高三生物备考—培养学生科学探究能力的思考

普通高中生物新课程标准（实验）提高生物科学素养；面向全体学生；倡导探究性学习 ；注重与现实生活的联系。明确提出了生物新课程的四个理念：普通高中生物新课程标准（实验）新课程的三维目标：包括了知识、情感态度与价值观和 能力 三个方面的具体要求。生物学科命题要体现生物课程属于 科学课程的性质 ；要重视考生科学素养的考查， 在生物科学和技术的基础知识、 科学探究的方法 、获取新知识和处理信息的能力、思维能力、分析和解决实际问题的能力等方面对考生的表现进行测量 ；要重视理论联系实际，关注科学技术、社会经济和生态环境的协调发展。 2009年浙江省理年浙江省理 科综合科综合 考试说明考试说明（一）理解能力（二） 实验与探究能力1.能独立完成 “ 生物知识内容表 ” 所列的生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。2.具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。3.具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查，假说演绎、建立模型与系统分析等 科学研究方法 。4.能对一些简单的 实验方案 进行 设计 并作出恰当的 评价和修正 。（三）获取信息的能力（四）综合运用能力2009年浙江省理年浙江省理 科综合科综合 考试说明考试说明科学探究能力所谓科学探究能力（科学过程技能）是指从事 科学研究工作 的能力，包括一些工作方法 、 技能 和 思想方法 ，例如观察、测量、分类、计算、对数据进行组织处理与表达、预期与设计、推论等。 新课程 中所要求 科学探究能力（ 1）客观地观察和描述生物现象；（ 2）通过观察或从现实生活中提出与生物学相关的、可以探究的问题；（ 3）分析问题，阐明与研究该问题相关的知识；（ 4）确认变量；（ 5）作出假设和预期；（ 6）设计可行的实验方案；（ 7）实施实验方案，收集证据；（ 8）利用数学方法处理、解释数据；（ 9）根据证据作出合理判断；（ 10）用准确的术语、图表介绍研究方法和结果，阐明观点；（ 11）听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护以及作必要的反思和修改。2008年的考试说明中描述为年的考试说明中描述为包括确认变量、作出假设和预期、设计可行的研究方案、处理和解释数据、根据数据作出合理的判断等； 核心： 构建 “假设 演绎法 ”基本模式根据 问题 提出假 设设计实验验证 假设设计实验方案 阶 段实 施 实验方案 阶 段实验 原理实验 器材和用具实验 步 骤预 期 结 果实 施 实验步 骤观 察 测 量实验结 果对 假 设 作出判断如果 观 察到的事 实 与 预 期的 结 果相符合 ,则证实 假 设 是正确的；如果不相符 ,则 假 设 就必 须 修正或 摈 弃。 一、提出假设 1、 明确 提出假设的目的假设是根据已有的知识和生活经验，为解答问题而提出尝试性的回答。例如： 1925年两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰好为红细胞表面积的 2倍。提出了 “ 脂质在膜上是双分子层分布 ” 的假设。 2、假设的提出具有合理性任何一个假设提出不是凭空猜想，必须以已经发现的事实材料和已知的科学原理为依据， 虽不充分，但却真实可靠。例：从细胞膜电镜下的 “暗明暗 ”三层结构 “ 蛋白质脂质蛋白质 ”单位膜模型的假设。一、提出假设 3、假设具有预测性 假设虽然是在不完全或不充分的经验事实基础上推导出来的，有待于实践的证实，也只有经过科学实践的检验才能发展为理论。然而假设的合理性又使它对一些现象或事件的出现能够做出尝试性的、合理的解释，因而有一定的预测性。 实际所预期的往往不是假设本身而是假设的推论，即从该假设中演绎推理出来的推论（即预期实验结果）。如为了检验 “ 原生质层相当于半透膜 ” 这一假设，并没有直接从微观上去看水分子可以透过、蔗糖分子不能透过，而是演绎出宏观现象质壁分离和质壁分离复原。实验发现葡萄糖不能通过人工的无蛋白质的磷脂双分子层膜，但细胞可以吸收葡萄糖的事实，为什么？提出你的假设 。分析：细胞膜的结构与人工脂质膜有别，还有蛋白质分子，葡萄糖的通过是否会与蛋白质有关？从而提出假设： 葡萄糖的跨膜运输与膜蛋白有关。