高中生物實驗設(shè)計題解題技巧及示例

曹淑蓮

（平?jīng)鍪械诙袑W 甘肅平?jīng)?744000）

實驗方案設(shè)計及實驗結(jié)果預(yù)測分析是近年高考對考生實驗探究能力考查的重點和熱點。而此類題目對考生難度較大，得分率較低[1]。本人結(jié)合教學實際談?wù)劥祟愵}目的解題技巧。

一、實驗方案設(shè)計及實驗結(jié)果、結(jié)論的處理技巧

（一）準確地把握實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?/h3>

（1）實驗?zāi)康氖钦麄€實驗的靈魂，因此在進行實驗設(shè)計前首先要準確地把握實驗?zāi)康?，弄清該題目要驗證或探究什么樣的生物學事實，實驗?zāi)康囊话闶穷}干中的“驗證……”“證明……”“探究（或探索）……”“研究……”的對象；有些實驗?zāi)康膭t需進行提煉、整理。

（2）確認實驗?zāi)康氖且阎恼_結(jié)論還是未知的不確定結(jié)論，從而確定實驗的性質(zhì)。對于驗證性實驗“知道的或不知道的，都要裝作知道”，而對于探究性實驗“知道的或不知道的，都要裝作不知道”。

（3）實驗原理是完成該實驗的理論依據(jù)，即某種實驗現(xiàn)象出現(xiàn)的理論依據(jù)。這就需要分析實驗中所涉及的生物學及相關(guān)學科中的知識、儀器的使用方法等，這是完成實驗設(shè)計題目的關(guān)鍵。

（二）找準實驗變量，確定最佳的觀察指標

（1）實驗的自變量指實驗中由實驗者所操縱、給定的因素或條件。自變量一般隱含于實驗?zāi)康闹?，如“探究溫度對酶活性的影響”中的“低溫、適溫、高溫”就是實驗的自變量。

（2）觀察指標是能夠說明實驗的自變量作用效果的一種可視、可測的實驗現(xiàn)象或?qū)嶒灲Y(jié)果，是因變量的一種直觀易操縱的檢測手段。觀察指標的確定是否合理，直接影響實驗的效果。如要證明光合作用產(chǎn)生O2，就要找到一種檢測O2的方法；要證明甲狀腺激素促進代謝，就得找到能體現(xiàn)代謝強度變化的方法。

（三）正確安排、書寫實驗步驟

實驗步驟的安排直接體現(xiàn)了學生實驗設(shè)計的能力，而很多學生因?qū)嶒灢襟E書寫規(guī)律沒有掌握而失分較多[2]。實驗步驟的書寫一般程序如下：

（1）選材、分組、編號。根據(jù)實驗要求選擇適宜的材料和器材。選材應(yīng)注意數(shù)量和生理及發(fā)育狀態(tài)相同，用具要相同等。將實驗分為實驗組和對照組；可以分為兩組，也可以分為若干組，每組進行明確的標記，如用甲、乙、丙或A、B、C或1、2、3，總之讓人一目了然，便于實驗的觀察、統(tǒng)計、比較和敘述。等量描述常用的語言：若材料為植物，則表述為：選擇長勢相同、大小相似的同種植物隨機等量分組，分別編號為A、B、C……若材料為動物，則表述為：選擇年齡、體重、性別、健康狀況及發(fā)育狀況相同的同種動物隨機等量分組，分別編號為1、2、3……

（2）分組處理。根據(jù)實驗的要求分別對實驗組和對照組施加單一變量，除實驗自變量外，對實驗組和對照組培養(yǎng)或飼養(yǎng)等條件都要相同且最適。表述為：其他條件適宜且相同。

（3）一段時間后，觀察或測量，做好記錄，統(tǒng)計結(jié)果。若是植物、動物、微生物的培養(yǎng)實驗，因?qū)嶒灲Y(jié)果不會立即呈現(xiàn)，所以應(yīng)表述為：經(jīng)過一段時間，觀察對比或測量，記錄結(jié)果。

