高考生物 考前30天之备战冲刺押题系列Ⅱ 题型解读44实验设计.docx
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高考生物考前30天之备战冲刺押题系列Ⅱ题型解读44实验设计
实验设计
近年来，高中生物学学习中实验设计题逐渐成为高考命题的一种重要题型。
这类题目能检测学生的实验分析、思维方式、创新能力、语言表达能力等。
这类题目一般难度较大，开放程度较高，答案较为灵活。
为此做以下归类，希对提高同学们的学习效率有所帮助。
一、实验设计的原则
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，实验结果的预期有科学依据，实验的各个环节不能偏离生物学基本知识和基本原理，以及其他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。
具体地说，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年全国高考试题中第25题，要求学生通过实验验证“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，若缺少它则血液不凝固；草酸钾溶液能与钙离子发生反应，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，是保证实验获得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材料，以及“植物细胞的质壁分离和复原实验”选用紫色洋葱作为实验材料都是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，故能保证观察到的是活细胞；因其含水量多，故能保证细胞质流动的流
动速度快，实验现象明显；因其含叶绿体，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，就可以顺利达到实验目的。
③实验方法的科学性
只有科学的实验方法，才能得出正确而可靠的实验结果，如证明植物的光合作用过程中释放CO2的实验是这样设计的：
通入的空气先经过NaOH溶液除去其中的CO2，再经过Ca（OH）2溶液检验CO2是否完全除尽，最后才通入装有萌发的种子的密封容器中
。
只有经过这样的步骤，才能完全排除干扰因素，证明瓶中的CO2确实来源于种子的呼吸作用。
④实验结果的科学性
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
后再经过仔细分析，找出它们所能透露给我们的最大的信息量。
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，48小时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
水分消耗（mL）
Ca2＋
K＋
Mg2＋
光照
1090
135
27
179
黑暗
534
105
35
113
上面的结果因为经过了记录和整理，所以使人一目了然。
观看这个实验结果，首先要看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：
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。
所以我们分析实验结果时，也应从这三个方面人手，得出如下结论：
一是植物对水分和矿质元素的吸收与光有关；二是植物对水分和矿质元素的吸收
是两个相对独立的过程；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，观察其对实验结果的影响程度。
下面的这道题就是根据平行重复原则设计的实验。
在用质壁分离法测定细胞液浓度的实验中，把剪成小块的洋葱表皮分别放人下面各组溶液中，结果如下表：
培养皿
蔗糖溶液浓度
（mol/L）
发生质壁分离细胞占观察细胞数目的百分比
1
O.2
无
2
O.3
无
3
0.4
15％
4
O.5
40％
5
O.6
80％
6
0.7
99％
7
O.8
100％
请回答：
（1）该洋葱细胞液等渗浓度范围为。
（2）在以上基础如何改进实验，将测定的洋葱表皮细胞的细胞液浓度范围精确到小数点后两位数。
A.需设置的蔗糖溶液浓度分别为。
B.。
C.观察。
D.结果与分析。
实验的第二步需要根据平行重复原则设计实验来得出结论。
再如：