举例一、提出假设 （ 2008年四川理 综 卷 30 ） 为 确定人体在运 动时 呼出气体中的 CO2浓 度是否比静止 时 高，某同学 进 行了如下探究：人体在运 动时 呼出气体中 CO2浓 度比静止 时 高 。实验过 程： 在 3个 烧 杯中，分 别 注入 100ml蒸 馏 水， 测 定其 pH。 实验 者在安静状 态 （静坐 2min）、中度运 动 （步行 2min）以及 剧 烈运 动 （跳 绳 2min）后，立即分 别 向上述 3个 烧 杯的水中吹入等量气体， 测 定 pH。 经 多次重复 实验 ，所得平均数据如下表：运 动 状态安静 中度运动剧 烈运动实验 前pH6 1 6 1 6 1实验 后pH5 9 5 6 5 308高考中的体现一、提出假设 作出假设 ：作出假 设 ： 人体在运 动时 呼出气体中 CO2浓 度比静止 时 高 。实验结 果：运 动 状态安静 中度运动剧 烈运动实验 前pH6 1 6 1 6 1实验 后pH5 9 5 6 5 308高考中的体现请回答：（ 1）作出上述假设的依据是_。（ 2）该实验的原理是_。（ 3）从表中数据可以看出 _越大，_下降幅度越大，由此可以得出结论：_，从而可以验证上述假设。随着运动强度的增加，呼出的 CO2浓度增加由于人体在运动时的耗能增加，呼吸作用加强，产生 CO2的量增加，所以呼出 CO2的浓度增加。CO2在水中溶解后使水的 pH下降，人在不同运动状态下产生的 CO2不同，溶于水后也会导致 pH不同，通过测定水 pH的变化可以推测呼出气体中 CO2浓度的变化。运动强度pH假设的提出具有合理性 :任何一个假设提出不是凭空猜想，必须以已经发现的事实材料和已知的科学原理为依据。一、提出假设 果蝇种群中常出现性染色体异常的现象，从而产生不同的表现型。已知：性染色体组成为 XXX和 YO（细胞中只有一条 Y染色体，没有 X染色体）时表现为胚胎期致死， XXY时表现为雌性可育， XYY时表现为雄性可育，而 XO（细胞中只有一条 X染色体，没有 Y染色体）表现为雄性不育。为探究果蝇眼色的遗传方式，摩尔根的合作者布里吉斯（ Bridges）做了下列杂交实验： 白眼雄果蝇 红眼雌果蝇 全部红眼； 白眼雌果蝇 红眼雄果蝇 1/2白眼雄、 1/2红眼雌。但布里吉斯通过大量实验发现白眼雌果蝇与红眼雄果蝇的杂交子代有少数例外：每 2000 3000只雌果蝇中出现一只白眼可育果蝇，每 2000 3000只雄果蝇中出现一只红眼不育果蝇。 对出现以上例外 写出你的假设 （设有关基因为 B、 b）。 （ 必修 2第 38页拓展题 ）经典试题综合练习经典试题综合练习假设演绎法 是在观察和分析基础上提出问题，通过推理和想像提出解释问题的假说，根据假设进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的科学方法。果蝇体表硬而长的毛称为刚毛，一个自然繁殖的直刚毛果蝇种群中，偶然出现了一只卷刚毛雄果蝇。请回答下列问题：卷刚毛性状是如何产生和遗传的呢 ?有一种假设认为这是亲代生殖细胞中 X染色体上的基因发生显性突变，请尝试再写出两种假设： 、 。注：由于在一个自然繁殖的种群中，偶然出现了 一只 ，答成 “由隐性基因的携带者交配后代发生性状分离 ”不够合理。 亲代生殖细胞中 X染色体上基因发生隐性突变 亲代生殖细胞中常染色体上基因显性突变 环境影响基因的表达二、设计实验方案验证假设 为了能根据实验目的设计出合理的实验方案，需把握三点：明确实验原理弄清三种变量遵循实验设计原则明确实验原理体现对所学知识的理解和应用能力的考查如探究酵母菌细胞呼吸类型实验的原理有： 的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精反应变成 ; CO2可使澄清的石灰水变浑浊。根据石灰水浑浊程度，可以检测酵母菌培养液中 CO2的产生情况。或 CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由 。根据溴麝香草酚蓝水溶液变色程度，可以检测酵母菌培养液中 CO2的产生情况。橙色灰绿色蓝 变 绿 再变 黄明确实验原理为了验证胰高血糖素具有提高血糖浓度的作用。请根据以下提供的实验材料和用具，分析实验原理、设计实验步骤、预测实验结果。材料与用具：一组正常小鼠、适宜浓度的胰高血糖素溶液、注射器、试管、烧杯、斐林试剂等。（要求：答题时对该组小鼠不再分组；注射计量不作要求。）