植物向性运动的实验设计和观察

植物向性运动的实验设计和观察 【学习目标】

1．初步了解实验设计的基本原则和基本内容。 2．初步学会设计植物向性运动实验的方法。 3．学会观察植物的向性运动。

【学习障碍】 1．理解障碍

(1)如何掌握设计实验应遵循的基本原则和基本内容？ (2)如何理解植物向性运动实验的设计思路？ (3)如何具体设计植物向性运动实验？ 2．解题障碍

在限定实验条件的情况下，补充设计或完整设计一个实验来验证某一生物现象或结论的问题。

【学习策略】 1．理解障碍的突破

(1)用“系统化法”归纳实验设计的基本原则和基本内容。 ①实验设计的基本原则

A．科学性：指设计实验时必须有充分的科学根据，即设计实验时要以前人的实验、公式或自己的实验为基础，不能凭空设想。

B．严谨性：欲使实验设计完整、无漏洞，必须注意严谨性。如在某些实验中要设计对照实验(包括某一处理前的正常对照或对照组)，这样便于实验前后对比或组间对比，得出明确的结论。有些实验则要建立在严谨的推理基础之上。

C．实验条件的一致性(即单一变量原则)：在实验中，除欲处理的因素外，其他诸实验条件必须保持前后一致，不能在实验过程中随意变动。

D．可重复性：重复、随机和对照是保证实验结果正确性的三大原则。实验设计中必须注意实验的可重复性，只有足够的实验次数，才能判断结果的可靠性。

E．器材的选择：实验设计中，要依据实验设计的目的、原理及实验要求选择恰当的实验用具和材料。

F．采用恰当的方法表述和处理实验结果。 ②实验设计的基本内容

一个比较完整的实验设计方案，一般包括以下内容： A．实验题目。

B．实验目的：本实验最后要达到的目的。 C．实验原理：实验的依据与思路。 D．材料用具。

E．实验假设：即对可见现象提出的一种可检测的解释。

F．实验预期：即在检测一个假设之前，先提出实验的预期结果。如果预期没有实现，则说明假设不成立；如果预期得到实现，则假设成立。

G．实验：根据实验目的和提出的假设，来具体设计实验的方法步骤。在实验的方法步骤设计中，必须遵循对照的原则设置对照实验既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。对照的常用方法有以下几种： 空白对照：不给对照组任何处理因素。

条件对照：虽然给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究的处理因素。 自身对照：对照和实验都在同一研究对象上进行。 相互对照：不单设对照组，而是几个实验组相互对照。

在实验中要注意“变量”的控制，一般只确认一个变量，即对实验结果有影响的变量。 H．观察和收集数据：在实验方案中要事先设计定时观察的内容和观察的次数，同时应

按要求进行观察，并将观察到的现象和结果如实记录下来。有的实验还需要采集数据。 I．实验分析：对实验记录下来的现象、结果、数据进行整理、分析，有的可以用图表表示出来。

J．实验推论：即根据实验事实进行推论，得出结论的过程。 K．成果交流：即写出书面实验报告。

(2)用“具体化法”理解植物向性运动的实验设计思路和方法。 ①植物向性运动实验的设计思路

②植物的向性运动实验设计方案示例 ［例1］植物的向光性实验设计： (1)实验题目：植物的向光性实验。

(2)目的要求：观察植物在单侧光照射下的生长情况，验证植物的生长具有向光性。 (3)材料用具：植物幼苗(玉米、小麦等)、火柴杆、小花盆(或培养皿)、泥土、不透光的纸盒、台灯、剪刀。

(4)实验假设：依据植物生长的向光性原理，幼苗应朝纸盒开孔的方向生长，也就是向着光源的方向生长。

(5)实验预期：经过一定时间后，幼苗将弯向光源生长。

(6)方法步骤：

①用剪刀在不透光的纸盒一侧挖一个直径为1 cm的孔，待模拟单侧光照射时使用。 ②将几株长势相同但真叶尚未长出胚芽鞘的小麦幼苗依次排开，分别栽种在两个花盆中。在幼苗的旁边插一根火柴杆，作为对比的参照物。

③将制作好的遮光罩扣住花盆(一组用不透光的纸盆，另一组用一侧带小孔的纸盒)，白天将装置置于阳光充足的地方，夜间以台灯代替光源，并使光从小孔中透入纸盒。 ④每天打开纸盒，观察幼苗的生长情况，记录下高度、倾斜角及当日温度、天气等情况，并间断地拍照，保留图片记录。但要注意，打开纸盒观察实验现象的时间应该尽可能地短，并保持透光孔的方向与前次一致。

(7)实验记录：将观察日期、时间、环境条件(温度、天气)、幼苗生长情况等列表记录，记录时，不但要记载符合预期的现象，也要记载与预期相矛盾的现象。以便对结果进行如实分析，同时从中找出实验成功的原因或失败的教训。 (8)实验结果和结论：分析实验结果，得出结论。 ［例2］植物向重力性实验设计 (1)实验题目：植物的向重力性实验。

