2014屆高三生物（人教版通用）一輪復(fù)習(xí)教案- 第5講 科學(xué)探究的思想

第5講科學(xué)探究的思想科學(xué)探究思想在生物學(xué)科中的應(yīng)用充分體現(xiàn)了“掌握相關(guān)操作技能，驗證簡單生物學(xué)事實，對生物學(xué)問題進行初步探究，并對一些簡單的實驗方案作出恰當(dāng)?shù)脑u價和修改”的考綱能力要求。科學(xué)探究在本質(zhì)上是科學(xué)家用來解決自然領(lǐng)域或科學(xué)問題的一種思維方式，追求知識的確鑿性，用實驗證據(jù)來證明。與其他形式的思維相比，科學(xué)思維具有廣闊性、深刻性、獨立性和敏捷性等特點；科學(xué)探究也是一種過程，有一定的活動程序或階段，從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題，一般過程包括提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗方案、實施實驗、分析實驗結(jié)果，若支持假設(shè)則建立某一理論，若否定假設(shè)則改進實驗設(shè)計再實驗或重新假設(shè)(可簡單地用下圖表示)；在探究活動中除了遵循一定的步驟外，還要采用一系列的科學(xué)方法。雖然新課程倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)理念，但高考試題要求學(xué)生獨立完成全程性探究實驗的各個方面的可能性較小，而要求學(xué)生對探究過程中的個別方面，也就是對某個局部進行科學(xué)的補充可能性較大。命題視角1補充完善類實驗一般給出了具體的材料及條件，要求對已有的實驗設(shè)計進行補充和完善。常讓考生補充實驗假設(shè)、實驗原理、實驗思路、實驗步驟、預(yù)期實驗結(jié)果或結(jié)論。典例剖析研究表明，低濃度的生長素促進細胞的伸長，但生長素濃度增高到一定值時，就會促進細胞中乙烯的合成，而乙烯含量的增高，反過來又抑制了生長素對細胞伸長的促進作用?，F(xiàn)以黃花豌豆幼苗切段為實驗材料，請設(shè)計實驗驗證乙烯對生長素促進細胞伸長的抑制作用。實驗工具及材料：黃花豌豆幼苗若干、剪刀、刻度尺、培養(yǎng)皿、燒杯、培養(yǎng)液、五種一定濃度梯度的生長素溶液(其中含最適濃度)、一定濃度梯度的乙烯、清水、濾紙等。實驗步驟：取生長狀況相同的豌豆幼苗，_；取標(biāo)號為A、B、C、D、E的五只培養(yǎng)皿，分別加入相同的培養(yǎng)液和不同濃度的生長素溶液，將五組豌豆莖切段放入培養(yǎng)皿內(nèi)，置于相同條件下培養(yǎng)；_；再取生長狀況相同的豌豆幼苗，從豌豆幼苗的同一部位切取等長的莖段若干段，平均分成五組；取標(biāo)號為a、b、c、d、e的五只培養(yǎng)皿，分別加入_，將豌豆莖切段分組放入培養(yǎng)皿內(nèi)，將各組裝置分別置于_環(huán)境中，并在與步驟相同的條件下培養(yǎng)；3天后，測量莖切段長度，計算每組莖切段長度的平均值。實驗結(jié)果：將實驗結(jié)果繪制成下圖所示曲線。解析第一個空的填寫受眾多條件限制：題目要求以“黃花豌豆幼苗切段”為實驗材料，因此必須對所提供的生長狀況相同的黃花豌豆幼苗進行切段處理。為了排除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，切取的部位、長度都要相同。由于步驟中提到“將五組豌豆莖切段放入培養(yǎng)皿內(nèi)”，說明分組必須在第一步完成，分組時要遵循實驗的等量原則。