（ 1）实验原理：（ 2）实验步骤： （ 3）预测实验结果： 分析三种变量 实验中的变量有自变量、因变量和无关变量三种。自变量（实验变量） 是实验中人为控制的实验条件；因变量（反应变量） 是自变量所引起的变化和结果，与因变量之间有着因果关系；对实验结果有影响的其他因素称之为 无关变量 。实验方案要求实验者能够 操纵 自变量 、 控制 无关变量 、 明确 因变量 。对自变量的操纵通常用 “加法 ”或 “减法 ”原理来完成：所谓 “加法 ”就是以自然状态为对照组，给实验组添加实验变量。所谓 “减法 ”则以有实验变量（自然状态）为对照，给实验对象施以去掉实验变量的干扰，通过对比以确定被减去的变量对实验结果的影响。对 无关变量 的控制 ： 体现在要求使用试剂的量上等量；选材上要生长状况一致；进行随机分组；设法提供相同且适宜的其他条件，以排除其他条件对实验结果的影响等等。 （ 2005年广东生物卷）研究性学习小组的同学在某电镀厂排水口采集重金属污染液 l00OmL。利用以下实验材料和器材设计实验， 探究不同浓度重金属污染液对水稻种子萌发和生长的影响 。实验材料和器材：水稻种子；试管；培养皿；纱布；尺子（ 100mm)；蒸馏水；恒温光照培养箱，温度设定为 28，光强度为 2000 Lux； (实验材料和器材的数量不限 )根据给出的实验材料和器材，请设计实验方法和步骤。确定各种变量 变量控制原理及方法自变量：无关变量： 因变量：各种不同浓度的重金属污染液 配制几种不同浓度的重金属污染液； 影响种子萌发的内因（籽粒饱满、大小等）； 影响种子萌发的外因（水分、空气、温度等）； 用稍许几粒种子实验的偶然性。 平衡、抵消法： 选籽粒饱满、大小一致的水稻种子，去掉材料差异对实验的影响； 恒定法： 给实验组和对照组以相同的、适宜的种子萌发的外界条件； 消除法： 选一定数量的种子进行重复平衡实验。 种子萌发情况 （发芽率）； 水稻生长情况（ 幼苗高度）统计发芽率，用尺子测量幼苗株高，并计算其平均值。 对 实验组 运用 加法原理 对研究对象施加干扰。（ 2005年广东生物卷） 探究不同浓度重金属污染液对水稻种子萌发和生长的影响 。设计实验方法和步骤：参考答案及变量分析： 用蒸馏水将重金属污染液逐级稀释 10、 102、 103、 104倍（稀释过程中 pH值的变化可不作考虑），获得 4种不同浓度的污染液； 挑选籽粒饱满、大小一致的水稻种子 250粒，随机分成 5组， 50粒 /组； 取 5只培养皿分别编上 1 5号，垫上纱布；其中 4只培养皿加入等体积的不同浓度重金属污染液（浸润纱布即可），另 1只培养皿加入等体积的蒸馏水作为对照； 在每只培养皿的纱布上，均匀放置 50粒水稻种子； 将 5只培养皿置于 28 恒温、 2000 Lux光照的培养箱中培养；每天实验组补充等量的相应浓度重金属污染液，对照组补充等体积的蒸馏水，以保持纱布的湿润； 1周后统计各组的发芽率；用尺子测量幼苗株高（或根长），计算其平均值。操纵自变量平衡、抵消法、消除法： 控制无关变量维持实验条件，恒定法排除无关变量明确因变量遵循实验设计原则 实验设计原则有科学性原则、对照原则、单一变量原则、平行重复原则、简便性原则等。合理的设计方案首先要有科学依据、具有严谨的逻辑性，第二要考虑可操作性和简便性，第三须遵循几个基本的实验设计原则，尤其是对照原则和单一变量原则。1、定义：除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。 2、作用： 通过设置对照实验，可以 排除 无关变量的干扰， 增加 实验结论的可信度和说服力。 3、形式：实验设计中可采用的对照方法很多，有 空白 对照、 自身对照、 相互 对照、 条件 对照等等。如质壁分离和质壁分离复原实验，是在同一对象上先后实施不同的实验条件，叫做自身对照。教材必修（ 1） P79过氧化氢分解实验中的 1号试管属于空白对照的经典代表。 对照实验原则关于对照组和实验组的区别实验组即条件控制组，具体是加法原理中的添加变量组、减法原理中的去除变量组。对照组自变量加法减法有实验变量处理无实验变量的处理（空白对照）实验组有实验变量处理无实验变量的处理 对照组实验组一般一般关于对照组和实验组的区别实验组即条件控制组，具体是加法原理中的添加变量组、减法原理中的去除变量组。例如：（ 2005北京春季理综 5）为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是