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对照实验在高考实验题中的考查分析与应用

来源: 诚信论文网 发表于:2018-02-05 10:13 点击:
 摘 要 概述对照实验类型和作用,以2017年高考全国新课标III卷实验题型为例,分析5种对照类型在高考实验题中的考查应用,总结对照实验分析策略,為实验教学和高考实验题备考提供参考。
  关键词 对照实验 高考实验题型 实例分析 考查应用
  中图分类号 G633.91 文献标志码 B
  对照原则是实验设计的基本原则之一。依据对照原则设计的实验称为对照实验,此类实验在其他因素都保持适宜且一致时,用以探究一个因素对特定对象的影响,通过比较实验结果而得出结论。对照实验通常要设置对照组和实验组,两组对照产生的差异理论上认定为是由一个因素改变引起的,前提是无关变量因素对两组的影响是相同且为适宜的。
  纵观近几年的高考试卷,以突出学生科学探究和理性思维能力为考查目标的实验试题所占比重显著增加。以2017年高考全国新课标Ⅲ卷为例,非选择题约占60%,均以实验题进行考查。与此同时,高考实验题的内容和形式也越来越灵活多样。尽管实验题的内容形式千变万化,但实验对照分析依然是解析实验题基本的思路和方法。通过明晰对照实验的类型和作用,寻求对照实验分析策略,为突破实验题解析难点提供参考。
  1 对照实验类型和作用
  对照设置的方式决定对照实验的类型,中学实验常见的有空白对照、自身对照、条件对照、相互对照和标准对照5种类型。对于一个具体的实验而言,可以设置为单一对照类型,也可以综合设置多种对照类型,实验对照设计形式多种多样。
  1.1 空白对照
  实验分组后,不给予任何处理的对照组作为空白对照,相对于实验组而言,除实验处理因素外,其他无关变量均保持相同且适宜,用以对比说明实验的变化和结果差异,增强实验说服力和可信度。当实验试剂作为处理因素时,一般用等量的生理盐水、蒸馏水作为空白对照。
  1.2 自身对照
  在同一实验处理对象进行的对照实验,实验处理前的原有状况为对照组,实验处理后的变化情况作为实验组,形成实验前后对照的实验,即为自身对照。由于不再设置其它对照组,最大限度降低无关变量对实验的影响,对比实验前后的现象和结果得出结论。例如,在观察植物细胞质壁分离和复原实验中,同一组织细胞起始正常状态→失水状态→吸水状态形成两次自身对照。
  1.3 条件对照
  实验分组后,给一组实验对象施以对照意义的实验处理,而非给定的实验变量处理,与实验组形成处理条件上的对照,更好地映衬实验组的结果,从而验证实验结论的正确性。如验证酶的高效性实验中,用一定量的H2O2酶液处理作为实验组,用等量的Fe3+溶液处理作为处理条件对照,对比结果验证酶具有高效性。
  1.4 相互对照
  实验分组后,除空白对照外,不单独设置对照组,每一组均作为实验组,实验组彼此构成相互对照,每一组既是实验组也是其它实验组的对照组。相互对照一般用于处理结果未知的探究性实验,如探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度实验中,预先设置不同梯度浓度的生长素类似物溶液,处理插条的每一梯度浓度的溶液均作为实验组,彼此之间形成相互对照,对比插条生根的情况,从而找到最适浓度或最适浓度范围。
  1.5 标准对照
  生物生理、生化指标都有相应的标准范围,或亲子代遗传都存在特定规律,将测定的实验数值与标准值相对比,以确定测试对象是否正常或符合相关遗传规律,此种对照即为标准对照。如医院化验报告单中的标准参考范围为某项生化指标测定的标准对照,再如遗传实验中的两对相对性状的自交或杂交子代性状分离比9∶3∶3∶1,即是符合自由组合定律的标准参照。
  2 高考实验题的对照考查实例分析
