表格在高中探究性习题中的运用
2022-06-08
高中生物实验分两种类型――验证性实验和探究性实验（包括研究性课题）。由于后者更能体现探究能力、实验设计能力和运用生物学知识和方法分析和解决实际问题能力；更能体现科学态度、科学精神和创新意识，是高考中为高校选拔人才的较好材料，近年来一直被沿用，但是平时的练习中却偏少，因此遇到这类题型，学生就会感到茫然，尤其是表格类探究性实验习题。下面是笔者经过整理、归类、分析出四种类型，以期引导学生提高分析问题和解决问题的能力。
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1 获取表达表格信息
表格以其独特的检测作用，一直是高考试卷中的热点和亮点。在日常的教学中，教师经常运用图像图表对学生进行有针对性的训练，则会提高学生从图像图表中快速获取信息，并准确地表达信息的能力。
【例1】 （2008年江苏高考?节选）为研究酵母菌种群密度的动态变化，某同学按表1所列条件进行了A、B、C和D共4组实验，用1 000 mL锥形瓶作为培养器皿，棉塞封口，在25℃下静置培养，其他实验条件均相同，定时用血球计数板计数。根据实验结果绘出的酵母菌种群密度变化曲线图如图1所示，请分析回答以下问题。
（1） 图中曲线①、②和③分别是 组、 组和 组的结果。
（2） B组和A组的实验结果不同的原因是B组
。
（3） D组和B组的实验结果不同的原因是D组
。
解析：培养液中物质的浓度过大，会造成细胞渗透失水而抑制酵母菌的生长繁殖，因此①、②曲线所示是A或B组，③、④民线报增为C或D组。培养液体积越小，则瓶内氧气越多，酵母菌进行有氧呼吸，生长繁殖快，达到最大数量的时间短，故①组是B，②组是A，③组是D，④组是C。B组和A组的浓度一样，只有体积不同，故实验结果的差异是由体积造成的，培养液较多，与空气接触面积较小，故供氧较少；D组和B组的体积相同而浓度不同，实验结果不同只能是由浓度不同造成的，葡萄糖浓度较低，故营养物质供应较少。
答案：（1） B、A、D （2） 培养液较多，与空气接触面积较小，故供氧较少 （3） 葡萄糖浓度较低，故营养物供应较少。
评价：本题考查“表”、“图”、“文”信息的转换能力以及根据所给信息进行分析、判断和处理问题的能力。教师在教学中经常应用图像图表，并有意识地引导学生，可帮助学生提高识图、读图的能力及从图中获取信息、图文转换、语言表达的能力。除此以外，教师应用图像图表教学，还可以帮助提高学生的观察能力、绘图能力、解释数据能力，提高学生的想象力和创造力，促进学生形象思维和抽象思维的提高。
2 设计实验记录表格
根据实验目的，用表格形式记录实验现象和数据，表达实验结果，是生物新课程标准明确要求中学生应有的一种能力。设计表格时，教师要注意列和行中每项所表示的含义和单位。对于较复杂的表格，表头的设计较关键。
【例2】 某小组确定研究课题：探究植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系。该小组选用水生植物黑藻作为实验材料，并作实验假设：如果将其叶片分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，其细胞失水量随着外界溶液浓度增加而增加。该小组学生设计实验步骤如下：配制10%、20%、30%蔗糖溶液，分别盛于培养皿中。从黑藻茎上取下叶片，用吸水纸吸干叶片上的水分，并制成装片，显微镜下观察，选取5个细胞测量其A、B（如图2A为细胞的长度，2B为原生质体长度）。在此基础上，请你参与设计、分析与讨论。
（1） 请你设计一表格，用于记录数据，计算并记录B/A（%）值。
（2） 该小组同学根据记录数据作曲线，如图3所示。请你就该结果作分析并得出结论。
① ；
② 。
结论： 。
解析：（1） 分析实验材料确定表格设计项目：① 根据题干提供的信息，探究“植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系”实验的自变量是不同蔗糖浓度，因变量是“由细胞的长度A和原生质体长度B计算得出的B/A（%）值”，由此推出表格应体现B、A、B/A值。② 实验材料是“选取5个细胞”，是为了避免实验中的偶然性，必须对其测量项取平均值，由此推出表格应体现5个细胞及平均值。③ 蔗糖溶液要求配制“10%、20%、30%”三种，因此表格应体现三种蔗糖溶液的浓度。
