解讀實驗目的、實驗原理及結論

廣東

生物學是一門實驗的科學。生物學的許多規律、結論是通過實驗得出的，生物在高考中與實驗有關的考查內容通?？梢赃_到30%。除了《考試大綱》中要求的19個必修實驗外，還有隱含在教材中的生物科學發現史、正文內容的許多佐證、旁欄知識及課后練習、人教版選修1的實驗等大量的隱性實驗。生物學實驗是復習備考要重點關注的內容。而對于實驗往往從實驗目的、實驗原理、實驗步驟或實驗思路、實驗結果及結論等方面進行考查。本文將從實驗目的、實驗原理、實驗結論三方面以理論和例題的形式進行講解，盡可能全面地解讀實驗考查的這三個方面。

一、實驗目的

實驗目的是實驗內容的重要組成部分，是教學實踐活動的目標和指南，也是創新意識和創新能力的發源地。實驗目的是通過自變量和因變量的關系確定的，所以在確定實驗目的時，先要確定實驗的自變量和因變量，確定這兩個變量后，實驗目的就“呼之欲出”了。在試題中，部分題目會直接給出實驗目的，也有些題目則考查實驗目的（或探究課題）。

如（2015年，重慶卷，第10題節選）小麥的穗發芽影響其產量和品質。某地引種的紅粒小麥的穗發芽率明顯低于當地白粒小麥。為探究淀粉酶活性與穗發芽率的關系，進行了如下實驗。

（1）取穗發芽時間相同、質量相等的紅、白粒小麥種子，分別加蒸餾水研磨、制成提取液（去淀粉），并在適宜條件下進行實驗。實驗分組、步驟及結果如下……

由于此題明確給出實驗目的，因此本題的考查重點應該是如何控制自變量，如何檢測因變量以及如何書寫實驗思路和結論等。而對于沒有直接給出實驗目的的題目，考生需要認真分析實驗的自變量和因變量，有些實驗是單自變量和單因變量；有些實驗是雙自變量和單因變量；有些實驗是單自變量和雙因變量。接下來筆者進行逐一分析。

1.單自變量和單因變量

本類實驗的實驗目的相對簡單，總結規律如下：探究自變量對因變量的影響。

【例題1】某研究人員對水稻幼根做了如下的實驗。

①將生長狀況相同的200粒剛萌發的水稻種子平均分為甲、乙、丙、丁4組，分別放在濃度為0、5、10、15 umol/L的脫落酸溶液中處理1天后，轉至培養皿中培養，培養條件適宜且相同；

②培養至第3天后；

③實驗結果如圖1所示；

圖1

【分析】由①和圖1結果可分析得出題中的自變量和因變量，其中自變量為不同濃度的脫落酸溶液，因變量為水稻幼根生長發育的情況。故實驗目的：探究不同濃度的脫落酸對水稻幼根生長發育的影響。

2.雙自變量和單因變量

【例題2】

圖2

由圖2可知圖中自變量為溫度和pH，因變量為反應物剩余量/相對量，其可反映酶的活性。故實驗目的：不同溫度下，探究pH對酶活性的影響。

如果橫坐標改為pH，曲線改為溫度，那么實驗目的應該改為不同pH下，探究溫度對酶活性的影響。

3.單自變量和雙因變量

【例題3】科研人員研究6-BA（一種植物激素）對擬南芥根生長發育的作用機理，進行了如下實驗。

圖3

【分析】找出本題的自變量和因變量，自變量為6-BA的濃度，因變量為側根和主根的生長發育情況。故實驗目的：探究不同濃度的6-BA對擬南芥主根和側根生長發育的影響。

二、實驗原理

實驗原理是實驗設計的依據和思路。實驗基本原理是設計性實驗的基礎，在研究實驗時，只有明確實驗原理，才能真正掌握實驗關鍵點、操作要點，進而進行實驗的設計、改造和創新。

實驗原理的書寫應遵循三個原則：①操作與自變量之間的關系；②自變量如何影響因變量；③因變量與觀測指標的關系。即：操作→自變量→因變量→觀測指標。

1.操作與自變量的關系

【例題4】比較H2O2酶在不同條件下的分解情況，某同學做了如下實驗：

實驗過程：①2支試管中，分別注入100 mL H2O2。

②分別向兩支試管中滴加2滴肝臟研磨液和FeCl3溶液，測定單位時間的氣泡數量。經多次重復實驗，所得平均數據如表1：

表1

請回答：該實驗的原理是____________________________________ 。

【分析】本題考查H2O2酶的活性，而試管中滴加的為肝臟研磨液，故應該說明“肝臟中含有H2O2酶”，對應實驗原理書寫原則中的第①點；分析自變量（催化劑的種類）是如何影響因變量（H2O2的分解速率），對應實驗原理書寫原則中的第②點；分析因變量的檢測指標，即觀察單位時間氣泡的數量，對應實驗原理書寫原則中的第③點。

【答案】H2O2溶液分解可產生氧氣，其在不同類型催化劑作用相同時間后產生的氧氣量也不同。通過觀察單位時間氣泡的數量推測不同催化劑的催化效果。

2.自變量與因變量內在關系及如何檢測因變量

【例題5】（2008年，四川卷，第30題節選）為確定人體在運動時呼出氣體中的CO2濃度是否比靜止時高，某同學進行了如下探究：

作出假設：人體在運動時呼出氣體中CO2的濃度比靜止時高。

實驗過程：①在3個燒杯中，分別注入100 mL蒸餾水，測定其pH。

②實驗者在安靜狀態（靜坐2 min）、中度運動（步行2 min）以及劇烈運動（跳繩2 min）后，立即分別向上述3個燒杯的水中吹入等量氣體，測定pH。經多次重復實驗，所得平均數據如表2：

