高三生物实验设计部分

实验设计

新课程的考纲中明确提出，考生要“具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理；能对一些生物学问题进行初步探究性研究”，而实验设计题正好能满足考查的这些要求，所以实验设计题一直深受命题者的亲睐。

一、实验设计要遵循的一般原则

（1）科学性原则

所谓科学性原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期要有科学依据，实验的各个环节都不能偏离生物学基本知识和基本原理，以及其它学科领域的基本原则。

科学性原则具有两个方面的含义：首先，必须保证实验的设计不出现科学性错误；其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的因素。具体说来，生物学实验设计的科学性原则体现在以下几个方面：

①实验原理的科学性

实验原理是实验设计的依据，也是用来检验和修正实验过程中失误的依据，因此它必须是经前人总结或经科学检验得出的科学理论。如2000年全国高考试题第25题，本题要求学生设计实验验证钙离子在血液凝固中的作用。题中给出了两个实验原理：血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，若缺少它则血液不能凝固；草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，因此具有抗凝血作用。这两条原理科学而且完整，学生可由此产生明确的设计思路。

②实验材料选择的科学性

根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料，是保证实验达到预期结果的关键因素之一。孟德尔选用自花传粉的豌豆作为杂交实验的材料，以及“植物细胞的质壁分离及复原”实验选用紫色的洋葱作为实验材料都是一些经典的成功选材的范例。再如，新鲜的黑藻嫩叶是“观察细胞质流动”实验的理想材料，因其新鲜，故能使细胞质的流动速度和流动方向清晰可见；因其叶片薄，故便于制片且能在显微镜下观察。另外，黑藻在一年四季都可以培养，取材方便。有了这样的实验材料，再加上科学的方法，就可以顺利的达到实验目的。

③实验方法的科学性

巴甫洛夫有这样一句名言：“方法掌握着研究的命运”。只有科学而严谨的实验方法，才能得出正确而可靠的实验结果。如证明植物呼吸作用释放二氧化碳的实验是这样设计的：通入的空气首先经过NaOH溶液除去其中的二氧化碳，再经过Ca（OH）2溶液检验CO2是否除尽，最后才通入装有萌发种子的密封瓶中。只有经过这样的步骤，才能完全排除干扰因素（空气中的CO2），才能证明瓶中 CO2确实来源于种子。

④实验结果处理的科学性

这是指对于实验得出的结论不能简单对待，而应该首先记录，然后整理，最后经过仔细分析，找出它们所能够透露给我们的最大信息量。如下面这个实验：用含有各种必需矿质元素的溶液培养大麦，48h后测定几种离子的浓度占该离子开始浓度的百分比，实验结果如下： 实验条件 光照 黑暗 水分消耗（mL） 1090 534 Ca、 K、 Mg（％） 135 27 179 105 35 113 2+＋2+ 上面的结果因为经过了记录和整理，所以使人一目了然。观察这个实验结果，首先要分析出该实验中设计了哪些对照组。由上表可知，表中出现三组对照组：一组是有光与无光；一组是水分的吸收与矿质元素的吸收；还有一组是不同的矿质元素的吸收情况比较。所以，我们分析实验

1

结果时，也应从这三方面入手，得出如下实验结论：一是植物对水分和矿质元素的吸收，与光有一定的关系；一是植物对水分和矿质元素的吸收是相对独立的两个过程；三是植物对矿质元素的吸收具有选择性。

（2）平行重复原则

任何实验必须有足够的实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。 平行重复原则要求控制某种因素的变化强度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。

⑶单一变量原则

该原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确。其含义是：

①不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量；

②实验中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。例如，在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解作用”的实验中，加入的淀粉和蔗糖是单一变量，而加入的淀粉酶的量、反应温度、pH则应控制成相同条件（而且一般要是适宜的，即常量），否则这些因素的差异将作为无关变量，干扰实验结果及对实验结果的分析。

如：某生物学小组为了研究阳光对大豆发芽的影响，在两个花盆里种了大豆，并设计了如下实验：

花盆 Ⅰ Ⅱ 阳光 光照 暗室 温度 20℃ 20℃ 水 充足 不充足 在这一实验设计中，应该改正的错误是（ ）

A. 两个花盆都应该放在向阳的地方 B. 两个花盆都应该放在黑暗的地方 C. 两个花盆的温度不应该一样高 D. 两个花盆都应该浇给充足的水

这两个实验要研究的是阳光对大豆发芽的影响，因此阳光应该为自变量。根据单因子变量的原则，其它因素都应该设为常量，所以本题的答案为D－两个花盆都应该浇给充足的水，这样既保证了变量单一，又使大豆不会因为缺水而影响发芽。而如果两个花盆都浇水不足，两个盆中的大豆都会因为缺水而使发芽不良，也会导致实验的失败。即在保证单一变量的同时，其它变量要保证是是相同且适宜的。