總體來看前兩步，取材分組施加實驗條件，并培養(yǎng)，因此可以推斷步驟應(yīng)該為觀察記錄，再結(jié)合最下面的題圖可知，步驟應(yīng)該是“3天后，測量莖切段長度”，由于每組有多段莖切段，因此應(yīng)取其平均值，或者說步驟的處理也是一種“暗示”。在確定出生長素溶液的最適濃度后，再“驗證乙烯對生長素促進細胞伸長的抑制作用”，因此，五只培養(yǎng)皿中應(yīng)先加入相同的培養(yǎng)液和最適濃度的生長素溶液，使莖切段處于最適生長狀態(tài)，然后再添加不同濃度的乙烯，觀察其對生長素促進細胞伸長的抑制作用。答案從豌豆幼苗的同一部位切取等長的莖段若干段，平均分成五組3天后，測量莖切段長度，計算每組莖切段長度的平均值，對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，找出最適生長素濃度相同的培養(yǎng)液和最適濃度的生長素溶液不同濃度的乙烯備考指導(dǎo)解答此類題時要緊扣題意，仔細結(jié)合上下文進行補充。其突破方法是：(1)補充實驗原理類：需要深入分析題目中與實驗原理有關(guān)的內(nèi)容，如對照組實驗、重要實驗步驟、重要實驗裝置、完善實驗裝置、完善實驗所用的實驗方法等，在此基礎(chǔ)上，聯(lián)系教材中相關(guān)聯(lián)的原理、知識點進行知識遷移，歸納其原理。解決這類問題的關(guān)鍵是看我們能否對教材中基礎(chǔ)實驗的原理深刻理解，能否對其融會貫通，舉一反三，是否學(xué)會了類比遷移。(2)補充實驗步驟類：需根據(jù)實驗?zāi)康拇_定實驗變量，審讀所提供的信息中是否準(zhǔn)確控制了實驗變量，是否遵循對照原則、單一變量原則等。對此類問題的考查，主要是看考生是否知道實驗變量的控制及實驗原則的遵循。(3)預(yù)測實驗結(jié)果類：需認(rèn)真分析實驗?zāi)康暮拖嚓P(guān)知識，確定自變量對因變量的影響。一定要辨別實驗是屬于驗證性實驗還是探究性實驗。驗證性實驗具有明確的結(jié)果；探究性實驗的現(xiàn)象和結(jié)果是未知的或不確定的，應(yīng)針對各種可能性分別加以考慮和分析，得到相關(guān)結(jié)論。無論是哪種情況，文字描述應(yīng)力求簡練、準(zhǔn)確、科學(xué)。思想體驗1植物的根具有向重力生長的特性，下列是研究根向重力生長機理的兩個實驗。實驗一：將空白瓊脂和含EDTA的瓊脂做成帽狀，分別套在甲、乙兩組玉米胚根的根冠外(示意圖如下)。(提示：EDTA的作用是去除與其臨接部位的Ca2。)將胚根水平放置培養(yǎng)一定時間后，觀察到甲組胚根向重力(下)生長，乙組胚根水平生長。據(jù)上述實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論：_。實驗二：水平放置的胚根彎曲向下生長，與根冠近地側(cè)的Ca2濃度明顯高于遠地側(cè)有關(guān)。研究表明，根總是朝著Ca2濃度高的方向彎曲生長。為驗證這一結(jié)論，有人設(shè)計了下列實驗方案。請根據(jù)提供的實驗材料和用具，寫出第二步及以后的實驗步驟和實驗結(jié)果，并回答問題：(1)實驗材料和用具：胚根等長的萌發(fā)玉米種子，含EDTA的瓊脂帽，含Ca2的瓊脂塊，空白瓊脂塊，培養(yǎng)皿等。(2)實驗步驟：第一步：取若干個培養(yǎng)皿，在每個培養(yǎng)皿中放置適量的萌發(fā)玉米種子，按實驗一中乙組的方法處理胚根一定時間后，移去根冠外的瓊脂帽。第二步：_。第三步：_。第四步：_。(3)實驗結(jié)果：_。(4)科學(xué)家進一步證實，根冠中生長素的分布受Ca2濃度影響，當(dāng)胚根水平放置時，重力誘導(dǎo)Ca2向根冠下側(cè)移動，導(dǎo)致近地側(cè)的生長素濃度比遠地側(cè)高。請分析胚根的生長素分布與向重力生長的關(guān)系：_。