高考实验与探究能力解读及备考策略研究.doc

高考实验与探究能力解读及备考策略研究 湖北省宜昌市第一中学（443000）谢小兵 高中生物课标倡导探究性学习和注重与现实生活的联系，学生通过实验，培养实验操作技能和实验观察能力，接受科学探究方法的训练，培养其科学探究能力，提高其实验创新能力。正因如此，实验考查在近几年高考中越来越受到重视，绝大多数高考试题都与实验有关。在高中生物学习和高考实验复习中，一定要重视实验教学和实验备考策略，体现高中生物课标的理念，才能使学生的学习和复习有效且高效。 1实验与探究能力一 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。 1.1考纲解读 考试大纲“生物知识内容表”所列举的生物实验必修内容一共有19项，见表1。 按照教学大纲和考试大纲要求，学生应独立完成以上19项实验，在当今高考制度下，几乎所有的高中学校都很难做到这一点。介于此，在实验教学中，应注意以下几个方面。 （1）理解实验目的：实验目的就是通过该实验要达到什么样的知识目标，或掌握什么样的操作技能。如“检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质”的实验目的就是用化学试剂检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。 （2）明确实验原理：实验原理就是完成实验应遵循的理论依据，包括核心原理和检测原理。如“探究酵母菌的呼吸方式”的实验原理应包括以下几点：酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌；检测CO2的产生：可以用澄清的石灰水（现象为石灰水变混浊），也可使用溴麝香草酚蓝水溶液（现象为溶液由蓝色变绿色，最后变为黄色）；检测酒精的产生：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇发生化学反应，变成灰绿色。其中原理就是核心原理，如果酵母菌不是兼性厌氧菌，本实验没有意义，原理和为检测原理。 （3）设计实验步骤：根据实验目的、原理，设计合理的实验装置和实验操作步骤。高中阶段的学生实验大多数为对照实验，即实验中除了一个因素以外，其余因素都保持不变。在对照实验中应注意自变量、因变量和无关变量的控制，如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，氧化铁溶液和肝脏研磨液，都属于自变量，而过氧化氢的分解速率就是因变量，实验过程中可能还存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量就是无关变量。还要注意设置好实验组和对照组，上述实验设计在4只试管中进行。1号试管（什么也不加）就是对照组，2号试管（90水浴）、3号试管（加入氧化铁溶液）和4号试管（加入肝脏研磨液）是实验组。在对照实验中，除了要观察的变量外，其他变量应当始终保持相同且适宜，即应遵循单一变量原则。 （4）预期实验结果：在未进行实验之前，预测实验结果，如为验证性实验，结果唯一；如为探究性实验，结果有多种可能。 （5）记录实验现象和数据：在实验中将观察到的现象如实、准确地记录下来。除了用文字进行记录外，还可以用数据或符号进行记录。 （6）分析得出结论：根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、推理等处理，归纳出一般概括性结论，并用文字、图表、绘图等方法作一个简明的总结。 1.2典型例题 （xx年高考全国卷2）植物叶片表皮上分布有大量的气孔，气孔结构如图1所示。当组成气孔的细胞（保卫细胞）吸水后，会膨胀变形，气孔开启；反之细胞失水收缩，气孔关闭。请以放置一小段时间的菠菜为材料设计一个实验，证明气孔具有开启和关闭的功能。要求写出实验材料与主要用具、实验步骤、预测实验结果并作出解释。 解析：这是一道经典的高考试题，是对“实验与探究能力一”的考查典范。本题以植物叶片表皮上的气孔的开闭为情景考查学生设计实验、预测实验结果和解释结果的能力。