某兴趣小组为了研究阳光对大豆发芽的影响，而在两个花盆里种了大豆，并设计如下实验：
花盆
阳光
温度
水
I
光照
20℃
充足
Ⅱ
暗室
20℃
不充足
在这一实验设计中，应该改正的错误是（）
A.两个花盆应该放在向阳的地方
B.两个花盆都应放在暗处
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，其他因素都应相同，两花盆该浇给同样充足的水，这样既保证了单一变量，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，两个花盆中的大豆就会因为缺水而使发芽不良，也会导致实验的失败。
因此，在考虑单因子变量原则时，还应尽量使常量能够满足实验成功的条件。
4.控制与平衡控制原则
该原则是指要严格地操纵自变量，以获取因变量。
同时，要严格地均衡无关变量，以消除额外变量干扰。
即尽量消除实验误差，以取得较为精确的结果。
常用的方法有单组、等组及轮组实验法。
①单组实验法
对一组（或一个）对象，既用A法，又用B法，顺序随机或轮流循环，这是生物实验常用的实验方法。
例如，“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验，通常是将做好的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞装片，先用蔗糖溶液做质壁分离观察，接着又用清水做质壁分离复原观察，这就是单组实验法。
由于对象同一，无关变量的影响也就被平衡和抵消了。
②等组实验法
将状况相等的对象，分成两组或多组，一组用A法，另一组用B法，这也是生物实验常用的实验方法。
例如，“植物激素与向性”实验，设计了5组实验，其对象是玉米幼苗，要求品种、萌发期、粗细、大小、长势等状况都是相同的，这就是等组实验法，对无关变量的影响起到了平衡和消除作用。
③轮组实验法
对两组或两组以上的对象，循环进行两个或两个以上的实验处理。
如甲组——A法、B法；乙组——B法、A法等，这样能有效的平衡和抵消无关变量的影响。
自然，操作起来要麻烦一些。
例如，“植物向光性”实验，可随机取2株（组）生长状况并不相等的玉米幼苗，做如下实验处理：
实验结果则是a＋d（“不透光”）和b＋c（
“单侧光”）的比较，这就是轮组实验法。
无论先用单侧光处理，还是先用不透光处理，两株长势不同的玉米均表现向光性，均由单侧光引起，可见这种实验处理的匹配，对平衡、消除无关变量更有说服力。
5.对照原则
对照原则是中学实验中最常用的原则，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实验都采用了对照。
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。
在一个对照实验中，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，对照组是不接受自变量的处理的对象组，一般是随机决定的。
常用的对照组类型有以下几种：
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；用小狗做活体材料设计实验，证明动物生长激素的分泌器官及作用时，用不做任何处理的小狗作对照，与切除了脑垂体的小狗进行比较。
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，既是典型的自身对照——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。
如在验证唾液淀粉酶发挥作用的最适温度的实验中的O℃和80℃下的对照。
再如在“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。
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。
如验证温度对唾液淀粉酶活性影响的实验中60℃、O℃、37℃之间的对照；验证pH对唾液淀粉酶活性影响的实验中，不同pH溶液之间的对照。
再如在“植物向光性”的实验设计中，如下图所示，2与l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l对照，也可与2对照。
二、实验设计的基本步骤
实验设计题的能力要求高，难度较大，学生往往感到比较困难。
从解题技
巧的角度来看，总体上可以分以下几步进行：
（1）明确实验目的→
（2）分析实验原理→（3）找准实验中的变量→（4）设计实验步骤→（5）预期结果与分析→（6）得出实验结论。
