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高考生物易失分題型及其解題技法指導
第5講　實驗方案的敘寫類題目—言簡意賅、用語規范
核心素養視域下的生物學高考，常將實驗探究題作為壓軸題。學生作答時經常會出現審題不準、思維不清、表達不當等現象，其中失分最嚴重的就是語言表達欠規范。規范的實驗方案內容應包括實驗目的、作出假設、實驗原理、實驗思路、預期實驗結果和得出結論等。下面以 “探究土壤微生物的分解作用”為例，重點探討實驗方案中難度較大，學生最易出錯的實驗目的、實驗原理、實驗思路的規范性敘寫方法。
[典型案例]　落葉是在土壤微生物的作用下腐爛的嗎？
以帶有落葉的土壤為實驗材料。采用對照實驗的方法，設計實驗組和對照組。對照組的土壤不作處理(自然狀態)；實驗組的土壤要進行處理，以排除土壤微生物的作用，同時要盡可能避免土壤理化性質的改變(如將土壤用塑料袋包好，置于60 ℃恒溫下處理1 h)。
[價值分析]　此案例的目的是探究落葉在土壤中被分解，是土壤理化因素的作用還是土壤微生物的作用，這是個很好的關于實驗探究的命題情境。在進行本實驗操作之前，要求學生完整地寫出具體實驗方案，不僅能保障實驗順利進行，也能訓練學生的實驗題審答能力。
(一)實驗目的規范性敘寫
[規范指導]
實驗目的的敘寫要明確檢測、驗證或探究的某一生物學事實，如探究(或驗證)生命系統內部某一生命要素對另一生命要素的影響或某種環境因素對生命活動的影響等。實驗目的的敘寫一般包括四個要素：實驗性質(驗證性或探究性)、實驗變量、實驗對象(實驗材料)和反應變量(圖1)。實驗目的的規范性敘寫，一方面要做到實驗目的四要素的完整；另一方面要能正確把握該實驗的自變量和因變量，并明晰自變量和因變量的邏輯關系。
本案例以落葉作為實驗材料，實驗變量是有無微生物，以落葉是否腐爛作為反應變量。故本案例的實驗目的可敘寫為“探究(實驗性質)土壤中落葉(實驗對象)腐爛(反應變量)是否與土壤微生物(實驗變量)有關”。
[錯例警醒]
在實驗目的敘寫中的錯誤主要有以下3個方面：
1 對實驗目的四要素的描述不準確或缺漏。如“驗證土壤微生物的分解作用”，缺少實驗對象 土壤中的落葉 ；“落葉是否是在土壤微生物作用下腐爛的”，缺少實驗性質 探究 ；“探究土壤中落葉腐爛的原因”，缺少自變量 土壤中微生物 。
2 變量定位錯誤。如“探究滅菌對土壤中微生物生活的影響”，實驗變量和反應變量都定位錯誤。
3 自變量和因變量邏輯關系錯誤。如“探究落葉對土壤微生物分解作用的影響”，學生未能明確本實驗自變量和因變量的邏輯關系。)
(二)實驗原理規范性敘寫
[規范指導]
實驗原理是指科學實驗探究活動中實驗方法、實驗操作和檢測方法等所依據的科學理論。生物學實驗就是采用一定實驗手段操控實驗變量，使其施加于實驗對象，然后觀察和檢測反應變量改變的情況，從而得出科學結論。因此，實驗原理應包括操控自變量的原理、自變量作用的原理和檢測因變量的原理(圖2)。其中，操控自變量的原理包括材料選擇、試劑選擇和操作方法等的依據。
本案例中將土壤用塑料袋包好，置于60 ℃恒溫下處理1 h，可以滅活土壤中的微生物，是操控自變量的理論依據。以落葉的變化量作為觀察指標是因為土壤中落葉在微生物分解作用下，質量會減少。因此，依據圖2所示思維模式圖，本實驗原理是“在60 ℃恒溫1 h條件下，土壤中的微生物將會全部死亡，但土壤理化性質不會發生改變(操作原理)，微生物具有分解作用(自變量作用的原理)，落葉在微生物分解作用下，質量就會減少(檢測原理)”。
[錯例警醒]
在實驗原理敘寫中的錯誤主要有以下2個方面：
(1)思維混亂，答非所問。例如，“將落葉掩埋在土壤內部，使其發生作用”“控制變量法、平行對照”等。
(2)缺步作答，對而不全。例如，“微生物具有分解作用，能夠將落葉分解成無機物”(缺少操控原理和檢測原理)。　　　　