（2） 正确的结论来源于准确的读图与析图：为了增加实验结果的直观性，对表格数据进行坐标曲线格式转化，得到的B/A（%）值绘制成曲线。通过曲线不难看出：① B/A值越小，说明质壁分离程度越大。② 随着外界溶液浓度的增大，B/A值下降，说明质壁分离程度随溶液浓度增大而增大。从而得到结论：细胞失水量随着外界溶液浓度的增大而增加。
答案：（1）见表2
（2） ① B/A值越小，说明质壁分离程度越大
② 随着溶液浓度的增大，B/A值下降，说明质壁分离程度随外界溶液浓度增大而增大
结论：质壁分离程度（细胞失水量）随着外界溶液浓度的增大而增加
评价：本题以教材中“探究植物细胞质壁分离与复原实验”的相关知识为着眼点，以设计表格处理实验数据为依托，着重考查学生合理运用数学模型处理问题的能力，属于较高的能力要求。
3 用表格体现实验过程
表格便于学生快速、准确地领悟生物实验以及生物研究的精髓。实验不仅要让学生体会什么是无关变量、自变量、因变量、对照实验，而且实验需要的材料用具较多，实验组数也较多，要求操作快速而准确地掌握和分析与运用，对于学生而言，有很大的难度。
【例3】 为探究加酶洗衣粉的洗涤效果，按表3的顺序进行实验操作。
（1） 该实验的目的是 。
（2） 请分析该同学的实验设计中存在的问题，并提出改进措施 。
（3） 步骤3和步骤4顺序能否调换？并说明理由。 （4） Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号烧杯加入的自来水、洗衣粉、含油渍的衣服及保温时间、搅拌速度和时间均相同。这是为了 ，以便得出科学结论。
解析：结合已有生活经验可知，影响加酶洗衣粉的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的量、衣物的质料和大小及浸泡时间、洗涤时间等。在这些因素中，水温是要研究的对象，而其他对象应在实验中保持不变；这是为了避免因水量、水质、洗衣粉的量、衣物的质料和大小及浸泡时间和洗涤时间不同给实验结果带来误差。选择什么样的水温进行实验最符合实际情况呢？实验者应根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，这是确定实验变量的基本原则。通常情况下，冬季、春季、秋季、夏季的水温分别选取5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃，因为这四个水温比较符合实际情况，对现实也有指导意义。
答案：（1） 探究不同温度对加酶洗衣粉的洗涤效果的影响 （2） 应选用大小相同的白布，分别滴加4滴同种的植物油，使油渍大小相同；选择的水温不合适，考虑洗涤成本，应根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，如选取5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃的水温 （3） 不能调换，因为加酶洗衣粉中的酶在常温时会分解部分油渍 （4） 避免因无关变量的不同给实验结果带来误差。
评价：本题是一个知识的巩固实际运用试题，考查了酶在生产生活中的合理使用。学生只要掌握实验变量与反应变量的因果关系、无关变量和额外变量的干扰分析与排除方法、科学性原则、平行重复原则、单一变量原则、控制与平衡控制原则、对照原则等知识，就能清晰地研究实验变量与反应变量的关系。
4 用表格分析实验结论
通过表格对比分析，逻辑推理，设置问题，启发学生构建知识点的自然衔接，同时唤起了有效信息的提取，从而提高了学生的分析探究性实验问题效率。
【例4】 （2010?皖南高三八校联考）科学家研究发现，紫外光可抑制植物生长。原因是紫外光增加了植物体内吲哚乙酸氧化酶（含铁蛋白）的活性，而吲哚乙酸在吲哚乙酸氧化酶的作用下可被分解为3-甲基氧化吲哚（不能促进细胞伸长）。为验证紫外光抑制植物生长与吲哚乙酸的氧化有关，请补充下列实验设计并完成相关的实验分析。
（1） 材料用具：燕麦幼苗，完全培养液、缺铁培养液（以上溶液浓度均适宜），蒸馏水，琼脂块，刀片等。