（四）實驗結(jié)果、結(jié)論的預(yù)測與分析

預(yù)測實驗結(jié)果和結(jié)論時，首先要分清是驗證性實驗，還是探究性實驗。若是驗證性實驗，如“驗證……”“證明……”都可預(yù)測到與實驗?zāi)康囊恢碌慕Y(jié)果，一般只有一個結(jié)果和相應(yīng)的結(jié)論，結(jié)論即為實驗?zāi)康?。若是探究性實驗，如“探究……”“探索……”，實驗結(jié)果不唯一，一般有三種可能：變量促進結(jié)果、變量抑制結(jié)果、變量與結(jié)果無關(guān)。每一個結(jié)果對應(yīng)一個結(jié)論，一般采用“如果……，則……”的形式表達。運用逆向思維方法是完美解答預(yù)測結(jié)果、結(jié)論題型的關(guān)鍵所在，即假設(shè)某種結(jié)論成立，預(yù)測相應(yīng)的現(xiàn)象或結(jié)果，然后將得到的結(jié)果作為條件，若出現(xiàn)某一結(jié)果，則得出相應(yīng)結(jié)論[3]。

二、典例剖析

（一）例1

（2017年新課標卷Ⅰ第29題）根據(jù)遺傳物質(zhì)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(shè)在宿主細胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)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(shè)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(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論即可。（要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組）

解析：本題的目的是設(shè)計實驗探究一種新病毒的類型為DNA病毒，還是RNA病毒。由于DNA和RNA元素組成相同，但其有各自的特有堿基，DNA特有堿基為T，RNA特有堿基為U，分別利用放射性同位素標記堿基T、U培養(yǎng)宿主細胞，使宿主細胞分別含有放射性同位素標記的堿基T或U，再利用病毒侵染宿主細胞，看子代病毒是否含有放射性同位素標記的堿基T或U，從而證明該病毒為RNA病毒或DNA病毒。結(jié)果預(yù)測分析采用逆向思維方法——假設(shè)逆推法。

答案：（1）實驗思路：甲組：將宿主細胞培養(yǎng)在含有放射性標記尿嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。乙組：將宿主細胞培養(yǎng)在含有放射性標記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。（2）結(jié)果及結(jié)論：如果甲組收集的病毒有放射性，乙組無，則為RNA病毒；反之為DNA病毒。

（二）例2

（2019年新課標卷Ⅰ第29題）將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質(zhì)濃度增大，葉片中的脫落酸(ABA)含量增高，葉片氣孔開度減小，回答下列問題。

有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，請以該種植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料，設(shè)計實驗來驗證這一結(jié)論，要求簡要寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)果。

解析：本題目的是設(shè)計實驗驗證干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。需要分別測定ABA缺失突變體干旱處理前后及ABA處理前后氣孔開度的變化。干旱條件下氣孔開度減小是由ABA引起的，而ABA缺失突變體植株不能合成ABA，故其在干旱條件下氣孔開度不會減小，但是在ABA處理下氣孔開度會變小。據(jù)此，設(shè)計實驗。

答案：實驗思路：取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經(jīng)干旱處理后，再測定氣孔開度。預(yù)期結(jié)果：干旱處理前后氣孔開度不變。將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進行ABA處理，另一組做對照，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。預(yù)期結(jié)果是：ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。

（三）例3

（2018年新課標卷Ⅱ第29題）為研究垂體對機體生長發(fā)育的作用，某同學用垂體切除法進行實驗。在實驗過程中，用幼齡大鼠為材料，以體重變化作為生長發(fā)育的檢測指標。回答下列問題：

（1）請完善下面的實驗步驟

①將若干只大鼠隨機分為A、B兩組后進行處理，A組（對照組）的處理是___________，B組的處理是_____________。②將上述兩組大鼠置于相同的適宜條件下飼養(yǎng)。③_______。④對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理與分析

（2）實驗結(jié)果與分析

B組大鼠生長發(fā)育的狀況不如A組，出現(xiàn)這種差異的原因是B組的處理使大鼠缺失了來源于垂體的_____________激素和________激素。

解析：本題的目的是用垂體切除法研究垂體對機體生長發(fā)育的作用，自變量為垂體的有無，因變量是大鼠的生長發(fā)育。設(shè)置對照實驗，依據(jù)實驗設(shè)計的單一變量原則，A組（對照組）手術(shù)但不切除垂體，B組切除垂體，兩組大鼠置于適宜且相同的條件下飼養(yǎng)，每隔一定時間，測定并記錄兩組大鼠的體重，以體重變化作為生長發(fā)育的檢測指標。

答案：（1）①手術(shù)但不切除垂體；②切除垂體；③每隔一定時間，測定并記錄兩組大鼠的體重。（2）①生長；②促甲狀腺。

當然提高學生解答實驗設(shè)計題的能力也不是一朝一夕的事，它是一項長期的任務(wù)，只有在日常教學中努力培養(yǎng)學生科學思維、科學探究的能力，并掌握一定的方法技巧，持之以恒的練習才能使學生的綜合能力得到有效的提高。