表2

請回答：

（2）該實驗的原理是_____________________________________________ 。

【分析】由于人體在運動時消耗能量增加，細胞呼吸加強，產生二氧化碳的量增加，所以呼出二氧化碳的量增加，故人體在運動時呼出氣體中二氧化碳的濃度比靜止時高；對應實驗原理書寫原則中的第②點；因為二氧化碳在水中溶解后使水的pH下降，所以可以以水的pH變化作為測量指標，從而推測呼出氣體中二氧化碳濃度的變化。對應實驗原理書寫原則中的第③點。

【答案】CO2在水中溶解后使水的pH下降，人在不同運動狀態下產生的CO2不同，溶于水后也會導致pH不同，通過測定水pH的變化，可以推測呼出氣體中CO2濃度的變化。

三、實驗結論

實驗結論應指向實驗目的，也是對實驗結果的合理推測和分析。一個完整的實驗結論應該包括兩部分內容，第一、對實驗目的做出判斷，即自變量對因變量有無影響；第二、分析自變量如何影響因變量。而后者又可以分四種情況：自變量促進因變量；自變量抑制因變量；一定范圍內自變量促進因變量，而超過該范圍后，自變量不再影響因變量；一定范圍內自變量促進因變量，而超過該范圍后，自變量抑制因變量。

【例題6】（2017年，北京卷，第31題節選）瘧原蟲是一種單細胞動物。它能使人患瘧疾，引起周期性高熱、寒戰和出汗退熱等臨床癥狀，嚴重時致人死亡。

（5）臨床應用青蒿素治療瘧疾取得了巨大成功，但其抗瘧機制尚未完全明了。我國科學家進行了如下實驗。

表3

據此可以得出的結論是__________________________________ 。

【分析】許多學生在做本題時，想直接得出結論，但這種答題模式往往會出錯。正確的做法應該是首先考慮本題的實驗目的，在實驗目的的基礎上再得出結論。本題的實驗目的：探究青蒿素對瘧原蟲和倉鼠細胞線粒體膜電位的影響。故本題的實驗結論應該為青蒿素對瘧原蟲線粒體膜電位有影響，而對倉鼠細胞基本無影響。在此基礎上要進一步分析總結得出本實驗的結論。

【答案】青蒿素對線粒體膜電位的影響存在物種間的差異

在平時的考試中，一個完整的實驗題不止設置一類問題，但只要分析清楚實驗的原理、目的、結論，所有設問基本可以得到解答。最后筆者結合例題7綜合分析實驗類題目中涉及的文中提到的三方面問題。

【例題7】（2013年，全國卷Ⅱ，第29題）已知大麥在萌芽過程中可以產生α-淀粉酶，用GA（赤霉素）溶液處理大麥可使其不用發芽就產生α-淀粉酶。為驗證這一結論，某同學做了如下實驗：

表4

（1）α- 淀粉酶催化_________ 水解可生成二糖，該二糖是___________ 。

（2）綜合分析試管1和2的實驗結果，可以判斷反應后試管 1 溶液中的淀粉量比試管 2 中的___________ ，這兩支試管中淀粉量不同的原因是____________ 。

（3） 綜合分析試管2、3和5的實驗結果，說明在該實驗中 GA 的作用是_______________ 。

（4）綜合分析試管 2、3 和 4 的實驗結果，說明__________________。

【分析】分析該實驗的自變量：

試管1和試管2的自變量：有無胚；

試管2、3、4的自變量：赤霉素的濃度。試管5為空白對照。

分析該實驗的因變量與觀測指標：

因變量：α-淀粉酶的量；

觀測指標：在反應體系中先加淀粉液再加碘液，用碘液的顏色變化反映淀粉的剩余量，從而反映α-淀粉酶的量。

本題實驗原理的分析：由自變量與因變量的內在關系，可知“大麥種子的胚可以產生α-淀粉酶；赤霉素能促進未萌發（無胚）種子產生α-淀粉酶”。由因變量與觀測指標的關系可知“α-淀粉酶可以水解淀粉；淀粉液遇碘液呈藍色，且淀粉液濃度越高，藍色越深?！?/p>

本題實驗目的與實驗結論分析：一、通過試管1、2、5可探究大麥種子的胚是否可以產生α-淀粉酶。分析可知“試管1中加碘顏色淺→淀粉少→淀粉酶多”“試管2中加碘顏色深→淀粉多→淀粉酶少（與空白對照相同）”，可得本組的實驗結論是大麥種子的胚可以產生α-淀粉酶。即題目要驗證的第一個結論——“已知大麥在萌芽過程中可以產生α-淀粉酶”；二、通過試管2、3、4、5可探究赤霉素對無胚大麥種子產生α-淀粉酶的影響。分析可知“試管4中加碘顏色最淺→淀粉最少→淀粉酶最多”，與試管2、3、5對照可得本組的實驗結論是GA溶液處理大麥可使其不用發芽就能產生α-淀粉酶。GA濃度越高，效果越好。即題目要驗證的第二個結論——“用GA（赤霉素）溶液處理大麥可使其不用發芽就產生α-淀粉酶”。

【答案】（1）淀粉 麥芽糖 （2）少 帶胚的種子保濕后能夠產生α-淀粉酶，使淀粉水解（3）誘導種子生成α-淀粉酶 （4）GA濃度高對α-淀粉酶的誘導效果好

實驗目的與實驗原理及實驗結論是生物實驗類題目考查的重點，本文通過例題的形式逐步對存在的各種情況進行分析，從而使復雜的實驗簡單化，簡單的實驗規律化，希望學生能在實驗題方面有所進步，也為一線老師的教學提供一定的參考。