  【例1】 (2017·全国新课标Ⅲ·29)利用一定方法使细胞群体处于细胞周期的同一阶段,称为细胞周期同步化。以下是能够实现动物细胞周期同步化的三种方法。回答下列问题:
  (1) DNA合成阻断法:在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的DNA合成可逆抑制剂,处于
  期的细胞不受影响而继续细胞周期的运转,最终细胞会停滞在细胞周期的_______ 期,以达到细胞周期同步化的目的。
  (2) 秋水仙素阻断法:在细胞处于对数生长期的培养液中添加适量的秋水仙素,秋水仙素能够抑制_______ ,使细胞周期被阻断,即可实现细胞周期同步化。经秋水仙素处理的细胞 _______(填“会”或“不会”)被阻断在间期。
  (3) 血清饥饿法:培养液中缺少血清可以使细胞周期停滞在间期,以实现细胞周期同步化,分裂间期的特点是完成 _______ (答出1点即可)。
  分析:本题实验以细胞周期同步化作为实验相同结果,比较DNA合成阻断法、秋水仙素阻断法和血清饥饿法三种处理方法的差异,每种处理方法均属于实验组,也是其他两种实验处理方法的对照组,以相互对照设计实验的形式考查相关知识,属于单一的相互对照实验考查题型。
  参考答案:
  (1) 分裂 间(或S)
  (2) 纺锤体形成 不会
  (3) DNA DNA复制和有关蛋白质的合成,为分裂期准备物质
  【例2】 (2017·全国新课标Ⅲ·30)干旱可促进植物体内脱落酸(ABA)的合成,取正常水分条件下生长的某种植物的野生型和ABA缺失突变幼苗,进行适度干旱处理,测定一定时间内茎叶和根的生长量,结果如图1所示:
  回答下列问题:
  (1) 综合分析上图可知,干旱条件下,ABA对野生型幼苗的作用是_______ 。
  (2) 若给干旱处理的突变体幼苗施加适量的ABA,推测植物叶片的蒸腾速率会 _______,以对环境的变化作出反应。
  (3) ABA有“逆境激素”之称,其在植物体中的主要合成部位有 _______ (答出两点即可)。 
 (4) 根系是植物吸收水分的主要器官。根细胞内水分的主要作用有_______ 。
  分析:实验通过比较野生型和ABA缺失突变幼苗在干旱條件下相同时间内茎叶和根的生长量,探究在干旱条件下ABA对植物幼苗的作用影响。两种类型幼苗的茎叶和根在干旱条件的生长状况都是未知的,两组均为干旱处理的实验组,彼此构成相互对照。第(2)小题中,对于同一突变体幼苗而言,ABA施加前后形成自身对照,从而比较蒸腾速率的变化。本题以相互对照和自身对照设计实验的形式考查相关知识,属于多种对照相结合的实验考查题型。
  参考答案:
  (1) 促进根的生长,抑制茎叶的生长
  (2) 降低
  (3) 根冠、萎蔫叶片
  (4) 水是根细胞的重要组成成分,水参与根细胞内的生化反应
  【例3】 (2017·全国新课标Ⅲ·31)为研究胰岛素的生理作用,某同学将禁食一段时间的实验小鼠随机分为A、B、C、D四组,A组腹腔注射生理盐水,B、C、D三组均腹腔注射等量胰岛素溶液,一段时间后,B、C、D三组出现反应迟钝、嗜睡等症状,而A组未出现这些症状。回答下列问题:
  (1) B、C、D三组出现上述症状的原因是
  。
  (2) B、C、D三组出现上述症状后进行第二次注射,给B组腹腔注射生理盐水;为尽快缓解上述症状给C组注射某种激素、给D组注射某种营养物质。那么C组注射的激素是 _______ ,D组注射的营养物质是 _______ 。
  (3) 第二次注射后,C、D两组的症状得到缓解,缓解的机理分别是 。