答案實驗一：胚根向重力(下)生長與(根冠部位的)Ca2有關(guān)實驗二：(2)第二步：將培養(yǎng)皿均分為兩組，編號為A、B第三步：在A組的胚根上方放一個空白瓊脂塊，在B組的胚根上方放一個含Ca2的瓊脂塊(如圖)第四步：將胚根水平放置培養(yǎng)一定時間后，觀察胚根的生長方向(3)實驗結(jié)果：A組胚根水平生長，B組胚根彎曲向上生長(4)生長素對根生長的作用具有兩重性，低濃度生長素促進生長，高濃度則抑制生長。對根來說，生長素的最適濃度較低，近地側(cè)的生長素濃度較高，生長慢；遠地側(cè)的生長素濃度較低，生長快。因而，胚根彎曲向下生長解析在解答實驗一時，要準(zhǔn)確提取題干中的有效信息，即EDTA的作用是去除與其臨接部位的Ca2，答題可就情境作答，答案便一目了然。實驗二在設(shè)計實驗步驟時不能把瓊脂塊放在胚根的下面，因為對最終的實驗結(jié)果(B組胚根向下生長)進行解釋時，無法區(qū)別胚根向下生長是因為受Ca2的影響還是受重力的影響。對實驗結(jié)果的預(yù)測，要把握驗證性實驗的特點，即實驗結(jié)果不具有開放性，并且和實驗?zāi)康牡男纬珊魬?yīng)。命題視角2實驗評價與修訂此類試題主要依據(jù)已知的實驗?zāi)康?、原理、材料用具評價修訂實驗方案。要求學(xué)生依據(jù)所掌握的生物學(xué)知識，分析評價已知方案的優(yōu)缺點，并說明原因或進一步修訂原方案。典例剖析小白鼠是恒溫動物，當(dāng)環(huán)境溫度明顯降低時，其體溫仍能保持相對恒定。為了探究調(diào)節(jié)體溫的中樞是否為下丘腦，某校生物興趣小組制訂了以下實驗方案：實驗假設(shè)：下丘腦是調(diào)節(jié)體溫的中樞。材料用具：略。實驗步驟：取兩只健康狀況良好且相同的成年小白鼠，并標(biāo)記為甲、乙。用一定的方法破壞甲鼠的下丘腦，乙鼠不做處理作為對照，并分別測量初始體溫。把甲鼠置于0 環(huán)境中，把乙鼠置于25 環(huán)境中作為對照，在相對安靜的條件下觀察24 h，每隔4 h分別測量一次體溫，并做好記錄。預(yù)期結(jié)果與結(jié)論：甲鼠體溫發(fā)生明顯改變，乙鼠體溫保持相對恒定，說明下丘腦是調(diào)節(jié)體溫的中樞。(1)該興趣小組設(shè)計的實驗方案有哪些不妥之處？請?zhí)岢鱿鄳?yīng)的改進意見：_；_；_。(2)若沒有破壞甲鼠的下丘腦，將甲鼠置于0 的環(huán)境中，則甲鼠維持體溫恒定的調(diào)節(jié)方式是_，請寫出導(dǎo)致戰(zhàn)栗的反射?。篲。(3)寒冷環(huán)境下，老年鼠的耗氧量會_，導(dǎo)致這個變化的主要激素是_。(4)將乙鼠從25 移入40 的環(huán)境中，產(chǎn)生炎熱感覺的結(jié)構(gòu)是_。解析一般情況下，用活體做實驗時，為避免因個體死亡或個體差異等情況而導(dǎo)致實驗不能正常進行，常選取幾個相同狀況的個體進行研究。除對下丘腦的處理方式不同外，其他的無關(guān)變量均應(yīng)該相同。實驗?zāi)康臑椤疤骄空{(diào)節(jié)體溫的中樞是否為下丘腦”，而最后結(jié)論的表述并沒有“扣題”，而是按驗證性實驗處理，這是明顯的錯誤。低溫環(huán)境下，機體可通過神經(jīng)調(diào)節(jié)使皮膚血流量減少、骨骼肌產(chǎn)熱量增加等，同時還可以引起甲狀腺激素和腎上腺素分泌增加，因此，既有神經(jīng)調(diào)節(jié)，又有激素調(diào)節(jié)。所有的感覺都在大腦皮層形成。