（2） 实验步骤：
① 准备4个配有培养支架的烧杯，分别标记为A、B、C、D。
② 向A和B烧杯中加入等量适量的完全培养液，C和D烧杯中加入等量适量的缺铁培养液。
③ ，平均分成四组，分别放在A～D4组烧杯中培养一段时间。
④ 给予A、C适宜的可见光光照，给予B、D
光照，继续培养一段时间。
⑤ 切下幼苗的胚芽鞘尖端，分别用琼脂块收集生长素，并对应标记为a、b、c、d。
⑥ 将a～d含生长素的琼脂块两两分组，并分别置于去尖端的胚芽鞘两侧（分组号标记为①～⑥，如图4），培养一段时间后，观察胚芽鞘的弯曲情况。
（3） 请预测图4中第①、④组胚芽鞘的生长情况：① ；④ 。
图4中第 组胚芽鞘的生长情况可证明紫外光抑制植物的生长与吲哚乙酸的氧化有关。
解析：用表格直观地展示和分析实验步骤（表4）。
因此由表格可知，A烧杯中的胚芽鞘有吲哚乙酸氧化酶，能正常合成生长素；作为空白对照，而B烧杯中的胚芽鞘有吲哚乙酸氧化酶，那么紫外光增加了植物体内吲哚乙酸氧化酶（含铁蛋白）的活性，而吲哚乙酸的吲哚乙酸氧化酶的作用下可被分解为3-甲基氧化吲哚（不能促进细胞伸长），导致吲哚乙酸含量比A中少。所以①组中a侧（左侧）生长素浓度高于b侧，于是向右（b侧）弯曲生长。第④组的胚芽鞘两个琼脂块是b、c，分别来自接触过B、C两烧杯胚芽鞘尖端的琼脂块。B烧杯中胚芽鞘由于紫外光照射，胚芽鞘中吲哚乙酸含量减少；而C烧杯中胚芽鞘由于在缺铁培养液中培养，无吲哚乙酸氧化酶，那么没有该酶，不会将吲哚乙酸氧化，所以生长素含量要比A多；D烧杯中的胚芽鞘无吲哚乙酸氧化酶，那么没有该酶，紫外线也不能发挥作用，不会将吲哚乙酸氧化，所以生长素含量要比A多。综合上述分析，四组的生长素多少分布情况为：c=d>a>b。所以，预测图中胚芽鞘生长情况为①组是向b侧弯曲，④组c侧生长素多于b侧，故仍然向b侧弯曲。A组与b组对照，说明紫外光抑制植物生长；A组与C组对照，说明含铁即吲哚乙酸氧化酶抑制植物生长。故综合可以推测出紫外光抑制植物的生长应该与氧化酶氧化吲哚乙酸有关。
答案：（2）③ 选取生长状况相同的燕麦幼苗若干株 ④同等强度的可见光和一定强度的紫外光间。
（3） ①向b侧弯曲生长④向b侧弯曲生长 ①
评价：本题是一个知识的延伸迁移试题，考查了植物生长与紫外光、紫外光与吲哚乙酸氧化酶（含铁蛋白）的活性、吲哚乙酸氧化酶（含铁蛋白）与铁的关系。学生只有在掌握植物生长和对照性实验的原则这两个知识点的基础上，才能借助表格的方法解决问题。
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1 获取表达表格信息
表格以其独特的检测作用，一直是高考试卷中的热点和亮点。在日常的教学中，教师经常运用图像图表对学生进行有针对性的训练，则会提高学生从图像图表中快速获取信息，并准确地表达信息的能力。
【例1】 （2008年江苏高考?节选）为研究酵母菌种群密度的动态变化，某同学按表1所列条件进行了A、B、C和D共4组实验，用1 000 mL锥形瓶作为培养器皿，棉塞封口，在25℃下静置培养，其他实验条件均相同，定时用血球计数板计数。根据实验结果绘出的酵母菌种群密度变化曲线图如图1所示，请分析回答以下问题。
（1） 图中曲线①、②和③分别是 组、 组和 组的结果。
（2） B组和A组的实验结果不同的原因是B组
。
（3） D组和B组的实验结果不同的原因是D组
。
解析：培养液中物质的浓度过大，会造成细胞渗透失水而抑制酵母菌的生长繁殖，因此①、②曲线所示是A或B组，③、④民线报增为C或D组。培养液体积越小，则瓶内氧气越多，酵母菌进行有氧呼吸，生长繁殖快，达到最大数量的时间短，故①组是B，②组是A，③组是D，④组是C。B组和A组的浓度一样，只有体积不同，故实验结果的差异是由体积造成的，培养液较多，与空气接触面积较小，故供氧较少；D组和B组的体积相同而浓度不同，实验结果不同只能是由浓度不同造成的，葡萄糖浓度较低，故营养物质供应较少。
答案：（1） B、A、D （2） 培养液较多，与空气接触面积较小，故供氧较少 （3） 葡萄糖浓度较低，故营养物供应较少。