(三)實驗思路規范性敘寫
[規范指導]
實驗思路就是按照實驗目的，依據相關的生物學規律和原理，采用科學實驗方法，選擇恰當的實驗材料和儀器，制定出科學的實驗實施方案。
“實驗思路設計”題在近年高考中出現頻率非常高，對學生科學思維和科學探究能力水平提出了更高的要求。實驗思路題的審答思維應該先從實驗目的入手(分析實驗目的四要素)，再選用合理的對照方法，創設實驗條件，設計恰當的方案，最后理清思路、組織語言(圖3)。
本案例的實驗目的是探究土壤中落葉腐爛是否與土壤微生物有關，前面對實驗目的敘寫的敘述中，已經指出實驗目的的四要素。實驗變量是土壤中有無微生物，本實驗可以確定為空白對照實驗，應排除微生物分解作用以外因素的影響。故實驗思路是“取同種樹葉若干，平均分成兩份，一份埋入農田或林地(肥沃)的土壤中，另一份埋入經過滅菌(用塑料袋包好，置于60 ℃恒溫箱1 h滅菌)的同樣土壤中，在相同且適宜的環境中培養，一段時間后將落葉取出稱重比較，得出結論”。
[錯例警醒]
在實驗思路敘寫中的錯誤主要有以下4個方面：
(1)實驗材料選擇錯誤。如“取帶有落葉的土壤兩份，一份滅菌處理，另一份不滅菌，保持同等且適宜條件，一段時間后，觀察兩組落葉腐爛情況”，由于土壤中已有落葉難以分離出來，同時其他不定因素較多，不宜直接作為實驗材料，應另取新的樹葉。
(2)變量判斷錯誤。如“將落葉均分兩份，一份滅菌，另一份不處理”，自變量應該是“有無滅菌的土壤”。
(3)對照方法錯誤。如“將落葉放在滅菌的土壤中，一段時間后，觀察落葉是否腐爛”，缺少對照組。
(4)實驗條件控制錯誤。如“將裝有等量落葉的塑料袋分別埋入滅菌和未滅菌的土壤中”。用塑料袋裝樹葉，土壤中微生物將無法對樹葉起作用。綜上所述，學生敘寫實驗思路時，錯因集中體現在實驗目的四要素判斷不準、對照方法不正確和實驗條件設置不當等方面。　　　　
[針對訓練]
1．(2022·棗莊模擬)胰島素是已知的唯一能降低血糖濃度的激素，對于調節機體各種營養物質代謝、維持正常生命有不可缺少的作用。
(1)進食一段時間后血糖濃度上升，人體可以在下丘腦 ______________的調節下，增加胰島B細胞分泌胰島素的量，使得血糖濃度降低，以維持血糖的穩定。人體內需要源源不斷地產生激素，以維持激素含量動態平衡的原因是__________________________________
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________________________________________________________________________。
(2)研究表明，大部分2型糖尿病患者血液中胰島素含量并不低，稱為胰島素抵抗。據圖分析，其原因可能是胰島素靶細胞中儲存GLUT4的囊泡轉運至細胞膜過程受阻，也可能是 ________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)為驗證鹽酸二甲雙胍能夠降低胰島素抵抗水平(胰島素抵抗水平＝空腹血糖水平×空腹胰島素水平÷22.5)，某同學先用高熱量食物飼喂小鼠，獲得了2型糖尿病模型鼠若干只，又準備了二甲雙胍片、安慰劑(一種“模擬藥物”，不含二甲雙胍片的有效成分，其他特性與二甲雙胍片相同)、血糖檢測儀、胰島素檢測儀等，應如何進行實驗：_______________
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(寫出簡要的實驗思路并預期結果，暫不考慮操作性)。
