開放型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指具有明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，但是答案具有不確定性或者條件不唯一或者解題方法多樣的試題。這類試題常以基礎(chǔ)知識為背景設(shè)計(jì)而成，要求學(xué)生自己選取相關(guān)的知識或方法來解答，主要考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識掌握程度、歸納推理能力和逆向思維能力。為加強(qiáng)對開放型試題的研究，現(xiàn)將這類試題分類剖析如下。
一、方法開放型
這種類型的試題要求學(xué)生根據(jù)題目所設(shè)條件和要求，尋找切合實(shí)際的多種解決問題的途徑，變學(xué)生的單向思維為多向思維，從而考查學(xué)生的靈活性、流暢性和廣闊性。
【例1】某些科研人員在農(nóng)科站研究奶牛，發(fā)現(xiàn)牛廄中的蒼蠅很多，影響了牛群的健康，人們用DDT溶液噴灑在牲口圈內(nèi)和牛身上，DDT是一種殺蟲劑，能殺死幾乎所有蒼蠅。但一周后，蒼蠅的數(shù)目再次增加，工人再次噴灑DDT，得到類似于第一次噴灑的結(jié)果──多數(shù)蒼蠅都死了，然后蒼蠅的群體再次擴(kuò)大，工人又一次噴灑DDT，經(jīng)過4～5次重復(fù)噴灑后，DDT能殺死的蒼蠅越來越少直至最后全無殺蟲效果。
據(jù)此回答下列問題：
(1)有人認(rèn)為可能是所使用的DDT本身失效了，請你提出一個方案檢驗(yàn)這個假設(shè)。
(2)有人認(rèn)為是DDT對蒼蠅的抗藥性差異進(jìn)行了選擇，是適者生存，不適者被淘汰，請你設(shè)計(jì)一個方案檢驗(yàn)這個假設(shè)。
【解析】本題考查了達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說，在自然選擇學(xué)說中：生存斗爭是動力，遺傳和變異是內(nèi)因，選擇是定向的，變異是不定向的，定向選擇的最終結(jié)果是適者生存，不適者被淘汰。根據(jù)變異的不定向性，我們可知蒼蠅的個體存在著抗藥性的差異，有的抗藥性強(qiáng)，有的抗藥性弱，經(jīng)過DDT處理進(jìn)行選擇，就把抗藥性強(qiáng)的個體選育出來，這樣一代一代地選擇下去，蒼蠅中就保留了具有強(qiáng)抗藥性的個體。為了說明蒼蠅對DDT的抗藥性的差異是自然選擇的結(jié)果，必須設(shè)計(jì)人工選擇實(shí)驗(yàn)作為對照。在人工選擇的實(shí)驗(yàn)中每一個家系設(shè)為兩組，一組用DDT處理，觀察蒼蠅的抗藥性，決定保留還是淘汰；另一組不做處理，用來證明抗藥性的產(chǎn)生是生物在突變的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇的結(jié)果，而不是因?yàn)槭褂昧薉DT的緣故。
由于DDT對蒼蠅的長期選擇，使蒼蠅的抗藥性越來越強(qiáng)，導(dǎo)致DDT無殺蟲效果。為了說明DDT對蒼蠅無效，不是DDT本身失效所致，我們可以通過對照實(shí)驗(yàn)加以證明，也可通過化學(xué)方法解決。
【答案】(1)方法1：用DDT在非實(shí)驗(yàn)區(qū)實(shí)驗(yàn)，看能不能殺死蒼蠅。如果能殺死，證明DDT沒有失效；如果不能殺死，證明DDT失效。
方法2：用化學(xué)方法分析DDT的化學(xué)成分，看是否發(fā)生改變。若發(fā)生變化，說明DDT失效；若未發(fā)生改變，說明未失效。
(2)方案設(shè)計(jì)如下：
將蒼蠅分成兩組。
甲組：混合飼養(yǎng)，自由交配，每代都用DDT處理，并且逐漸加大劑量，培養(yǎng)lO代。
乙組：分成若干瓶，每瓶中放一對，并繁殖為一個家系。將每個家系平均分成兩瓶，A瓶放DDT，B瓶不放DDT。若A瓶中蒼蠅死亡率高，這個家系淘汰不要；若A瓶中蒼蠅死亡率低，則將B瓶留下來，再一對一對分開，讓其繁殖成若干家系，再按前法分成兩瓶，并分別處理飼養(yǎng)，繼續(xù)選留死亡率低又沒有經(jīng)過DDT處理的類型。每經(jīng)過一次測試和選擇，都增加DDT的劑量。如此經(jīng)過l0次選擇，比較甲、乙兩組蒼蠅的抗藥性是否相同。若相同，可說明蒼蠅是在突變的基礎(chǔ)上經(jīng)過自然選擇產(chǎn)生了抗藥性；若不相同，則說明不是DDT選擇的結(jié)果。
【點(diǎn)評】本題借助達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說的知識，不僅考查了學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)假設(shè)的能力。還以現(xiàn)實(shí)生活為背景，考查了學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)原理，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)的能力。
二、條件開放型
這種類型的試題具有明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鶕?jù)學(xué)生的已有知識可找到多種解決問題的途徑，要求學(xué)生選擇其中部分條件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。主要考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識解決新情境中新問題的能力。
