解答生物實驗設計題的技巧

閆然 趙榮全

生物高考的實驗能力要求中明確指出具備驗證簡單生物學事實的能力，并能對實驗現象和結果進行解釋、分析和處理；具有對一些生物學問題進行初步探究的能力，包括運用觀察、實驗與調查，假說演繹、建立模型與系統分析等科學研究方法；能對一些簡單的實驗方案作出恰當的評價和修訂等.這要求學生要有一定的實驗與探究的能力和較高的生物科學素養.這也是學生學習的難點和易失分的知識點.下面根據自己的教學實際情況總結實驗設計類試題的解題思路和方法.

1.明確實驗類型

看實驗是驗證性實驗還是探究性實驗.一般在 題干中有“驗證……”、“證明……”、“探究……”，其后內容就是實驗的目的.驗證性實驗具有明確的結果；探究性實驗的現象和結果是未知的或不確定的，應針對各種可能性分別加以考慮和分析，得到相關結論.如“（2009全國理綜Ⅰ）已知H2O2H2O+O2可以通過反應過程中O2的生成速度（即氣泡從溶液中釋放的速度）來判斷H2O2的分解速度，請用所給的材料和用具設計實驗，使其同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性，要求寫出實驗步驟、預測試驗結果、得出結論，并回答問題.”是驗證性實驗；“（2010年安徽）面對去冬今春我國西南部分地區嚴重旱情，生物興趣小組同學查閱資料發現，摩西球囊菌可以與植物根系形成共生體，能提高干旱條件下植物體內活性氧的清除能力，增強抗旱性，請完成實驗設計，探究接種摩西球囊霉菌是否具有提高紫花苜蓿（牧草）的抗旱能力.”是探究性實驗.

2.確定實驗目的、實驗原理

實驗目的是實驗的具體目標，必須具有明確 的指向，必須清晰明了.實驗原理是本實驗設計所依據的物理、化學和生物的基本知識.實驗原理必須具有科學性：實驗原理是實驗設計的依據，它必須是前人總結或科學檢驗得出的科學理論

3.確定實驗變量并設置實驗變量

變量可從實驗題目中獲得啟示給予確定.

要明確實驗中的變量.自變量：又叫實驗變量， 是指實驗操縱控制的特定因素或條件，是實驗假定的原因變量，應具有可變性和可操作性.例如，在“探究溫度對唾液淀粉酶活性的影響”實驗中，實驗所研究的溫度如低溫（加冰塊）、適溫（37℃）、高溫（沸水浴）就是自變量.注意：實驗中遵循的單一變量原則，針對的就是自變量.因變量：又叫反應變量，是指實驗中由于自變量而引起的變化和結果，應具有可測性.自變量是原因，因變量是結果，二者具有因果關系.在上述實驗中，酶的活性就是因變量.注意：檢測指標與因變量不同.如上述實驗中，溶液顏色變化就是檢測指標.無關變量：也叫干擾變量，是指實驗中除自變量以外的影響實驗變化和結果的因素或條件.應具有可控性.在上述實驗過程中，除自變量（溫度）外，唾液的新鮮程度和濃度、可溶性淀粉溶液劑量和濃度、實驗操作程序、溫度處理的時間等，都屬于無關變量.通過變量控制，盡量消除實驗誤差，以取得較為精確的實驗結果. 注意：無關變量要確保相同且適宜.實驗中的等量原則，針對的是無關變量.如實驗中所用生物材料要相同，即所用生物材料的數量、質量、長度、體積、來源和生理狀況等方 面特點要盡量相同或至少大致相同. 所用實驗器具要相同，即試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小型號要完全一樣.所用實驗試劑要相同，即試劑的成分、濃度、體積要相同.尤其要注意體積上等量的問題.所用處理方法要相同，如保溫或冷卻；光照或黑暗；攪拌或振蕩都要一致.有時盡管某種處理對對照實驗來說，看起來似乎是毫無意義的，但最好還是要作同樣的處理，要遵循對照原則.通常，一個實驗總分為實驗組和對照組.實驗組是接受實驗變量處理的對象組.對照組，也稱控制組，是不接受實驗變量處理的對象組.從理論上說，由于實驗組與對照組的無關變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之差異，則可認定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結果是可信的.常用的是空白對照，即不給對照組做任何處理的對象組.空白對照能明白地對比和襯托出實驗組的變化和結果，增強了說服力.例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的實驗中，實驗組滴加了唾液淀粉酶液，而對照組只加了等量的蒸餾水，起空白對照.有的實驗中還有自身對照、條件對照和相互對照等.

4.確定實驗觀察的對象或實驗檢測指標

如在探究光照強度對光合作用的影響實驗中，因變量是光合作用強度，CO2的吸收量為檢測指標.