评价：本题考查“表”、“图”、“文”信息的转换能力以及根据所给信息进行分析、判断和处理问题的能力。教师在教学中经常应用图像图表，并有意识地引导学生，可帮助学生提高识图、读图的能力及从图中获取信息、图文转换、语言表达的能力。除此以外，教师应用图像图表教学，还可以帮助提高学生的观察能力、绘图能力、解释数据能力，提高学生的想象力和创造力，促进学生形象思维和抽象思维的提高。
2 设计实验记录表格
根据实验目的，用表格形式记录实验现象和数据，表达实验结果，是生物新课程标准明确要求中学生应有的一种能力。设计表格时，教师要注意列和行中每项所表示的含义和单位。对于较复杂的表格，表头的设计较关键。
【例2】 某小组确定研究课题：探究植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系。该小组选用水生植物黑藻作为实验材料，并作实验假设：如果将其叶片分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，其细胞失水量随着外界溶液浓度增加而增加。该小组学生设计实验步骤如下：配制10%、20%、30%蔗糖溶液，分别盛于培养皿中。从黑藻茎上取下叶片，用吸水纸吸干叶片上的水分，并制成装片，显微镜下观察，选取5个细胞测量其A、B（如图2A为细胞的长度，2B为原生质体长度）。在此基础上，请你参与设计、分析与讨论。
（1） 请你设计一表格，用于记录数据，计算并记录B/A（%）值。
（2） 该小组同学根据记录数据作曲线，如图3所示。请你就该结果作分析并得出结论。
① ；
② 。
结论： 。
解析：（1） 分析实验材料确定表格设计项目：① 根据题干提供的信息，探究“植物细胞外界溶液浓度与质壁分离的关系”实验的自变量是不同蔗糖浓度，因变量是“由细胞的长度A和原生质体长度B计算得出的B/A（%）值”，由此推出表格应体现B、A、B/A值。② 实验材料是“选取5个细胞”，是为了避免实验中的偶然性，必须对其测量项取平均值，由此推出表格应体现5个细胞及平均值。③ 蔗糖溶液要求配制“10%、20%、30%”三种，因此表格应体现三种蔗糖溶液的浓度。
（2） 正确的结论来源于准确的读图与析图：为了增加实验结果的直观性，对表格数据进行坐标曲线格式转化，得到的B/A（%）值绘制成曲线。通过曲线不难看出：① B/A值越小，说明质壁分离程度越大。② 随着外界溶液浓度的增大，B/A值下降，说明质壁分离程度随溶液浓度增大而增大。从而得到结论：细胞失水量随着外界溶液浓度的增大而增加。
答案：（1）见表2
（2） ① B/A值越小，说明质壁分离程度越大
② 随着溶液浓度的增大，B/A值下降，说明质壁分离程度随外界溶液浓度增大而增大
结论：质壁分离程度（细胞失水量）随着外界溶液浓度的增大而增加
评价：本题以教材中“探究植物细胞质壁分离与复原实验”的相关知识为着眼点，以设计表格处理实验数据为依托，着重考查学生合理运用数学模型处理问题的能力，属于较高的能力要求。
3 用表格体现实验过程
表格便于学生快速、准确地领悟生物实验以及生物研究的精髓。实验不仅要让学生体会什么是无关变量、自变量、因变量、对照实验，而且实验需要的材料用具较多，实验组数也较多，要求操作快速而准确地掌握和分析与运用，对于学生而言，有很大的难度。
【例3】 为探究加酶洗衣粉的洗涤效果，按表3的顺序进行实验操作。
（1） 该实验的目的是 。
（2） 请分析该同学的实验设计中存在的问题，并提出改进措施 。
（3） 步骤3和步骤4顺序能否调换？并说明理由。 （4） Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号烧杯加入的自来水、洗衣粉、含油渍的衣服及保温时间、搅拌速度和时间均相同。这是为了 ，以便得出科学结论。
解析：结合已有生活经验可知，影响加酶洗衣粉的因素有水温、水量、水质、洗衣粉的量、衣物的质料和大小及浸泡时间、洗涤时间等。在这些因素中，水温是要研究的对象，而其他对象应在实验中保持不变；这是为了避免因水量、水质、洗衣粉的量、衣物的质料和大小及浸泡时间和洗涤时间不同给实验结果带来误差。选择什么样的水温进行实验最符合实际情况呢？实验者应根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，这是确定实验变量的基本原则。通常情况下，冬季、春季、秋季、夏季的水温分别选取5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃，因为这四个水温比较符合实际情况，对现实也有指导意义。