实际上本题是必修1实验“观察植物细胞的质壁分离和复原”的变式，将该实验涉及的方法和技能进行综合运用，如果学生认真掌握了相关知识，认真完成了相关实验，掌握了实验过程中材料和用具的选择、实验步骤的设计、临时装片的制作、实验结果的预测及分析，解答此题易如反掌。 参考答案：（1）实验材料与主要用具：菠菜、清水、浓盐水、盖玻片、载玻片、显微镜、吸水纸、滴管镊子等。（2）实验步骤：取菠菜叶，用镊子剥取表皮；在载玻片上滴一滴清水，将表皮放入清水中，盖上盖玻片，制成临时装片；将临时装片放在显微镜载物台上，先在低倍镜下找到气孔，移动到视野中央，再换高倍镜进行观察，记录观察到的气孔状态；在盖玻片的一侧滴上浓盐水，在另一侧用吸水纸吸取盖玻片下的液体，反复做几次；继续观察气孔的变化，并做记录。（3）预测实验结果并作出解释：在清水中气孔应开启，因为当细胞液浓度大于细胞外溶液浓度时，保卫细胞吸水膨胀变形，气孔开启；在浓盐水中气孔应关闭，因为当细胞液浓度小于细胞外溶液浓度时，保卫细胞失水收缩，气孔关闭。 1.3备考策略 针对这一能力要求，在复习备考中的有效策略就是认真完成高中实验。只有真正做过实验，才能真正理解实验各环节的要求及操作细节。如果条件允许，在复习中，如“检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质”、“观察植物细胞的质壁分离和复原”、“观察细胞的有丝分裂”、“探究酵母菌的呼吸方式”等实验最好再做一遍。 要培养学生接受科学探究方法的训练，培养其科学探究能力和实验创新能力，通过探究细胞膜的透性，模拟探究细胞表面积与体积的关系才能理解细胞为什么不能无限长大。通过探究影响酶活性的因素、酵母菌的呼吸方式等实验，理解对照实验、变量控制等实验方法的意义。 2实验与探究能力二 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；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、实验调查、假说演绎、建立模型与系统分析等方法。 2.1考纲解读 在考试大纲中验证性实验和探究性实验的区别见表2。 科学方法的掌握是获得新知识的主要工具，有助于学生对科学知识的理解，有助于增强学生的思维能力和学习能力，有助于培养学生的科学素养。特别是必修2中重点介绍的“假说演绎法（P7）”、“类比推理法（P28）”、“模型建构（P50）”等，一定要有针对性的训练，使学生能熟练掌握这些方法，并能运用这些方法去解决一些实际问题。 在这几年高考遗传实验题的解答分析中，如果运用假说演绎法进行分析，将收到事半功倍的效果。如xx年新课标卷的32题的第2问要确定偶然发现的1株白花植株，是一个新等位基因突变造成的，还是属于上述已知5个白花品系中的一个？可采用假说演绎法来进行分析和解答，若该白花植株是新等位基因突变造成的，则其他基因全部显性纯合，该白花植株的后代与5个白花品系杂交，后代全部为紫花。若该白花植株是5个品系中的一个，则AH基因有一对为隐性，与5个白花品系杂交，其中会有一个组合出现子代为白花的现象。 2.2典型例题 （xx年课标卷）某草原上生活着鹿、兔、狼和狐等生物，雄鹿有角，雌鹿无角，通常情况下这种鹿的雌雄个体分群活动（生殖季节除外），有人提出“鹿角效应”假说解释这种同性聚群现象，即一群形态相同的食草动物能迷惑捕食者，降低被捕食的风险。回答下列问题： （1）该草原上的雌鹿群和雄鹿群属于_（填“不同”或“同一”）种群。 （2）草、鹿、兔、狼、狐和土壤中的微生物共同形成一个_（填“种群”、“群落”或“生态系统”）。 （3）为探究“鹿角效应”假说是否成立，某同学用狗（能将抛入流水池中的漂浮物叼回来）、项圈和棍棒做了如下3组实验：甲组同时向流水池中抛出两个相同的项圈，乙组同时抛出两个相同的棍棒，丙组则同时抛出1个项圈和1个棍棒。记录每次抛出后狗叼回第1个漂浮物的时间。若丙组平均时间_（填“大于”、“等于”或“小于”）其他两组，则实验结果支持该假说。测试时间要求甲、乙、丙3组抛出项圈或棍棒的距离_（填“相同”或“不同”）。