病毒的遺傳物質(zhì)為DNA；②該病毒的遺傳物質(zhì)為RNA。依據(jù)DNA與RNA堿基組成的差異： DNA含T不含U，RNA含U不含T。結(jié)合試題要求，可設(shè)計實驗思路為： 將宿主細(xì)胞分為甲、乙兩組，甲組細(xì)胞置于含放射性同位素標(biāo)記的T的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，乙組細(xì)胞置于含放射性同位素標(biāo)記的U的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。然后，分別向甲、乙兩組細(xì)胞中接種等量的未知病毒。一段時間后，檢測子代病毒的放射性。依據(jù)假說及實驗思路，可進(jìn)行演繹推理： ①如果該病毒的遺傳物質(zhì)為DNA，則該病毒的遺傳物質(zhì)含有堿基T而不含堿基U。因為甲組宿主細(xì)胞內(nèi)有放射性標(biāo)記的T而沒有放射性標(biāo)記的U，則在甲組宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的子代病毒的遺傳物質(zhì)中含有放射性堿基T。而在乙組細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的子代病毒的遺傳物質(zhì)不含放射性堿基T，則甲組子代病毒能被檢測出放射性，而乙組子代病毒不能檢測出放射性。②如果該病毒的遺傳物質(zhì)為RNA，則該病毒的遺傳物質(zhì)含有堿基U而不含堿基T，因為乙組宿主細(xì)胞內(nèi)有放射性標(biāo)記的堿基U而沒有放射性標(biāo)記的堿基T，則在乙組宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的子代病毒的遺傳物質(zhì)含有放射性堿基U。而在甲組細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的子代病毒的遺傳物質(zhì)不含放射性堿基U，則乙組子代病毒能被檢測出放射性，而甲組子代病毒不能檢測出放射性。

3 依據(jù)預(yù)期實驗結(jié)果，得出預(yù)期結(jié)論

預(yù)期實驗結(jié)果為實驗過程中或?qū)嶒灲Y(jié)束時可能發(fā)生的實驗現(xiàn)象，或可能測量到的實驗數(shù)據(jù)。實驗的預(yù)期結(jié)果不同于實驗結(jié)果： 實驗結(jié)果一定要等到實驗結(jié)束時才能得到，而預(yù)期結(jié)果則是依據(jù)假說、實驗原理以及實驗思路，在實驗前對可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果進(jìn)行的預(yù)測。依據(jù)預(yù)期結(jié)果得出的結(jié)論，是預(yù)期結(jié)論；而依據(jù)實驗結(jié)果得出的結(jié)論，才為實驗結(jié)論。實驗結(jié)果可能與預(yù)期結(jié)果一致，也可能與預(yù)期結(jié)果不一致： 若實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，則說明相應(yīng)的假說成立，可得出相應(yīng)的結(jié)論；否則，假說不成立，得出與假說不一致的結(jié)論。

例1可依據(jù)3點假說，結(jié)合自由組合定律，可設(shè)計實驗思路如下： 選擇①×②、②×③、①×③三個雜交組合分別得F1和F2。據(jù)此可進(jìn)行如下演繹推理： 如果A/a、B/b在兩對染色體上，則雜交組合①×②所得F2應(yīng)出現(xiàn)4種表現(xiàn)型，其比例為9∶3∶3∶1；同理，如果B/b、E/e和A/a、E/e也分別在兩對染色體上，則雜交組合②×③、①×③的F2也應(yīng)出現(xiàn)4種比例為9∶3∶3∶1的表現(xiàn)型。據(jù)此，可將預(yù)期結(jié)果及結(jié)論表述為： 如果3組雜交組合的F2均出現(xiàn)比例為9∶3∶3∶1的4種表現(xiàn)型，則說明A/a、B/b、E/e這3對基因分別位于3對染色體上；否則，A/a、B/b、E/e這3對基因不分別位于3對染色體上。

預(yù)期結(jié)論的得出要依據(jù)假說以及預(yù)期實驗結(jié)果。在例2中，預(yù)期結(jié)果及預(yù)期結(jié)論可表述為： 如果甲組子代能檢測到放射性而乙組不能，則說明該病毒的遺傳物質(zhì)為DNA；如果乙組子代病毒能檢測到放射性而甲組不能，則說明該病毒的遺傳物質(zhì)為RNA。