高考生物二轮复习实验专题五纠错和改进实验设计的解题策略和评价

高考生物二轮复习实验专题五纠错和改进实验设计的解题策略和评价

‎2012高考生物二轮复习实验专题（五）‎ ‎3.纠错和改进实验设计的解题策略和评价 此类试题主要考查学生对实验设计的严密性和科学性的把握，并以此为媒介，引导学生探求解决问题的思路、方法，进一步培养学生的科学素质和实验思维能力。‎ ‎3.1方法的纠错和改进 ‎ 此类试题给出了实验目的、步骤和结论，但因实验方法不当，使实验结论失去可信度，还需要指出纰漏加以完善。‎ ‎ 【例11】某生物科技小组为了证明镁和钾都是植物生活所必需的元素，他们设计了如下实验：‎ ‎ (1)配制溶液：①配制完全营养液甲。②配制无镁、钾的营养液乙。‎ ‎ (2)培养植株：将长势相似、数量相同的两组玉米幼苗分别种植在两个盛有沙土的容器内，分别浇灌甲和乙营养液。‎ ‎ (3)观察记录：定期观察记录幼苗生长状况。‎ ‎ (4)结果结论：①一定时间后，发现浇甲营养液的玉米生长旺盛，浇乙营养液的玉米弱小瘦黄。②镁、钾元素是植物生活必需的矿质元素。‎ ‎ 请分析该实验方案有无纰漏？若有请指出纰漏，再写出你的设计思路。‎ ‎【解析】该题的实验原理是溶液培养法，实验的目的不同，营养液的成分不同。若要证明钾或镁是植物必需的矿质元素，实验组植株必须只在缺钾或缺镁的培养液中培养。将植株放在同时缺镁、钾的营养液中培养，这样不但违背了单一变量的原则，而且与溶液培养法的原理不相符。把实验组和对照组都种植在盛有沙土的容器中，因沙土中有可能含有铁和钾元素，导致实验方案缺乏严谨性和科学性。此实验方案还缺少植株缺镁、钾后加入缺少元素恢复生长的过程，实验方案不够完善。‎ ‎【答案】该实验方案有三处错误：错误一：乙液配置有误；错误二：沙土栽培错误；错误三：缺少对症状植株恢复的步骤；‎ 正确的实验方案为：‎ ‎ (1)配制溶液：①配制完全营养液甲。②配制无镁的营养液乙。③配制无钾的营养液丙。‎ ‎ (2)培养植株：将长势相似、数量相同的3组玉米幼苗分别种植在3个盛有洗净沙砾的容器内，分别浇灌甲、乙、丙营养液。‎ ‎ (3)观察记录：定期观察记录幼苗生长状况。‎ ‎(4)结果：一定时间后，发现浇甲营养液的玉米生长旺盛，浇乙、丙营养液的玉米弱小瘦黄。在乙营养液中补充镁元素，在丙营养液中补充钾元素，一段时间后，这两组营养液中的玉米幼苗又恢复正常。‎ ‎（5）结论：镁、钾元素是植物生活必需的矿质元素。‎ ‎ 【评价】这是一道以溶液培养法的基础知识为载体，设计改进实验方案的实验题。主要考查学生对植物必需元素的理解和运用，以及对题给信息的分析和处理能力。‎ ‎3.2控制条件的纠错和改进 ‎ 此类试题主要考查学生对实验条件如温度、pH、O2‎ 浓度、物质的质和量的把握。实验条件不同，所得的结论各异。这类题目对于检测学生的审题能力和实验分析能力具有较好的效果。‎ ‎ 【例12】为了证实“甲状腺激素及甲状腺抑制剂对蝌蚪发育的影响”，某同学制定下列方案：‎ ‎ a.取两个玻璃缸分别编号为1号、2号； ‎ ‎ b.在两个玻璃缸中，分别加入等量(且适量)的水和新鲜水草，然后在每个玻璃缸中分别放入lO条发育状况不同的蝌蚪；‎ ‎ c.向l号缸投放含甲状腺制剂的饲料，2号缸投放含甲状腺抑制剂的饲料；‎ ‎ d.每天分别向两缸中投放一些饲料；‎ ‎ e.每隔一段时间观察一次，观察时用小网将蝌蚪捞出放在培养皿中，再将培养皿放在坐标纸上(‎1 mm×‎1 mm)，观察并且测量蝌蚪的体长变化(前肢和后肢的生长情况，尾的变化等)。上述实验设计方案中，有一些明显的设计缺陷或不足，请你修改并完善该设计方案。‎ ‎(1)该设计方案的明显缺陷是 ‎ ‎ ，因此，a过程应该为(只需陈述修改内容，下同) ‎ ‎ ；‎ c过程应该为 ‎ ‎(2)方案中存在着引起实验误差的不妥之处，b过程的不妥之处应该改为 ‎ ‎ ；d过程的不妥之处应该改为 ‎ ‎ ‎ ‎【解析】本题考查了甲状腺激素和甲状腺抑制剂的生理作用。应设两组对照实验，一组为条件对照，在饲料中加入甲状腺抑制剂.一组为空白对照，只加入普通饲料。通过对照组和实验组实验结果比较，才能充分说明实验组中所施加的因素——甲状腺激素的生理作用，否则只用条件对照无法说明问题。