【例2】某生物科技活動小組的同學(xué)想知道，夏日池塘的水滴中是否有生物生存，但找不到合適的方法。請你根據(jù)已學(xué)過的知識，利用實(shí)驗(yàn)室的條件，設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)方案加以證明。
【解析】生物與非生物的區(qū)別是：生物具有6個基本特征，而非生物不具有這6個特征。夏天池塘的水滴中主要有單細(xì)胞的原生動物，因此必須借助顯微鏡制作臨時(shí)裝片觀察，根據(jù)如下幾點(diǎn)判斷：(1)看是否對外界刺激產(chǎn)生反應(yīng)；(2)在顯微鏡下看是否有細(xì)胞結(jié)構(gòu)(在顯微鏡下能夠看到細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)中的葉綠體、細(xì)胞核等結(jié)構(gòu))；(3)看是否能夠自主運(yùn)動；(4)看是否進(jìn)行分裂生殖。只要符合上述一種或幾種條件都可判斷生物的存在。
【答案】實(shí)驗(yàn)方案：(1)任取池塘中的一滴水制成臨時(shí)裝片；(2)用低倍顯微鏡觀察視野中有無細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞分裂或某種物體的運(yùn)動；(3)在裝片的一側(cè)滴加生理鹽水，另一側(cè)滴加清水，觀察有無物體的定向運(yùn)動。結(jié)論：(1)存在有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，能繁殖，能自主運(yùn)動，能對刺激作出反應(yīng)的某些特征，則判斷有生物的生存；(2)不存在上述任何特征，則證明無生物生存。
【點(diǎn)評】本題通過設(shè)置具體的情境考查生物的基本特征，要求學(xué)生深入研究題目的內(nèi)部聯(lián)系，找出能夠得到結(jié)論的各種條件。使學(xué)生“靈活運(yùn)用”是這類試題突出的特點(diǎn)。
三、結(jié)論開放型
答案開放型試題從不同角度不同層面分析有不同的答案。既能考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度和靈活運(yùn)用能力，又能考查學(xué)生知識的遷移和重組能力。
【例3】已知H2O2酶廣泛存在于動物、植物組織中，它能催化H2O2的分解反應(yīng)。銹鐵釘上的Fe3＋也能催化H2O2的分解�，F(xiàn)有新鮮的肝臟研磨液、銹鐵釘、3％的H2O2溶液以及量筒、滴管、試管夾、三角架、試管若干、酒精燈、燒杯、剪刀。請用這些實(shí)驗(yàn)材料和用具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明：肝臟研磨液中是否含有H2O2酶；若有，請用所給條件繼續(xù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明該酶的一種特性。
實(shí)驗(yàn)步驟：
第一步：取3支干凈的試管，編號為A、B、C，各加入3mL 3％的H2O2溶液。
第二步：
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
【解析】本實(shí)驗(yàn)的原理是無機(jī)催化劑Fe3＋和H2O2酶都可以催化H2O2分解成水和氧。因此可以通過對照實(shí)驗(yàn)來證明肝臟研磨液中是否有H2O2酶。根據(jù)酶具有高效性、專一性和需要適宜的條件等特點(diǎn)。根據(jù)題目所提供的條件只能證明酶的高效性和酶的活性受溫度的影響。①若證明酶的高效性�？稍谝陨显O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，比較A、B試管產(chǎn)生氣泡的速度或冒氣時(shí)間長短(短的是因?yàn)槊负芸鞂2O2分解完了)，即可證明酶的催化效率高于無機(jī)催化劑，具有催化的高效性。②若證明酶的活性受溫度的影響，應(yīng)在原實(shí)驗(yàn)步驟的基礎(chǔ)上，另設(shè)一個對照組D組，在D組試管中加入煮沸的肝臟研磨液，比較A、D試管的反應(yīng)速率，足以證明酶在高溫下失去活性，即酶的活性受溫度的影響。
【答案】第二步：在A試管中加入少許新鮮的肝臟研磨液，在B試管中加入銹鐵釘，C試管中不加任何物質(zhì)(作為空白對照)。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A試管中產(chǎn)生大量氣泡，B試管中產(chǎn)生少量氣泡，C試管中無反應(yīng)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：比較A、B、C 3支試管的反應(yīng)情況，可說明肝臟研磨液中含有能催化H2O2分解的物質(zhì)，即含有H2O2酶。
【點(diǎn)評】此題要求學(xué)生在證明肝臟研磨液中含H2O2酶的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探索酶的一種特性。根據(jù)題目提供的條件，結(jié)合所學(xué)知識可知答案有兩個，只需學(xué)生設(shè)計(jì)出其中的一個即可。這種類型的開放題能夠激發(fā)學(xué)生的思維，為教與學(xué)提供更大空間，也可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。
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