答案(1)取材不當(dāng)，應(yīng)取若干只健康狀況良好且相同的成年小白鼠不符合單一變量原則，應(yīng)將兩組小白鼠均置于0 環(huán)境中實驗結(jié)果與結(jié)論描述有誤，應(yīng)按探究性實驗書寫預(yù)測實驗結(jié)果和結(jié)論(2)神經(jīng)和激素調(diào)節(jié)冷覺感受器傳入神經(jīng)下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞傳出神經(jīng)骨骼肌 (3)增加甲狀腺激素(4)大腦皮層備考指導(dǎo)此類試題要求學(xué)生對實驗原理、目的要求、材料用具、方法步驟、實驗現(xiàn)象、結(jié)果或結(jié)論等內(nèi)容熟悉，能找出錯誤的地方并給予糾正，常以生物學(xué)中一些經(jīng)典實驗或?qū)W生實驗為基礎(chǔ)而設(shè)計，要求學(xué)生擁有扎實的基礎(chǔ)知識和基本技能，突出了對“雙基”的考查。其一般步驟包括：第一步：分析取材是否正確。第二步：分析實驗原理及方法是否正確。第三步：分析藥品與試劑的使用是否合理。第四步：步驟及操作分析，主要有以下情況：漏做或顛倒某個實驗步驟；操作方法錯誤；有沒有設(shè)置對照，如果有看對照設(shè)計是否合理；實驗是否遵循了單一變量原則；實驗是否具有偶然性；有無更為簡單的實驗方案；實驗?zāi)芊耥樌瓿桑粚嶒灥陌踩匀绾?。第五步：分析實驗結(jié)果是否正確。思想體驗2某生物小組的同學(xué)為了研究葉綠體色素對不同波長光的吸收情況，設(shè)計了一個小實驗，具體步驟如下：(1)室外隨意搬取4株天竺葵，制作4個能裝下天竺葵的相同規(guī)格的黑色硬紙盒，每個紙盒內(nèi)分別裝上不同顏色(紅、黃、綠、藍)，功率相同的彩燈；(2)將4株天竺葵分別放入4個黑色紙盒中，在相同且適宜的條件下，接通電源，照光4小時；(3)從4株經(jīng)光照后的天竺葵上同時各取一片葉片放入培養(yǎng)皿中，滴加等量碘液；(4)觀察并比較各培養(yǎng)皿中葉片的顏色變化。請你指出以上實驗設(shè)計中的不足之處，并做出修改。不足之處一：_。修改為：_。不足之處二：_。修改為：_。不足之處三：_。修改為：_答案不足之處一：沒有進行饑餓處理修改為：將天竺葵放置黑暗處24小時不足之處二：沒有說明天竺葵的生長發(fā)育狀況是否一致修改為：選取生長發(fā)育狀況一致的天竺葵不足之處三：沒有說明葉片選取是否一致修改為：選取葉齡相同、大小相似的葉片不足之處四：沒有對所有材料進行編號修改為：將四組實驗裝置以及培養(yǎng)皿等進行編號(注：答出三項即可，只要符合實驗設(shè)計原則，答案合理即可)。解析本實驗的目的是探究葉綠體色素對不同波長光的吸收情況。應(yīng)選擇生長發(fā)育一致的天竺葵作為實驗材料，隨機編號為甲、乙、丙、丁，首先進行饑餓處理一段時間，使儲存在天竺葵中的有機物消耗完，然后分別用不同波長的彩燈照射，4小時后，分別取葉齡、大小一致的葉片，經(jīng)脫色后滴加碘液處理，觀察葉片的顏色變化。命題視角3科學(xué)方法假說演繹、建立模型與類比推理等都是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的一些科學(xué)方法。利用假說演繹法，孟德爾發(fā)現(xiàn)了兩大遺傳定律；利用建立模型法，沃森和克里克發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)；利用類比推理，薩頓提出基因位于染色體上的假說。