本实验中项圈或棍棒相当于草原上的_。 解析：本题考查学生分析、解决问题的能力和实验能力。特别是第（3）问应用的科学方法就是类比推理法。根据题中“同性聚群”信息可知，项圈和木棍类比于草原上同性聚群的雌鹿或雄鹿；若“一群形态相同的食草动物能迷惑捕食者，降低被捕食的风险”假说成立，则丙组项圈和木棍(相当于雌鹿和雄鹿混合)被叼回第1个漂浮物的平均时间应该比甲组和乙组(相当于同性聚群的雌鹿或雄鹿)用时略少；抛出的项圈和木棍的距离在此实验中属于无关变量，所以要保持相同。 答案：同一群落小于相同雌鹿或雄鹿 2.3备考策略 提高验证性实验和探究性实验的能力的方法首先就是要熟练掌握实验设计的基本方法，特别是书写实验设计步骤，一般实验步骤的书写应该有这样3步。 （1）材料处理分组编号：选取题干提供的实验材料用具，组装实验设备，平均分组，并作好编号。常用语言：选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组，分别编号为A、B、C等；选择年龄、体重(性别)、健康状况相同的某种动物随机等量分组，分别编号为1、2、3等。 （2）对照处理：要注意能体现“单一变量”的词语的准确使用，例如“等量”、“相同”、“适宜”。 （3）在相同且适宜的条件下处理一段时间，观察实验结果：收集记录实验数据；观察描述实验现象。 高考中许多实验试题的素材通常都教材，在教学和复习中，一定要重视教材，挖掘教材实验素材。课标教材中的一些新栏目，如“技能训练”、“资料分析”、“与生活的联系”等都是实验素材。 3实验与探究能力三 能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订。 3.1考纲解读 xx年以前高考理综生物一个实验题的答案书写量有300字左右。现在高考关于实验的考查发生了很大的变化，重点考查对实验方案做出恰当的评价和修订，而很少要求学生进行完整的实验设计。具体考查两类题型：一类题型是根据实验原理和所要验证的生物学事实，完善实验步骤并预测实验结果。这类试题的解决方法：需要学生阅读材料，弄清问题的来龙去脉，再通过分析、推理，完善实验设计方案，确定实验的操作步骤，实验设计的逻辑严密性，主要体现在实验对照的设计。对照常用的方法有：空白对照、条件对照、自身对照、相互对照。另一类题型根据实验原理和实验过程(或过程有缺陷，需纠正)，对实验设计进行评价、预测实验结果或得出实验结论。这类题目，一般都是以已学过的知识背景作为设计题目的根据，重点考查学生综合运用和知识迁移的能力。 如果实验方案有缺陷，可采用以下“五看”来发现问题所在。一看对照：有无对照实验；如果有，看对照设计是否合理（实验变量设置、是否有标记、是否遵循单一变量原则、是否遵循等量原则、是否排除了干扰因素）。二看步骤：步骤顺序是否合理、步骤是否合理、具体操作有无违反生物学基本原理。三看验证：实验结果的验证目标是否准确、方法是否得当。四看材料：生物学材料选择是否得当、实验器材选择是否合理、药剂选择使用和用量是否准确。五看条件：实验所需的温度、光照、搅拌等条件是否合理。 3.2典型例题 生物小组的同学为了研究叶绿体色素对不同波长光的吸收情况，设计了一个小实验，具体步骤如下： 随意搬取4株天竺葵，制作4个能装下天竺葵的相同规格的黑色硬纸盒，每个纸盒内分别装上不同颜色（红、黄、绿、蓝）、功率相同的彩灯； 将4株天竺葵分别放入4个黑纸盒中，在相同且适宜的条件下，接通电源，照光4h； 从4株经光照后的天竺葵上同时各取一片叶片脱色后放入培养皿中，滴加等量碘液； 观察并比较各培养皿中叶片的颜色变化。 请你指出以上实验设计中的不足之处，并做出修改。 解析：本实验的目的是探究叶绿体色素对不同波长光的吸收情况。按照上述步骤不难找出实验设计中的不足之处。 答案：不足之处：没有进行饥饿处理，修改为：将天竺葵放置在黑暗处24h；没有说明天竺葵的生长发育状况是否一致，修改为：选取生长发育状况一致的天竺葵；没有说明叶片选取是否一致，修改为：选取叶龄相同、大小相似的叶片；没有对所有材料编号，修改为：将4组实验装置以及培养皿等编号。 3