(2)目的要求：了解植物根的生长具有向重力性的特点。

(3)材料用具：刚萌发的玉米种子(胚根长0．5 cm左右)、培养皿、棉花、滤纸、胶布、橡皮泥、剪刀。

(4)实验假设：根的生长与地心引力有关。

(5)实验预期：经过一定时间之后，4粒玉米种子的胚根都向下生长。 (6)方法步骤：

①取4粒同样大小已萌发并长出胚根的玉米粒，平放在一个培养皿内，使其胚根尖端部分朝向培养皿中央。各萌发的玉米粒分别位于罗盘的东、南、西、北位置。

②将滤纸剪成培养皿大小，盖在玉米粒上，然后再盖上湿棉花，直到填满整个培养皿。注意不要将棉花塞紧，以免影响根的生长。

③盖上培养皿盖，边缘用胶布封口，竖起培养皿，用橡皮泥固定住。将竖立的培养皿放

入恒温箱中培养，注意培养皿中玉米粒的位置必须保持不变，使最上面的玉米粒的胚根垂直向下，最下面玉米粒的胚根垂直向上，左右两个玉米粒的胚根处于水平位置(如下图)。

(7)实验记录：列表记录这4粒玉米种子胚根的生长情况。 (8)实验结果和结论：分析实验的结果，得出结论。 2．解题障碍的突破

用“发散思维与辐合思维结合法”解有关实验设计的问题。

实验设计题一般要求确定实验原理、选择实验器材、安排实验步骤、设计数据处理的方法及分析实验现象，主要考查是否理解实验原理和学会分析实验结果，是否具有灵活运用实验知识的能力。题型有如下几种：

①设计实验方案先明确实验目的及附加条件，写出实验原理，设计实验方案。解答这类题首先根据题目的要求和给出的条件，确定和书本相关的知识点及实验原理，然后再设计便于操作的实验方案。

②实验步骤：根据题目给定的实验器材和药品以及实验提出的目的，设计或补全实验步骤，预期实验结果与分析。解答这类题的步骤如下：A．明确实验目的，B．分析实验原理(实验原理可能以新信息的形式给出)，C．分析实验材料(对实验材料的分析常常是

解题的突破口)，D．确定实验思路，e.分析实验步骤，f.预期结果与分析。

③设计实验改进方法：要求我们分析已有的实验设计方案中的科学性和严密性，并以此为媒介，引导解决问题的最佳方法，进一步培养我们的科学素质和科学实验能力。 ［例1］如下图所示，将植物横放，茎弯曲向上生长，根弯曲向下生长。这与重力影响生长素的分布和根、茎对生长素的敏感性不同有关。下列分析正确的是

A．A处生长素浓度较B处高，茎对生长素敏感性高，A处生长受抑制，B处生长快，茎向上生长

B．D处生长素浓度较C处高，根对生长素敏感性高，D处生长受到抑制，C处生长快，根向下生长

C．C处生长素浓度较D处高，根弯曲向下生长 D．B处生长素浓度较A处高，茎弯曲向上生长

解析： 单侧光照射和地心引力(重力)都可以改变生长素在植物体内的分布，从而引起植物的向性生长。重力引起生长素的分布情况是：近地一侧分布得多，背地一侧分布得少。由于生长素作用的双重性及植物根和茎对生长素的敏感程度不同(根生长需要的生长素浓度低，茎生长需要的生长素浓度高)，因此，同一浓度的生长素对根的生长表现为抑制，而对茎的生长则表现为促进。把植物横放一段时间后，由于近地侧生长素浓度高，对根来讲，抑制近地侧的生长，而使背地侧生长得快，对茎来讲，促进近地侧的生长，而使近地侧生长得快，因此植物就表现出根向地生长、茎背地生长的现象。 答案：BD

总结：本题考查学生运用生长素的知识解释植物向性运动的原因，通过对本题的解答，加深学生对生长素生理作用两重性的理解。

［例2］下图曲线Ⅲ表示茎伸长生长与植物生长素浓度的关系。如果将同样浓度范围的植物生长素使用于侧芽，则能代表它生长状况的曲线是

A．Ⅰ B．Ⅱ C．Ⅳ D．Ⅴ

解析：考查生长素的生理作用特点及学生的图解变换能力。同一浓度的生长素对同一植物的不同器官影响不同，即同一植物的不同器官对生长素的敏感性不同。对于芽来讲，促进生长的最适浓度是10－

8 mol/L左右，而对于茎来说，最适浓度为10

－4

mol/L左右，

而该浓度已严重抑制芽的生长。因此随着生长素浓度的逐渐增大(一定范围内)茎的生长速度逐渐增大的话，芽的生长速度会逐渐减小，因为该浓度范围已超过芽生长的最适浓度。 答案：A

总结：本类型的题是高考考查的主要趋向之一，题目源于课本而高于课本，题在书外理在书内，既考查了学生对基本知识的理解，又考查了学生对图解、曲线的迁移能力，两个目标有一个达不到，就不可能作出正确的判断。

［例3］宇宙飞船上的植物生长是否也具有向光性？__________________。为什么？

___________________。

(2)如果在太空飞船的暗室里放一盆植株，这盆植物放在一个v＝8转/分匀速转动的旋转

器上，且暗室中始终亮着一个固定光源，如上图所示。过一段时间后，这盆植株的茎将_______生长，原因是______________________________________________。 该植物的根是否还具有向地性？原因是什么？_____________________________。 解析：考查植物的向光性及向重力性。植物的向光性是由于植物受到单侧光的刺激而作出的定向运动，只要有单侧光就能发生向光性运动。若把植物放在匀速旋转的转盘上，再放在固定光源下生长，植物均匀受光，将不会发生弯曲生长，又因宇宙飞船中存在失重现象，因此植物的根也不具有向地性，茎也不具有背地性，植物会按照原来的固定方式生长。

答案：(1)具有 因为向光性是植物单侧光引起生长素分布不均匀造成的 (2)朝下 由于旋转，植物均匀受光，不会弯向光源生长，由于失重，植物茎失去重力的刺激，不会表现出背地性 不具有 失去重力的刺激，生长素均匀分布