典例剖析“假說演繹法”是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的一種方法，下列屬于孟德爾在發(fā)現(xiàn)基因分離定律時的“演繹”過程的是()A生物的性狀是由遺傳因子決定的B由F2出現(xiàn)了“31”推測生物體產(chǎn)生配子時成對遺傳因子彼此分離C若F1產(chǎn)生配子時成對遺傳因子分離，則測交后代會出現(xiàn)兩種性狀比例接近11D若F1產(chǎn)生配子時成對遺傳因子分離，則F2中三種基因型個體比例接近121解析“假說”是通過實驗、觀察，提出假說并解釋；“演繹”是對其解釋的驗證，其過程就是測交。答案C備考指導(dǎo)1“假說演繹法”是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的一種科學(xué)方法，以下為假說演繹推理的邏輯關(guān)系。2“假說演繹法”非常有利于學(xué)生逆向思維能力的培養(yǎng)和提高，同學(xué)們在平時思考問題和解題時多用“假說演繹法”。譬如，在探究性實驗設(shè)計中結(jié)果和結(jié)論的預(yù)測分析時，要經(jīng)常用到“假說演繹”法先進行逆向思維分析，然后再進行正向組織答案進行描述。思想體驗3玉米短節(jié)與長節(jié)是一對相對性狀，皺縮葉與正常葉是一對相對性狀。玉米葉脈的顏色有綠色和褐色兩種，莖稈有甜和不甜兩種。下面是科學(xué)家分別用玉米進行的兩個遺傳實驗。實驗一：純合的短節(jié)皺縮葉植株與純合的長節(jié)正常葉植株雜交，F(xiàn)1全部為長節(jié)正常葉植株，F(xiàn)1自交，F(xiàn)2中長節(jié)正常葉植株長節(jié)皺縮葉植株短節(jié)正常葉植株短節(jié)皺縮葉植株9331。實驗二：純合的綠色葉脈莖稈不甜植株與純合的褐色葉脈莖稈甜植株雜交，F(xiàn)1全部為綠色葉脈莖稈不甜植株，F(xiàn)1自交，F(xiàn)2中綠色葉脈莖稈不甜植株褐色葉脈莖稈甜植株31(無突變、致死等現(xiàn)象發(fā)生)。(1)如果控制節(jié)長的基因用A和a表示，而控制葉形狀的基因用B和b表示，請畫出實驗一中F1的兩對基因在染色體上的位置。(用長線表示染色體，用其上的短線表示基因位置)。(2)與實驗一F2的結(jié)果相比，你從實驗二F2的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了什么問題？_。(3)根據(jù)你發(fā)現(xiàn)的問題，嘗試提出一個合理的假說(要求簡單概括)_。(4)根據(jù)你的假說，實驗二中F1產(chǎn)生配子的種類有_種，分別是_(提示：標(biāo)出基因在染色體上的位置，控制葉脈顏色的基因用R和r表示，控制莖稈甜度的基因用M和m表示)。(5)為驗證自己的假說是否成立，可采取_法，預(yù)期的實驗結(jié)果是_。若實際的實驗結(jié)果與自己演繹推理的預(yù)期結(jié)果一致，則說明假說成立，否則假說不成立。答案(1)如圖所示(2)實驗二中兩對相對性狀的遺傳不遵循自由組合定律，而遵循分離定律(3)兩對基因位于一對同源染色體上，且形成配子時不發(fā)生交叉互換現(xiàn)象(4)2、(5)測交綠色葉脈莖稈不甜植株褐色葉脈莖稈甜植株11解析(1)實驗一中，F(xiàn)1全部為長節(jié)正常葉植株，F(xiàn)1自交后代F2中出現(xiàn)的性狀分離比為9331，由此可以確定實驗一中控制兩對相對性狀的基因位于兩對同源染色體上。(2)實驗二中，F(xiàn)1自交后代F2中只表現(xiàn)出兩種性狀，比例為31，由此可以確定這兩對相對性狀的遺傳不符合自由組合定律，而符合基因分離定律，可能是因為控制這兩對相對性狀的基因位于一對同源染色體上，且減數(shù)分裂形成配子時未發(fā)生交叉互換。如果假說成立，則F1只會產(chǎn)生、兩種配子。要驗證這個假說，可用雙隱性純合子rrmm與F1進行測交，若后代只表現(xiàn)出綠色葉脈莖稈不甜和褐色葉脈莖稈甜兩種植株，且比例為11，則說明假說成立。