（一）明确实验目的
1.确定实验类型
根据实验目的的不同，可把实验分为验证性实验和探究性实验两大类型。
验证性实验是已知原理，现象和结论的前提下，通过具体的实验来证明相应的生物学现象的实验方法。
探究性实验是在不明实验结论的情况下，用己有的实验条件，通
过控制实验变量来探究研究对象的未知属性，以及与其他因素的关系，依据实验现象推测出结论的实验方法。
例如：
为了验证甲状腺激素的生理作用，以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料
和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。
验证性实验在题干中往往会出现“验证”或“证明”等字样。
探究性实验的题干中往往会出现“探究”字样。
2.明确实验目的
无论是探究性还是验证性实验，题目都会告诉我们要做什
么，即要你探究什么或验证什么，这就是实验目的。
解题时，一定要明确实验目的，也就是要明确该实验是要验证什么生物学事实或现象，或探究什么未知属性以及与其他因素的关系。
例如：
为了探究光的有无对植物根吸收矿质元素的影响，请根据所给材料和用品设计实验。
可能用到的主要材料和商品；缺N的“完全培养液”，适宜浓度的NaNO3溶液，测定溶液中离子含量的有关器材，生长状况一致的蕃茄幼苗。
本实验的目的是？
（二）分析实验原理
弄清题目让我们做什么（也就是弄清实验目的）后，接着就要想做这件事的理论基础是什么，即实验原理。
实验原理有的包含在实验题干的叙述中，有的需要联系课本中的生物学理论知识提取出相关的实验原理，也就是说书本知识是我们做题的依据和支撑。
实验原理是选择实验材料、药品，设计实验步骤和预期实验结果的依据。
例题1.胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。
为了验证胰高血糖素具有升高血糖的生理作用，请以小白鼠为实验对象设计实验步骤，观测和解释实验应出现的结果，并写出实验结论。
该实验中的原理或知识背景是？
胰高血糖素能促进肝糖元分解和非糖物质转化为葡萄糖,从而使血糖浓度升高;当血糖浓度升高到一定值（160-180mg/dl）时就会以尿糖的形式排出；尿液中的葡萄糖可与斐林试剂反应生成砖红色沉淀。
（三）找准实验中的变量
②无关变量
无关变量，也称控制变量，指实验中除自变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。
无关变量所引
起的变化和结果会对因变量有干扰作用。
因此，要控制无关变量以减少实验误差。
（例见资料）
（四）设计实验步骤
实验步骤一般可概括为这样四步：
分组编号，实验准备→设置对照→条件处理→观察记录实验结果。
（五）预期结果与分析
实验结果是指实验过程中所观察到的各种现象和收集到的数据，即反应变量。
要根据实验目的和原理全面、准确地预测实验结果。
对于验证性实验，由于已知结果和结论，因此，结果只有一个。
对于探究性实验，实验结果往往是不确定的，把可能出现的结果都应考虑在内，结果有多个。
（六）得出实验结论
实验结论是通过对实验结果（或现象）的分析而得出的理论概括或一般规律。
对于验证性实验，由于实验结果预期唯一，所以，结论也只有一个，那就是肯定实验目的。
对于探究性实验，对应它的多个结果，写出多个结论即可。
三、实验设计的基本题型例析
（一）课本实验重组改进型
例1据药理研究，一种茅草的根内含有降血糖的因子及多种有益于健康的成分，某公司将它开发成一种保健饮料。
该产品是否适用于糖尿病患者，生物学兴趣小组的同学以此作为实验研究课题。
请你完成下面的实验鉴定报告。
（1）实验目的：
鉴定一种茅草的根是否含有还原性糖和淀粉。
（2）实验原理：
还原性糖可用试剂、淀粉可用试剂来检测。
（3）实验器材：
一种茅草的根、所需试剂、刀片、载玻片、酒精灯、试管夹、火柴、滴管。
（4）设计实验步骤：
①鉴定还原性糖：
②鉴定淀粉：
（5）实验现象：
（6）结果分析：
（7）在鉴定还原性糖的实验操作中应注意：
解析：
此实验设计步骤是以高二课本“实验一”为蓝本，原于教材又高于教材。
旨在考查学生利用课本实验基础知识对新情境材料的分析和探究能力。
学生往往能从中得到启发，老老实实搞好课本实验的复习和形成基本的实验技能，因而在今几年的高考中备受青睐。
答案：
（2）班氏试剂革兰氏碘液
（4）①将一种茅草的根切成薄片（或压碎），放在载玻片上，滴加1-2滴班氏试剂。
将载玻片在酒精灯上加热，观察颜色变化。