5.構思實驗步驟，語言準確表達

實驗步驟的設計一般遵循“分組編號、實驗處理、結果觀察” 三步曲.組織語言要準確，實驗步驟的描述一般不宜連續描述，往往需要分段敘說，如：第一步…….第二步……；實驗組別編號描述 如：凡實驗中涉及到兩組或兩組以上，所用器材需用1、2、3……或A、B、C……或甲、乙、丙……等加以編號便于區分.在量上難以做到準確的量化描述，應盡可能用“定性”的語言表達. 如：“一段時間”、“適宜的溫度”、“適量的”、“一定量的”等.注意實驗操作順序的合理安排，例：“還原性糖鑒定實驗”中： 先將斐林試劑甲液（0.1 g/mL的NaOH）和乙液（0.05 g/mL的CuSO4）混合以后，再加入組織樣液中；“蛋白質的鑒定實驗”中：先將雙縮脲試劑A液（ 0.1 g/mL NaOH）加入組織樣液中，再加入B液（0.01 g/mL CuSO4） .

6.記錄實驗現象，依據實驗原理，分析實驗結果，得出實驗結論

驗證性實驗具有明確的結果；探究性實驗的現象和結果是未知的或不確定的，應針對各種可能性分別加以考慮和分析，得到相關結論.

例1 （2010年安徽）面對去冬今春我國西南部分地區嚴重旱情，生物興趣小組同學查閱資料發現，摩西球囊菌可以與植物根系形成共生體，能提高干旱條件下植物體內活性氧的清除能力，增強抗旱性，請完成實驗設計，探究接種摩西球囊霉菌是否具有提高紫花苜蓿（牧草）的抗旱能力.

材料用具：紫花苜蓿幼苗，摩西球囊霉菌菌種，栽培土（經滅菌處理的田間土與河沙混合，體積比9∶ 1），大小一致的花盆.

方法步驟：

（1）個花盆中放置栽培土3㎏，并將花盆平均分成A、B兩組

（2）A組各花盆中

，B組各花盆中

.

（3）將等數量的幼苗移栽于各花盆中，置于

條件下培養；

（4）6周后，

處理10d，每天觀察、記錄并統計

.

結果預期與分析

.

分析 本題考查有關實驗設計內容，根據題意可知，設置對照實驗，遵循等量且適宜原則，放在干旱環境中進行選擇，指標為紫花苜蓿的存活率.

答案：（2）接種等量的摩西球囊霉菌菌種，不接種.

（3）適宜且相同

（4）干旱， 紫花苜蓿死亡率或存活率或存活天數.

結果預測與分析：A組紫花苜蓿死亡率明顯低于B組，這可能是接種摩西球囊霉菌提高了抗旱能力（A組紫花苜蓿死亡率明顯等于或高于B組，這可能是接種摩西球囊霉菌不能提高了抗旱能力）

例2 （2009全國理綜Ⅰ）已知H2O2=H2O+O2可以通過反應過程中O2的生成速度（即氣泡從溶液中釋放的速度）來判斷H2O2的分解速度，請用所給的材料和用具設計實驗，使其同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性，要求寫出實驗步驟、預測試驗結果、得出結論，并回答問題.實驗材料及用具：適宜濃度的H2O2溶液、蒸餾水、3.5% FeCl3溶液、0.01%牛過氧化氫酶溶液、恒溫水浴鍋、試管.

（1）實驗步驟：

①

________________________________________

，放入37℃恒溫水浴鍋中10分鐘；

②

________________________________________

；

③

________________________________________

；

④

________________________________________

.

（2） 實驗結果預測及結論：

整個實驗中，不同處理的試管中O2的釋放速度從快到慢依次是：

________________________________________

. 由此得出的結論是

________________________________________

.

（3）如果僅將實驗中的恒溫水浴改為80℃，重復上述實驗，O2的釋放速度最快的是：

________________________________________

原因是

________________________________________

.

精析 此題的關鍵是分組及自變量的控制.由題目的實驗目的可知：驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性，所以實驗應分三組，一組是空白對照，一組是驗證酶的催化作用，一組是驗證酶的高效性.通過比較是否有氧氣釋放說明酶的催化作用，通過比較氧氣釋放的快慢驗證酶的高效性.

答案：①取三只試管并編號甲、乙、丙，分別滴加等量且適量的過氧化氫溶液；②分別向三只試管里分別滴加等量的過氧化氫酶、3.5℅FeCl3溶液、蒸餾水并混合均勻；③把三只試管放在恒溫水浴鍋保溫.觀察記錄三只試管里氣泡從溶液中釋放的速度.（2）甲試管里氣泡的釋放的速度最快，乙試管較慢，丙試管無氣泡放出.過氧化氫酶具有催化作用和高效性.（3）乙試管（滴加FeCl3溶液），高溫過氧化氫酶失去活性，不再催化過氧化氫分解.

學生的實驗能力的提高需要教師的指導和學生長期的實驗訓練，學生一定要動手，才能逐步提高解題能力.

（收稿日期：2015-04-13）