答案：（1） 探究不同温度对加酶洗衣粉的洗涤效果的影响 （2） 应选用大小相同的白布，分别滴加4滴同种的植物油，使油渍大小相同；选择的水温不合适，考虑洗涤成本，应根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，如选取5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃的水温 （3） 不能调换，因为加酶洗衣粉中的酶在常温时会分解部分油渍 （4） 避免因无关变量的不同给实验结果带来误差。
评价：本题是一个知识的巩固实际运用试题，考查了酶在生产生活中的合理使用。学生只要掌握实验变量与反应变量的因果关系、无关变量和额外变量的干扰分析与排除方法、科学性原则、平行重复原则、单一变量原则、控制与平衡控制原则、对照原则等知识，就能清晰地研究实验变量与反应变量的关系。
4 用表格分析实验结论
通过表格对比分析，逻辑推理，设置问题，启发学生构建知识点的自然衔接，同时唤起了有效信息的提取，从而提高了学生的分析探究性实验问题效率。
【例4】 （2010?皖南高三八校联考）科学家研究发现，紫外光可抑制植物生长。原因是紫外光增加了植物体内吲哚乙酸氧化酶（含铁蛋白）的活性，而吲哚乙酸在吲哚乙酸氧化酶的作用下可被分解为3-甲基氧化吲哚（不能促进细胞伸长）。为验证紫外光抑制植物生长与吲哚乙酸的氧化有关，请补充下列实验设计并完成相关的实验分析。
（1） 材料用具：燕麦幼苗，完全培养液、缺铁培养液（以上溶液浓度均适宜），蒸馏水，琼脂块，刀片等。
（2） 实验步骤：
① 准备4个配有培养支架的烧杯，分别标记为A、B、C、D。
② 向A和B烧杯中加入等量适量的完全培养液，C和D烧杯中加入等量适量的缺铁培养液。
③ ，平均分成四组，分别放在A～D4组烧杯中培养一段时间。
④ 给予A、C适宜的可见光光照，给予B、D
光照，继续培养一段时间。
⑤ 切下幼苗的胚芽鞘尖端，分别用琼脂块收集生长素，并对应标记为a、b、c、d。
⑥ 将a～d含生长素的琼脂块两两分组，并分别置于去尖端的胚芽鞘两侧（分组号标记为①～⑥，如图4），培养一段时间后，观察胚芽鞘的弯曲情况。
（3） 请预测图4中第①、④组胚芽鞘的生长情况：① ；④ 。
图4中第 组胚芽鞘的生长情况可证明紫外光抑制植物的生长与吲哚乙酸的氧化有关。
解析：用表格直观地展示和分析实验步骤（表4）。
因此由表格可知，A烧杯中的胚芽鞘有吲哚乙酸氧化酶，能正常合成生长素；作为空白对照，而B烧杯中的胚芽鞘有吲哚乙酸氧化酶，那么紫外光增加了植物体内吲哚乙酸氧化酶（含铁蛋白）的活性，而吲哚乙酸的吲哚乙酸氧化酶的作用下可被分解为3-甲基氧化吲哚（不能促进细胞伸长），导致吲哚乙酸含量比A中少。所以①组中a侧（左侧）生长素浓度高于b侧，于是向右（b侧）弯曲生长。第④组的胚芽鞘两个琼脂块是b、c，分别来自接触过B、C两烧杯胚芽鞘尖端的琼脂块。B烧杯中胚芽鞘由于紫外光照射，胚芽鞘中吲哚乙酸含量减少；而C烧杯中胚芽鞘由于在缺铁培养液中培养，无吲哚乙酸氧化酶，那么没有该酶，不会将吲哚乙酸氧化，所以生长素含量要比A多；D烧杯中的胚芽鞘无吲哚乙酸氧化酶，那么没有该酶，紫外线也不能发挥作用，不会将吲哚乙酸氧化，所以生长素含量要比A多。综合上述分析，四组的生长素多少分布情况为：c=d>a>b。所以，预测图中胚芽鞘生长情况为①组是向b侧弯曲，④组c侧生长素多于b侧，故仍然向b侧弯曲。A组与b组对照，说明紫外光抑制植物生长；A组与C组对照，说明含铁即吲哚乙酸氧化酶抑制植物生长。故综合可以推测出紫外光抑制植物的生长应该与氧化酶氧化吲哚乙酸有关。
答案：（2）③ 选取生长状况相同的燕麦幼苗若干株 ④同等强度的可见光和一定强度的紫外光间。
（3） ①向b侧弯曲生长④向b侧弯曲生长 ①
评价：本题是一个知识的延伸迁移试题，考查了植物生长与紫外光、紫外光与吲哚乙酸氧化酶（含铁蛋白）的活性、吲哚乙酸氧化酶（含铁蛋白）与铁的关系。学生只有在掌握植物生长和对照性实验的原则这两个知识点的基础上，才能借助表格的方法解决问题。