实验设计应遵循单一变量的原则，对实验条件要严格控制，如蝌蚪的大小，投放饲料和药剂的量，否则实验不易成功。‎ ‎【答案】（1）该实验设计方案的明显缺陷是缺少空白对照；在a过程再加1个玻璃缸编为3号（或：取三个玻璃缸分别编号为1号、2号、3号）；c过程应为：在3号缸内，投放和1号、2号缸数目大小相同的蝌蚪、普通的饲料，不加任何药剂，作为空白对照，来增强实验的可信度和说服力。（2）b过程中“发育状况不同的蝌蚪”应改为“同时孵化出的发育状况相同的蝌蚪”；d过程中的“一些饲料”应改为“等量饲料”。‎ ‎ 【评价】本题以“甲状腺激素促进幼小动物发育”的知识为背景，综合考查了实验设计的两个基本原则——“对照原则”和“控制单一变量原则”。还考查了学生应用生物学基本知识分析和解决有关问题的能力。‎ ‎ 【例13】有人对促进植物开花是否与生长素萘乙酸(NAA)有关进行了实验研究，过程如下：‎ 方法：取水仙球茎24个分成两组。‎ 操作见下表：‎ 组名 处理方法 对照组 水仙球茎不剥去鳞茎，不加NAA，让其自然生长 实验组 剥去鳞茎，仅取出花苞，共得18个，消毒后种于MS培养基中，其中加入NAA (O.1mg/L)，每瓶种一个 ‎ 实验结果：实验组除个别瓶污染外，其余均在一周时破苞开花，而对照组则比实验组晚开花一个半月。请回答问题：‎ ‎ (1)本实验可得到的结论是什么？‎ ‎ ‎ ‎(2)本实验是否有不妥之处？若有，请指出不妥之处。再设计出一套合理的实验方案。‎ ‎【解析】实验组花苞用NAA处理，一般在一周时开花，而对照组花苞未用NAA处理，结果比实验组花苞开花晚一个半月。可见，生长素NAA的确能促进植物开花，而从实验设计的科学性角度出发。‎ ‎【答案】（1）结论：生长素NAA能促进植物开花。（2）本实验存在诸多不妥之处：①本实验在分组时应将24个球茎随机均分成两组，而不是对照组6个，实验组18个。②从鳞茎内取出的花苞放在培养基上能提前开花，鳞茎内花苞开花晚可能是鳞茎内有抑制花苞发育的物质存在。因此对照组的水仙球茎也应剥去鳞茎或保留实验组的鳞茎。③实验组种于MS培养基中，而对照组自然生长，开花早晚也可能与培养基有关。因此实验组和对照组都应种于MS培养基或都让其自然生长。‎ 根据以上分析可构建出如下实验方案：①取生长发育状况相同的水仙球茎24个，随机均分成两组。②将水仙球茎消毒后种于MS培养基中，每瓶种一个。③实验组中加适量的0.1 mg/L的NAA，对照组不加NAA，然后放在相同温暖的地方培养，定期观察两组水仙球茎的生长发育状况。‎ ‎ 【评价】教材仅介绍了生长素能促进植物生长的知识，并未提及生长素NAA能促进植物开花。而本题是以新知识为背景，考查学生对实验设计过程中单一变量的理解和应用，及对实验结论推理和判断能力。 ‎ ‎3.3实验程序的纠错和改进 ‎ 此类题目给出了实验操作的一系列步骤。要求学生分析评价解题程序的科学性和规范性。找准解题切入点，避开误区，设计最佳实验方案。‎ ‎ 【例14】为验证pH对唾液淀粉酶活性的影响，某位学生设计如下： ‎ ‎ (1)在1～3号试管中分别加入O.5％的新鲜可溶性淀粉液2.O mL。‎ ‎ (2)分别向l～3号试管中加O.5％唾液1.O mL。 ‎ ‎ (3)向1号试管注入1.0 mL蒸馏水，向2号试管注入质量分数为5％的NaOH溶液1.0 mL，向3号试管注入质量分数为5％的HCl溶液1.0 mL。‎ ‎ (4)振荡这3支试管，使试管内的液体混合均匀。然后，将3支试管下半部浸入‎60℃‎左右的热水浴中，保持5 min。‎ ‎ (5)在3支试管中加入2.O mL斐林试剂振荡后，将3支试管的下半部放入盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min。观察3支试管中溶液的变化情况，记录结果。‎ ‎ 该学生的设计方案，有无不妥之处？若有请改正并指出原因。‎ ‎【解析】唾液淀粉酶可使淀粉水解成麦芽糖，麦芽糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。关于pH对酶活性影响的实验中，操作时必须先将酶置于不同环境条件下(加清水、加NaOH溶液、加HCl溶液)，使酶的活性发生改变，然后再加入可溶性淀粉液。