⑷对照原则

对照原则是中学实验设计中最常用的原则，如有关酶的高效性、专一性和影响酶活性的条件的实验，观察植物细胞质壁分离和复原的实验等都采用了对照。通过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又可增加实验结果的可信度和说服力。

对于对照实验，一个实验可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组，对照组（控制组）是不接受自变量处理的对象组。至于哪个作实验组，哪个作对照组，一般是随机决定的。常用的对照类型有以下几种：

①空白对照：对照组为不作任何处理的对象组。如“探索影响淀粉酶活性的条件”实验中，1号试管加1mL蒸馏水，2号、3号试管分别加等量的NaOH、HCl溶液。1号试管即为典型的空白对照组。

②自身对照：实验与对照在同一对象上进行，不另设对照组。如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验，即是典型的自身对照－实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化为实验组。

③条件对照：给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理。如在“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中，存在以下实验组和对照组：

2

甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）

乙组：饲喂甲状腺激素抑制剂（条件对照组） 丙组：对蝌蚪不作任何处理（空白对照）

④相互对照：指不另设对照组，而是利用几个实验组相互对照。如在“植物向光性”的实验设计中，如图所示，2与1对照可证明感光部位在胚芽鞘尖端，3也可与1对照，4也可与1对照，也可与2对照。

二、实验设计题的答题要求

下面按照广东省高考阅卷要求对实验设计题的答题要点进行分析。

（07广州市一模37) 科学家发现感染赤霉菌而患恶苗病的水稻植株，要比周围的健康植物高50％，他们推测这种现象可能与赤霉菌的某些代谢产物有关。请你根据提供的材料和器具，完成以下实验设计证明这一推测：

赤霉菌菌种、培养基、足够的水稻幼苗、蒸馏水、直尺、喷雾器、无土栽培装置 (1)实验目的：(略) (2)实验步骤：

①用培养基培养赤霉菌，一段时间后，提取培养基的滤液。 ② 。 参考答案：37．(7分)

(2)选取生长状态相似的水稻幼苗100株，平均分成A、B两组(每组样本数量大于30才得分)(2分)，测量株高、记录并计算平均值(1分)

A组幼苗喷洒培养过赤霉菌的培养基滤液，B组幼苗喷洒等量的空白培养基滤液，然后

分别移栽到无土栽培装置中，在适宜且相同的条件下生长一段时间(3分)。 测量植株的高度以及记录并计算平均值(1分)

根据阅卷要求，分成以下几个得分点：

第一步： 分组编号 分组时所取样本数量是否足够：每组30-50个(每组样本数量大于30才得分)

第二步：对各实验对象进行的处理 1、所取材料状态是否适宜且相同？如材料的颜色、健康与否、大小、高矮、生理生活状态??等等（此处即“生长状态相似”）

2、是否需要前测？如何测？ （一般如果结果需要与起始状态进行比较的就需要前测。如此题中水稻幼苗植株的高度要与处理前比较。即“测量株高”）

3、测得的数据如何处理：一般首先要记录，然后考虑是否需要计算，是直接计算还是统计后计算平均值等等。（“记录并计算平均值”）

4、处理后的生活条件是否相同？（一般为“适宜且相同的条件下”） 第三步：施加变量的处理

1、实验组：施加要研究的变量（“喷洒培养过赤霉菌的培养基滤液”） 对照组：则看是否保证了单一变量?（“喷洒等量的空白培养基滤液”）

3

2、处理方法的获得：可根据生物实验的一般方法，或根据所给材料用具的提示（如本题中的喷雾器）获得。

第四步： 观察现象，记录并处理结果（后测）：其实就是实验结果的获得。

测量植株的高度以及记录并计算平均值(1分)（或按相关公式计算：标记重捕法、发病率等）或收集数据绘图（曲线图、条形图）

有的实验不能当即就看到结果．需要一定的时间：有的甚至要较长的一段时间(如培养类实验)，这就需要定期观察与记录，在描述时这一步同样要用到一些定性定量的词，如“相同适宜条件下培养”等等。

