例析生物學探究性實驗題的解題思路

李盛豐

(廣東省東莞高級中學 東莞 523128)

以“假說—演繹”法為主線的探究性實驗題，是近年來生物學高考的熱門題型，常見的情況是需要設置對照實驗的探究性實驗題和經(jīng)典遺傳學探究性實驗題。學生解答此類試題的情況通常不太理想，其根源在于學生對“假說—演繹”法核心思想的理解不夠透徹，對實驗的假說、預期結果及結論之間的關系不甚明了。經(jīng)過多年的教學實踐，筆者將探究性實驗題的分析思路與答題思路歸納如圖1。

圖1 探究性實驗題分析與答題思路圖

1 認真審題，依據(jù)實驗目的和實驗原理提出假說

假說是依據(jù)已有的科學理論和科學事實，經(jīng)過分析與綜合、具體與抽象、歸納與演繹等思維活動，對所研究的對象設想出的一種或幾種可能性的答案或解釋。正確的假說不僅能夠解釋已有的實驗現(xiàn)象，而且能準確預測實驗結果。假說正確與否，有賴于后續(xù)的實驗驗證： 如果實驗結果支持假說，則假說成立；反之，假說不成立。正確回答探究性實驗題，首先必須在認真審題的基礎上，依據(jù)實驗目的和實驗原理提出合理的假說，這是解決問題的基礎。

例1 (2017年新課標全國Ⅲ卷32)已知某種昆蟲的有眼(A)與無眼(a)、正常剛毛(B)與小剛毛(b)和正常翅(E)與斑翅(e)這3對相對性狀各受1對等位基因控制?，F(xiàn)有3個純合品系： ①aaBBEE、②AAbbEE和③AABBee。假定不發(fā)生染色體變異和染色體交換，回答下列問題： 若A/a、B/b、E/e這3對等位基因都位于常染色體上，請以上述品系為材料，設計實驗來確定這3對等位基因是否分別位于3對染色體上(要求： 寫出實驗思路、預期實驗結果和得出結論)。

簡析： 本題的目的為探究A/a、B/b和E/e這3對等位基因是否分別位于3對染色體上，結合題中所提供材料，依據(jù)基因的自由組合定律，如果A/a、B/b位于2對染色體上，可讓F1代雙雜合子AaBb自交，后代4種表現(xiàn)型的比例應為9∶3∶3∶1。據(jù)此，可提出如下3個假說： ①A/a、B/b在2對染色體上；②A/a、E/e在2對染色體上；③B/b、E/e在2對染色體上。

2 依據(jù)假說，演繹推測預期實驗結果

預期實驗結果是在實驗之前依據(jù)假說、結合實驗思路進行演繹推理，對實驗產生的所有可能結果進行的預測，其表現(xiàn)形式是實驗現(xiàn)象或測量數(shù)據(jù)。探究性實驗的預期結果不唯一，需分情況討論。預期結果的推測應與所依據(jù)的假說相對應。因此，預期結果不外乎兩類： 支持假說的預期結果和不支持假說的預期結果。

例2 (2017年新課標全國Ⅰ卷29)(10分)根據(jù)遺傳物質的化學組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型。有些病毒對人類健康會造成很大危害。通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。假設在宿主細胞內不發(fā)生堿基之間的相互轉換，請利用放射性同位素標記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細胞等為材料，設計實驗以確定一種新病毒的類型。簡要寫出： ①實驗思路；②預期實驗結果及結論即可(要求： 實驗包含可相互印證的甲、乙2個組)。

簡析： 本題的目的為探究某未知病毒的遺傳物質為DNA還是RNA，要求使用放射性同位素標記法進行探究。本題的實驗原理為： 病毒復制時所需要的氨基酸、核苷酸等原料均來源于宿主細胞?？商岢鋈缦?點假說： ①該病毒的遺傳物質為DNA；②該病毒的遺傳物質為RNA。依據(jù)DNA與RNA堿基組成的差異： DNA含T不含U，RNA含U不含T。結合試題要求，可設計實驗思路為： 將宿主細胞分為甲、乙兩組，甲組細胞置于含放射性同位素標記的T的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，乙組細胞置于含放射性同位素標記的U的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。然后，分別向甲、乙兩組細胞中接種等量的未知病毒。一段時間后，檢測子代病毒的放射性。依據(jù)假說及實驗思路，可進行演繹推理： ①如果該病毒的遺傳物質為DNA，則該病毒的遺傳物質含有堿基T而不含堿基U。因為甲組宿主細胞內有放射性標記的T而沒有放射性標記的U，則在甲組宿主細胞內復制的子代病毒的遺傳物質中含有放射性堿基T。而在乙組細胞內復制的子代病毒的遺傳物質不含放射性堿基T，則甲組子代病毒能被檢測出放射性，而乙組子代病毒不能檢測出放射性。②如果該病毒的遺傳物質為RNA，則該病毒的遺傳物質含有堿基U而不含堿基T，因為乙組宿主細胞內有放射性標記的堿基U而沒有放射性標記的堿基T，則在乙組宿主細胞內復制的子代病毒的遺傳物質含有放射性堿基U。而在甲組細胞內復制的子代病毒的遺傳物質不含放射性堿基U，則乙組子代病毒能被檢測出放射性，而甲組子代病毒不能檢測出放射性。

3 依據(jù)預期實驗結果，得出預期結論

預期實驗結果為實驗過程中或實驗結束時可能發(fā)生的實驗現(xiàn)象，或可能測量到的實驗數(shù)據(jù)。實驗的預期結果不同于實驗結果： 實驗結果一定要等到實驗結束時才能得到，而預期結果則是依據(jù)假說、實驗原理以及實驗思路，在實驗前對可能出現(xiàn)的實驗結果進行的預測。依據(jù)預期結果得出的結論，是預期結論；而依據(jù)實驗結果得出的結論，才為實驗結論。實驗結果可能與預期結果一致，也可能與預期結果不一致： 若實驗結果與預期結果一致，則說明相應的假說成立，可得出相應的結論；否則，假說不成立，得出與假說不一致的結論。

例1可依據(jù)3點假說，結合自由組合定律，可設計實驗思路如下： 選擇①×②、②×③、①×③三個雜交組合分別得F1和F2。據(jù)此可進行如下演繹推理： 如果A/a、B/b在兩對染色體上，則雜交組合①×②所得F2應出現(xiàn)4種表現(xiàn)型，其比例為9∶3∶3∶1；同理，如果B/b、E/e和A/a、E/e也分別在兩對染色體上，則雜交組合②×③、①×③的F2也應出現(xiàn)4種比例為9∶3∶3∶1的表現(xiàn)型。據(jù)此，可將預期結果及結論表述為： 如果3組雜交組合的F2均出現(xiàn)比例為9∶3∶3∶1的4種表現(xiàn)型，則說明A/a、B/b、E/e這3對基因分別位于3對染色體上；否則，A/a、B/b、E/e這3對基因不分別位于3對染色體上。

預期結論的得出要依據(jù)假說以及預期實驗結果。在例2中，預期結果及預期結論可表述為： 如果甲組子代能檢測到放射性而乙組不能，則說明該病毒的遺傳物質為DNA；如果乙組子代病毒能檢測到放射性而甲組不能，則說明該病毒的遺傳物質為RNA。