如果改变顺序，先加可溶性淀粉液和唾液淀粉酶溶液，后放入不同环境中，则会因酶还没有接触NaOH溶液和HCl溶液，活性很高，使3支试管中都有还原糖(麦芽糖)生成，最终会出现3支试管中溶液均变成砖红色，看不到pH对酶活性的影响。‎ ‎【答案】该实验的实验步骤顺序有误，正确顺序应 为：(2)→(3)→(1)→(4)→(5)。因为一旦将(1)提前，在酶还没有失去活性的情况下，会使淀粉分解产生还原糖，使3支试管中溶液均变成砖红色，导致实验失败。‎ ‎ 【评价】验证pH对酶活性的影响，一定要先使酶的活性发生改变后，再加入淀粉，否则会影响实验效果。做这类题时，应依据教材实验方案和自己做实验的经验，进行分析判断，从中找出错误并加以改正。‎ ‎3.4实验方案的纠错和改进 ‎ 题目中给出了若干实验设计的方案，要求学生评价给定的设计方案，并根据题目的要求，设计出自己的思路。解题时需通过阅读原材料，找出解题的关键，再根据题目中所涉及的生物学概念和原理，构建出自己的思维体系。 ‎ ‎ 【例15】为了“鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液”，两位同学根据所给的材料和用具进行了实验设计，请分析这两个实验思路是否有不妥之处？再写出你的设计思路，并分析实验结果。‎ ‎ 实验材料用具：一瓶10％蔗糖溶液，一瓶30％的蔗糖溶液，250mL烧杯一只，半透膜制成的透析袋一只，刻度玻璃管一支，细线一根，支架一个。‎ ‎ (1)实验方案一：将10％的蔗糖溶液倒入烧杯中，将30％的蔗糖溶液灌满透析袋，将刻度玻璃管插入袋内溶液中，用线将袋口和玻璃管扎紧。将插有刻度玻璃管的透析袋放入有溶液的烧杯中，垂直固定于支架上，记录玻璃管液面的刻度，一段时间后，观察玻璃管的液面刻度，确定液面是升还是降。 ‎ ‎ (2)实验方案二：将一瓶蔗糖溶液倒入烧杯中，将另一瓶蔗糖溶液灌满透析袋，用一根细线将袋口扎紧后，放入有溶液的烧杯中，固定于支架上，用另一根细线系住刻度玻璃管的一端并垂直固定于支架上，另一端放入盛有溶液的烧杯中，记录玻璃管液面的刻度。一段时间后，观察玻璃管上的液面刻度，确定液面是升还是降。‎ ‎ ‎ ‎【解析】解答这类实验设计题，可按以下步骤进行：明确实验目的→分析实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果并分析。本实验目的是鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，原理是渗透作用。‎ 必须具备两个条件：一是具有一层半透膜；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。分析实验原理时要注意题目所给的条件(半透膜制成的透析袋，两种不同浓度的蔗糖溶液)，结合有关渗透知识(水分子总是从溶液浓度较低的一侧通过半透膜向溶液浓度较高的一侧渗透)，根据实验目的、实验原理和本题提供的实验器材，确定实验思路：必须将两瓶浓度不同的蔗糖溶液分别置于透析袋的两侧，通过观察渗透作用现象来判断溶液的浓度。‎ ‎【答案】不妥之处：‎ 实验方案一：把这两瓶待测浓度的蔗糖溶液当成已知浓度的蔗糖溶液来设计实验，混淆了已知与未知的条件，实属本末倒置。‎ 实验方案二：已知条件给出了一根细线，而实验中却用了两根细线，不符合题目条件要求。刻度玻璃管放入盛有溶液的烧杯中，刻度玻璃管内外溶液无压力差，液面不会发生变化。‎ ‎ 正确的实验设计方案为：‎ ‎ (1)将一瓶蔗糖溶液倒入烧杯中；‎ ‎ (2)将另一瓶蔗糖溶液灌满透析袋，将刻度玻璃管插入袋内溶液中，用细线将袋口和玻管扎紧；‎ ‎ (3)将插入刻度玻管的透析袋放入有溶液的烧杯中，垂直固定于支架上，记录玻璃管液面的刻度；‎ ‎ (4)一段时间后，观察玻璃管上的液面刻度，确定液面是升还是降。‎ ‎ 结果分析：如果液面升高，则透析膜中的溶液是30％的蔗糖溶液，烧杯中的溶液是lo％的蔗糖溶液；反之，可推断透析袋中是10％的蔗糖溶液，烧杯中的是30％的蔗糖溶液。‎ ‎ 【评价】解此类题关键是要分析题目给出了哪些已知条件和待定条件，并注意实验设计时除非条件允许，否则不能随意增加实验试剂和材料。‎