三、实验设计的一般方法归纳，包括以下10个方面：

1)认真阅读题干，了解题目要求；即本实验要求我们做什么？

2)明确实验目的：即为什么要做这个实验？这个实验是观察、验证或探究什么?也就是把问题提出来。

3)提出实验假设：即在未做实验之前，对实验目的中提出的问题．作出一种可以用即将进行的实验来检测的猜测性的回答。

4)搜寻实验原理：题干中有就在题干中找，题干中没有．就要回顾搜寻学过的知识：是哪方面的知识，是哪一个知识点？课本上对这个知识是怎么讲的？怎样把有关知识与本实验联系起来，这些有关知识就是实验原理．它可能是生物学知识，甚至还可以是物理、化学或其他学科的知识。

5)选定或分析实验对象、器材、药品；即用什么对象做实验能够验证或探究本实验所提出的问题，需要用到哪些仪器、设备、药品等，在选择实验对象仪器、药品时，都要遵循可行性、简便性原则。

6)构想实验思路： 7)设计实验步骤： 8)推导实验结果：

9)解释或分析实验结果：即解释出现这种结果的原因．实际上就是寻找实验原理与实验结果之间的关系。

10)写出实验结论：即回答实验目的中所提出的问题。验证性实验．只有 1 种结论，也就是肯定实验假设：探究性实验的结论要与结果相对应，有多种可能．一般有3种．即肯定假设，否定假设，与假设无关。

不同类型的实验设计题。只是考察的角度不同，把它考察的内容表达完全之后，都是一份完整的实验设计方案。上面10个环节中，从第2个到第10个都可作为考察的内容，因此．解答不同类型的实验设计题的思维过程都是相同的。按照上面这10个环节去解答实验设计题，可以建构一种解题模型，以便思路清晰。

四、实验设计练习题

1、（8分）为证明“唾液淀粉酶对淀粉的消化作用”，某同学制订了有关实验方案。请对该方案的下列有关内容进行评价。

方法步骤?①取2支试管，编号为A和B，各注入2 ｍL浆糊。?②用凉开水漱口后，用小烧杯收集唾液。③向A试管内加入2 ｍＬ唾液。④向2支试管中各滴加2滴碘液。?⑤将2支试管

4

振荡后放在37℃水中恒温10 ｍｉｎ。同时取出2支试管，观察试管内溶液颜色的变化。?

实验结论 唾液中含有淀粉酶能将淀粉分解成麦芽糖。?

问 题 上述实验方法和步骤以及结论存在的科学性问题有哪些 方法步骤：

实验结论：

2、请分别回答下列问题：

（1）玉米的甜与非甜是指胚乳的性状，为一对相对性状，非甜为显性（用A表示），甜为隐性

（用a表示）。若纯种甜玉米接受纯种非甜玉米的花粉，所结种子胚乳的基因型是 ，表现型是 ，果皮和种皮的基因型是 ；植株的基因型是 。

（2）玉米子粒黄色（Y）对白色（y）为显性，粒形圆形（B）对楔形（b）为显性。两对性状

自由组合。现有两种基因型纯合的玉米子粒，表现型分别为：黄色圆形、白色楔形。请设计一杂交试验，以二者为亲本获得4种子粒，表现型分别为黄色圆形、黄色楔形、白色圆形、白色楔形，比例接近9：3：3：1（用遗传图解回答）。

3、（5分）豌豆是闭花授粉的植物，在正常的情况下，只能进行自花传粉。现在，实验田里种有一些同一品种的豌豆植株，即将开花。下面的实验方案是要利用豌豆这种材料来证明，子房发育成果实的过程中，需要发育的种子提供生长素。请将以下实验方案补充完整。

（1）器材和药品：纸袋、标牌、镊子、毛笔、烧杯、剪刀、适宜浓度的生长素溶液等。 （2）实验步骤：

选材与分组：选择一批生长发育状况基本相同、 的豌豆花，分为3组，然后挂上标记牌A组、B组、C组。 实验处理：

A组：不作任何处理。

B组： 。 C组： 。 （3）结果预测：

3组豌豆生长一段时间后，实验的结果可能是： A组：结出有种子的豆荚果实。

B组： 。 C组： 。 4、（11分）霍乱弧菌会引起人类患霍乱病，主要通过污染水源或鲜鱼、贝壳类食物而引起烈性肠道感染，它产生的霍乱肠毒素导致小肠液过度分泌，严重者上吐下泻，导致脱水和代谢性酸中毒，甚至休克死亡。患过霍乱的人可获得长久的免疫力，再感染的较为少见。有研究小组做了以下两个实验。 实验一：

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