高中生物實驗設計題解題技巧及示例

曹淑蓮

（平涼市第二中學 甘肅平涼 744000）

實驗方案設計及實驗結果預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]。本人結合教學實際談談此類題目的解題技巧。

一、實驗方案設計及實驗結果、結論的處理技巧

（一）準確地把握實驗目的和實驗原理

（1）實驗目的是整個實驗的靈魂，因此在進行實驗設計前首先要準確地把握實驗目的，弄清該題目要驗證或探究什么樣的生物學事實，實驗目的一般是題干中的“驗證……”“證明……”“探究（或探索）……”“研究……”的對象；有些實驗目的則需進行提煉、整理。

（2）確認實驗目的是已知的正確結論還是未知的不確定結論，從而確定實驗的性質。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，即某種實驗現象出現的理論依據。這就需要分析實驗中所涉及的生物學及相關學科中的知識、儀器的使用方法等，這是完成實驗設計題目的關鍵。

（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目的中，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、可測的實驗現象或實驗結果，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了學生實驗設計的能力，而很多學生因對實驗步驟書寫規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。根據實驗要求選擇適宜的材料和器材。選材應注意數量和生理及發育狀態相同，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或飼養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，統計結果。若是植物、動物、微生物的培養實驗，因實驗結果不會立即呈現，所以應表述為：經過一段時間，觀察對比或測量，記錄結果。

（四）實驗結果、結論的預測與分析

預測實驗結果和結論時，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……”都可預測到與實驗目的一致的結果，一般只有一個結果和相應的結論，結論即為實驗目的。若是探究性實驗，如“探究……”“探索……”，實驗結果不唯一，一般有三種可能：變量促進結果、變量抑制結果、變量與結果無關。每一個結果對應一個結論，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測結果、結論題型的關鍵所在，即假設某種結論成立，預測相應的現象或結果，然后將得到的結果作為條件，若出現某一結果，則得出相應結論[3]。

二、典例剖析

（一）例1

（2017年新課標卷Ⅰ第29題）根據遺傳物質的化學組成，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，一種新病毒出現后需要確定該病毒的類型。假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換，請利用放射性同位素標記的方法，以體外培養的宿主細胞等為材料，設計實驗以確定一種新病毒的類型，簡要寫出（1）實驗思路，（2）預期實驗結果及結論即可。（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。結果預測分析采用逆向思維方法——假設逆推法。

答案：（1）實驗思路：甲組：將宿主細胞培養在含有放射性標記尿嘧啶的培養基中，之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒并檢測其放射性。乙組：將宿主細胞培養在含有放射性標記胸腺嘧啶的培養基中，之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒并檢測其放射性。（2）結果及結論：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，設計實驗來驗證這一結論，要求簡要寫出實驗思路和預期結果。

解析：本題目的是設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。據此，設計實驗。

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，經干旱處理后，再測定氣孔開度。預期結果：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。預期結果是：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。③_______。④對所得數據進行統計處理與分析

（2）實驗結果與分析

B組大鼠生長發育的狀況不如A組，出現這種差異的原因是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育的作用，自變量為垂體的有無，因變量是大鼠的生長發育。設置對照實驗，依據實驗設計的單一變量原則，A組（對照組）手術但不切除垂體，B組切除垂體，兩組大鼠置于適宜且相同的條件下飼養，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育的檢測指標。

答案：（1）①手術但不切除垂體；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計題的能力也不是一朝一夕的事，它是一項長期的任務，只有在日常教學中努力培養學生科學思維、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。