解析：(1)進食后人體血糖升高刺激下丘腦血糖感受器，使下丘腦通過傳出神經作用于胰島B細胞，引起胰島素的分泌增加。由于激素一經靶細胞接受并起作用后就被滅活了，因此人體內需要源源不斷地產生激素，以維持激素含量的動態平衡。(2)胰島素抵抗患者體內的胰島素含量并不低，但是組織細胞對胰島素的敏感性降低，根據激素作用需與靶細胞膜上的受體結合的特點判斷，原因可能是胰島素靶細胞中GLUT4儲存的囊泡轉運至細胞膜過程受阻，也可能是靶細胞上胰島素受體異常，導致胰島素信號不能正常傳遞。(3)本實驗目的是驗證二甲雙胍能夠降低胰島素抵抗水平，所用的實驗材料應為患有2型糖尿病的個體，實驗自變量為是否服用二甲雙胍，因變量為實驗動物的胰島素水平和血糖水平，實驗中注意單一變量和等量原則，其實驗思路及預期結果見答案。
答案：(1)發出的傳出神經　激素一經靶細胞接受并起作用后就被滅活了　(2)靶細胞上胰島素受體異常，導致胰島素信號不能正常傳遞　(3)實驗思路：A組小鼠給予安慰劑治療，B組小鼠給予二甲雙胍片治療，一段時間后再分別測定兩組小鼠的血糖水平及胰島素水平，計算并比較胰島素抵抗水平的變化。由于二甲雙胍能夠降低胰島素抵抗水平，故預期實驗結果為：A組小鼠胰島素抵抗水平無明顯變化，B組小鼠胰島素抵抗水平下降。A組小鼠給予安慰劑治療，B組小鼠給予二甲雙胍片治療，一段時間后再分別測定兩組小鼠的血糖水平及胰島素水平，計算并比較胰島素抵抗水平的變化。預期實驗結果：A組小鼠胰島素抵抗水平無明顯變化，B組小鼠胰島素抵抗水平下降
2．某種綠藻能利用光能將H2O分解為[H]和O2，[H]可參與暗反應；低氧環境中，該綠藻的葉綠體內產氫酶活性提高，則會將[H]轉變為氫氣。請回答下列問題：
(1)該綠藻將H2O分解成[H]和O2的場所是葉綠體的______________。
(2)產生氫氣會導致該綠藻生長狀況不良，從光合作用物質轉化的角度分析，原因是________________________________________________________________________________
______________________。
(3)欲探究缺硫對低氧環境中該綠藻產生氫氣的影響，請利用該綠藻、完全培養液、缺硫培養液等作為實驗材料設計實驗。請完善實驗步驟、并寫出預期的實驗結果和結論。
實驗步驟：
①________________________________________________________________________，
其中甲組為對照組。
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________，
檢測兩組裝置中的氫氣產生總量。
預期的結果和結論：______________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)綠藻捕獲光能的過程發生在光反應階段，光反應的場所是葉綠體的類囊體薄膜。(2)光反應階段產生的[H]，可作為還原劑被暗反應利用，還原三碳化合物形成有機物。若綠藻光反應產生的[H]轉變為氫氣，則參與暗反應的[H]減少，有機物生成量減少。(3)探究實驗遵循單一變量原則，設計的實驗步驟：①選取若干生長狀況良好的該綠藻隨機均分為甲、乙兩組，其中甲組為對照組。②將甲組綠藻放在裝有適量完全培養液的密閉裝置中，將乙組綠藻放在裝有等量的缺硫培養液的密閉裝置中。③將兩組裝置放在相同且低氧的環境中培養相同時間后，檢測兩組裝置中的氫氣產生總量。預期的結果和結論：若測得乙組中氫氣的產生總量高于甲組，說明缺硫促進該綠藻產生氫氣；若測得乙組中氫氣的產生總量低于甲組，說明缺硫抑制該綠藻產生氫氣；若測得乙組中氫氣的產生總量與甲組沒有顯著差異，說明缺硫對該綠藻產生氫氣沒有影響。