  分析:本题将禁食一段时间的实验小鼠随机分成4组,A组腹腔注射生理盐水作为空白对照组,B、C、D三组均腹腔注射等量胰岛素溶液作为实验组。A组与B、C、D组之间构成空白对照,B、C、D三组彼此之间构成相互对照。B、C、D三组出现上述症状后进行第二次注射,B组腹腔注射生理盐水作为空白对照组,C、D两组又作为实验组,C、D两组为缓解症状而注射不同物质又形成条件对照。此外,B、C、D三组中的每一组在两次注射前后又构成自身对照。实验通过比较四组小鼠出现的症状和症状的缓解情况,考查胰岛素的生理作用,空白、自身、相互、条件4种对照形式在本题实验中均有体现,属于多种对照相结合的实验考查题型。
  参考答案:
  (1) 血糖低于正常水平
  (2) 胰高血糖素 葡萄糖
  (3) C组:胰高血糖素能促进糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖,使血糖水平升高;D组:葡萄糖直接使血糖水平升高
  【例4】 (2017·全国新课标Ⅲ·32)性状各受一对等位基因控制。现有三个纯合品系:① aaBBEE、② AAbbEE和③ AABBee。假定不发生染色体变异和染色体交换,回答下列问题:
  (1) 若A/a、B/b、E/e这三对等位基因都位于常染色体上,请以上述品系为材料,设计实验来确定这三对等位基因是否分别位于三对染色体上。(要求:写出实验思路、预期实验结果、得出结论)
  _______。
  (2) 假设A/a、B/b这两对等位基因都位X染色体上,请以上述品系为材料,设计实验对这一假设进行验证。(要求:写出实验思路、预期实验结果、得出结论) _______ 。
  分析:第(1)小题以符合基因自由组合定律的两对相对性状杂交或自交子代性状分离比9∶3∶3∶1为标准参照,所给定的三个纯合品系彼此仅有一对基因的差别,让三种纯合品系两两杂交,均出现双杂合的F1。让F1自交或雌雄个体杂交得F2,以F2是否出现9∶3∶3∶1的性状分离比进行染色体位置的判定。第(2)小题需设计相互对照的正反交实验区分伴性遗传和常染色体遗传,根据正反交结果是否一致判断基因的位置(一致为常染色体遗传,不一致为伴性遗传)。本题考查通过设计遗传杂交实验判断基因在染色体上的位置,属于应用标准对照和相互对照设计实验验证考查题型。
  参考答案:
  (1) 选择①×②、②×③、①×③三个杂交组合,分别得到F1和F2,若各杂交组合的F2中均出现四种表现型,且比例为9∶3∶3∶1,则可确定这三对等位基因分别位于三对染色体上;若出现其他结果,则可确定这三对等位基因不是分别位于三对染色体上
  (2) 选择①×②杂交组合进行正反交,观察F1中雄性个体的表现型。若正交得到F1中雄性个体与反交得到的F1中雄性个体有眼/无眼、正常刚毛/小刚毛这两对相对性状的表现均不同,则证明这两对等位基因都位于X染色体上
  3 对照实验分析策略
  3.1 对照类型的辨析和判定
  对于一般对照实验而言,未经实验因素处理而保持原有状态的对象作为对照组,接受人为改变的实验因素处理的对照作为实验组。但对于具体的对照实验而言,对照实验因不同设计需要会呈现不同对照类型,需要进行对照类型的辨析和判定,总结见表1。
  3.2 对照实验分析的一般过程
  对照实验分析一般过程如下:实验目的和原理分析→对照组与实验组的确定→对照类型的判定→对照作用分析→对比实验现象和结果→分析差异产生的原因→得出结论。由此可见,实验对照分析是分析一个实验的基本入手点,也是分析解答高考实验题的基本方法和思路。
  4 实验教学与备考建议
  对照作为实验设计的基本原则之一,也是高考实验命题设计遵循的基本原则之一。在新课实验教学中,教师可将实验设计的对照原则和对照类型作实例介绍和讲解,让学生明确对照原则和对照类型后对教材实验进行分析,运用实验设计原则进行实验设计和实验方案探讨,结合实际情况进行修正和改进,以此培养学生科学探究能力。在复习备考中,教师可以把实验部分以专题形式进行系统复习,将教材实验和高考实验题作为分析实例,参照对照实验分析策略构建实验设计的方法体系,形成实用的实验题分析和解答技巧。