②将一种茅草的根切成薄片（或压碎），放在载玻片上，滴加1-2滴革兰氏碘液。
将载玻片在酒精灯上加热，观察颜色变化。
（5）（6）学生可以有几种不同的回答，但一定要求观察到的实验现象与结果分析一致（如：
观察到有红黄色，说明有还原性糖存在，如没有红黄色，说明没有还原性糖存在。
如果有蓝色或蓝紫色出现，说明有淀粉存在，如果没有蓝色或蓝紫色出现，说明没有淀粉存在。
）
（7）载玻片在火焰上加热时要来回移动，经免加热不匀而爆裂。
说明：
请同学们比较一下“鉴定还原性糖”与生物课本中的步骤有什么不同、“鉴定淀粉”与化学课本中鉴定淀粉溶液有何不同。
（二）实验程序知识完善型
例２下图为细菌结构示意图。
据图回答：
（1）要观察细菌的子细胞群体的特征，应该用培养基，此菌的菌落特征是
（2）影响细菌生长的环境因素主要为。
（3）此菌若为生产疫苗的“工程菌”，则，疫苗产量最高的时期为期。
（4）假定在细菌培养过程中，分离获得了不能合成某种
维生素的营养缺陷型菌株，请设计一个实验以鉴定这种维生素的类型。
第一步：
将变异菌株接种到培养基上扩大培养；
第二步：
（简要写出以后的实验步骤）
实验结果分析：
细菌能______________的培养基中所添加的维生素，就是___________的维生素。
解析：
该题既考查与实验有关的生物学知识，又能考查学生利用生物学知识来设计实验的能力。
这种比较好的常用题型将课本知识与实验技能有机的结合起来，很受师生欢迎。
答案：
（1）固体大而扁平、边缘呈波状或锯齿状
（2）温度、pH值、氧气
（3）稳定。
（4）完全第二步：
配制系列培养基，每种培养基为只添加某一种维生素的“完全培养基”；将扩大培养的变异菌种分别接种到上述培养基中培养；观察细菌生长情况。
实验结果分析：
细菌能正常生长的培养基中所添加的维生素，就是该变异菌株不能合成的维生素。
（三）实验步骤自主设计型
例３空气中的含菌量是衡量空气质量的指标之一。
为了检测学校生物实验室、教室、校长室5、小树林四个地方空气中的含菌情况，请利用所提供条件设计一个简单实验。
（1）请用100毫升量筒、四副培养皿、煮沸过的洗碗水设计取样的实验步骤。
（2）请用4支试管、滴管、0.01%亚甲基蓝溶液设计检测的实验步骤。
（3）实验结果的预测及
分析。
（4）你所设计的实验检测到的是细菌的相对数量。
解析：
该题考查学生根据实验目的、实验原理和实验思路设计合理的实验装置或实验步骤的能力。
解答这类题型时要注意三个方面：
一是思考题目中实验材料（试剂）和实验装置的作用；二是不能随意增加实验材料（试剂）；三是要充分考虑环境（如温度）因素对实验效果的影响。
答案：
（1）①用量筒量取等量的煮沸过的洗碗水分别倒入4副培养皿中。
②分别将以上4副培养皿暴露放置于4个场所。
③静置1～3天后，同时加盖取回。
（2）①分别取等量放置过的洗碗水放入4支试管中。
②在每支试管内滴加5～10滴0.01%亚甲基蓝溶液置于温暖处。
（3）根据4支试管内洗碗水在相同时间内褪色的程度来判定空气中的含菌量。
褪色程度最大的空气中的含菌量相对最高；褪色程度最小的，空气中含菌量最低。
（4）好氧性。
（四）实验结果开放预测型
例４ABO血型的分类是根据红细胞上的一种与血型决定有关的蛋白质（凝集原）有关，而在每个人的血清里又含有相应的蛋白质（凝集素），但每个人的血清中没有与自身红细胞相对抗的凝集素，各种血型的凝集原和凝集素之间的关系如下表所示：
血型
红细胞表面的凝集原
血清中的凝集素
A型
A凝集原
抗B凝集素
B型
B凝集原
抗A凝集素
AB型
A凝集原、B凝集原
无凝集素
O型
无凝集原
抗A凝集素、抗B凝集素
红细胞表面的A凝集原只与血清中的抗A凝集素发生凝集反应，在显微镜下能够看到红细胞凝集成团；而B凝集原只与抗B凝集素发生凝集反应，凝集原和凝集素有一一对应的关系。
现在要对某一个人的血型进行鉴定，现有某人的血液两滴，请根据实验步骤对实验结果进行合理预测。
第一步：
在一块载玻片的左边的a处滴一滴A型标准血清（相当于A型血人的血清），在载玻片的右边b处滴一滴B型标准血清（相当于B型血人的血清）；
第二步：
在a、b处各滴一滴该人的血
第三步：
将载玻片放在显微镜下观察；
结果预测：
①_____
_______________________________________________________________________
②____________________________________________________________________________