答案：(1)類囊體薄膜　(2)該綠藻光反應產生的[H]轉變為氫氣，參與暗反應的[H]減少，有機物生成量減少　(3)①選取若干生長狀況良好的該綠藻隨機均分為甲、乙兩組　②將甲組綠藻放在裝有適量完全培養液的密閉裝置中，將乙組綠藻放在裝有等量的缺硫培養液的密閉裝置中　③將兩組裝置放在相同且低氧的環境中培養相同時間后　預期的結果和結論：若測得乙組中氫氣的產生總量高于甲組，說明缺硫促進該綠藻產生氫氣；若測得乙組中氫氣的產生總量低于甲組，說明缺硫抑制該綠藻產生氫氣；若測得乙組中氫氣的產生總量與甲組沒有顯著差異，說明缺硫對該綠藻產生氫氣沒有影響
3．研究發現瘦素是與肥胖相關的激素之一。科學家道格科曼所在的實驗室發現了A、B兩類超級肥胖的小鼠。科學家推測肥胖小鼠可能缺乏某種食欲抑制因子(后來命名瘦素)或者該因子的受體(瘦素受體)。他們利用A、B肥胖小鼠以及正常小鼠進行實驗，通過手術使兩種小鼠的血液循環貫通，形成連體小鼠。實驗處理和結果如表所示。請回答下列問題。
分組 處理 結果
A 正常小鼠和A小鼠連體 正常小鼠攝食量減少，A小鼠無變化
B 正常小鼠和B小鼠連體 正常小鼠無變化，B小鼠攝食量減少
C A小鼠和B小鼠連體 A小鼠無變化，B小鼠攝食量減少
D 兩只正常小鼠連體 兩只正常小鼠無變化，攝食量正常
(1)正常情況下，體脂增加使脂肪細胞分泌的瘦素增多，瘦素經 ________運輸，作用于下丘腦對應神經中樞，該信號傳遞至 ________，使小鼠產生飽腹的感覺，減少食物的攝入，進而脂肪合成減少，脂肪細胞瘦素含量降低。
(2)根據實驗結果推測，A、B兩類小鼠肥胖的原因可能是：A小鼠 ___________________，B小鼠 ______________________________。
(3)第4組是對照實驗，對照實驗的目的是：________________________________。
(4)人們常說預防肥胖減輕體重應“管住嘴，邁開腿”，適當節食并適量運動比單獨節食或運動效果更好。為了驗證這一說法，并研究適當節食和適量運動對瘦素含量的影響，請用常規飼養(不節食不增加運動)的肥胖模型小鼠為材料，設計實驗并寫出簡要的實驗思路：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)由題意可知，瘦素是一種激素，結合激素調節的特點可知，瘦素經體液運輸。大腦皮層是感覺中樞，故該信號傳遞至大腦皮層，使小鼠產生飽腹的感覺。(2)根據題意可知，肥胖小鼠肥胖的原因為缺乏某種食欲抑制因子(后來命名瘦素)或者該因子的受體(瘦素受體)。若小鼠體內缺乏瘦素，與正常小鼠連體后，正常小鼠的瘦素會作用于該小鼠，使得該小鼠攝食量減少；若小鼠體內缺乏瘦素的受體，與正常小鼠連體后，正常小鼠的瘦素無法作用于該小鼠，該小鼠的食量不變。A小鼠無變化，B小鼠攝食量減少，說明A、B兩類小鼠肥胖的原因可能是：A小鼠缺乏食欲抑制因子的受體(無瘦素受體)，B小鼠不能合成食欲抑制因子(無瘦素)。(3)因為該實驗需要做連體手術使兩種小鼠的血液循環貫通，為了排除連體實驗手術對實驗結果的影響，需要設置對照實驗，即第4組。(4)由題意可知，自變量為是否節食和是否運動，因變量為體重減少量及瘦素含量，遵循實驗中的對照原則和等量原則，設計實驗思路如下：將常規飼養的肥胖模型小鼠若干隨機分為四組，A組為常規組(不節食不增加運動)，B組適當節食，C組適量運動，D組適當節食加適量運動，一段時間后檢測小鼠體重減少量及瘦素含量變化。
答案：(1)體液　大腦皮層　(2)缺乏食欲抑制因子的受體(無瘦素受體)　不能合成食欲抑制因子(無瘦素)　(3)排除連體實驗手術對實驗結果的影響　(4)將常規飼養的肥胖模型小鼠若干隨機分為四組，A組為常規組(不節食不增加運動)，B組適當節食，C組適量運動，D組適當節食加適量運動，一段時間后檢測小鼠體重減少量及瘦素含量變化

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