③____________________________________________________________________________
④____________________________________________________________________________
解析：
该题型要求学生根据题目所给信息材料和实验步骤，对实验结果进行预测，考查学生对实验结果的提炼及获得结论和联想质疑的能力，
要求学生思维要开阔、思路要活泼、答案要开放，便于学生发挥个性特长。
（五）实验思路启发评价型
例５为证
明“唾液淀粉酶对淀粉有消化作用”，某同学制订了下列实验方案。
（1）实验目的（略）
（2）实验材料和用具（略）
（3）实验方法和步骤
①取2支试管，编号为A和B，各注入2ｍL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2ｍＬ唾液。
④向2支试管中各滴加2滴碘液。
⑤将2支试管振荡后放在37℃水中恒温10ｍｉｎ。
同时取出2支试管，观察试管内溶液颜色的变化。
（4）结论：
唾液中含有淀粉酶能将淀粉分解成麦芽糖。
该实验的方法和步骤以及结论有没有错误?
如果有请指出并改正。
解析：
该题型是一种实验纠错评价题，体现了考试说明中“具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果解释和分析以及理解探索性实验的一般方法”的能力要求。
该题是对课本实验四和实验五的延伸和重要补充。
答案：
实验方法和步骤中的错误：
第③步应在B试管中加入2ｍＬ清水；第④步和第⑤步应作对调，以排除碘液对淀粉分解的影响。
结论错误：
本实验只能证明唾液对淀粉的分解作用，但不能证明具体分解后的产物是什么。
（六）课题研究探索设计型
例６某研究性学习小组在进行“
调查环境污染对生物的影响”课题研究时，确定了对“家庭煤炉对植物生长的影响”的子课题研究，并制定了研究方案。
请回答下列问题：
（1）你认为该研究方案应包括哪些内容？
_______________________________________________________________________________
（2）简述该课题研究的两点主要意义：
①_____________________________________
________________________________________
②_____________________________________________________________________________
（3）你对该课题研究作出的假设是______________________________________________；预期是_
_________________________________________________________。
（4）该小组开展研究的过程和结果如下：
取两盆生长状况相似的葱，一盆（编号1）置于阳台，一盆（编号2）置于厨房煤炉旁，白天给予同样的护理，并进行同样的光照，经过一个月的观察，结果如下：
项目
编号
原来形态
一周后
二周后
三周后
四周后
长度
1
4.8
5.1
5.
8
6.7
8.1
2
5.1
5.3
5.7
6.1
6.6
颜色
1
绿色
绿色
绿色
绿色
绿色
2
绿色
绿色
顶尖变黄
黄色扩大
顶尖枯掉
①该课题采用的研究方法是_________________________________________________
_。
②你得出的初步结论是______________________________________________________。
（5）如果让你完成该课题的研究报告，你的报告中应含有的主要内容是____________________________________________________________________________________________。
解析：
课题研
究是新教材最具特色的一项内容，要求学生会制定课题研究的计划和方案，并按照计划和方案独立完成或协作完成课题研究任务。
该课题研究的目的是让学生学会调查研究环境污染对植物影响的一般方法，了解大气污染对植物生长的不利影响。
一个完整的课题研究方案应包括研究目的、内容、方法、形式、结论、研究报告等。
该课题把研究的过程
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