高中生物实验设计专题复习

高三生物实验专题

理科综合下生物学科高考在纲对实验能力的要求:

⒈能独立完成“生物知识和内容表”所列实验。包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能,并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合的运用。(教材基础实验)。

⒉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。(验证实验)

⒊具有对一些生物学问题进行初步探究的能力。包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。（探究实验)

⒋能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修改。（评价和修改)

近年来,生物高考试题中的实验及实验设计已成为一种稳定的重要题型,每年都作为大题出现。有关实验方面的内容，是许多考生的弱点,应引起充分重视。这类题目有一定难度,学生在高考中得分率很低。但是万变不离其宗，要得高分,实验的复习,应该立足于对基本实验方法、实验技能、实验思维的强化和巩固着手,培养学生的实验分析、实验设计等实验能力。如何进行实验设计?

一、实验设计的基本方法：

（1)了解题目要求;(２)明确实验目的；(3)分析实验原理;（4）熟悉实验器材;

(5)确定实验思路；(６)设计实验步骤；（7)预测实验结果；(8)得出实验结论。

二、如何运用基本方法分析实验题：

㈠了解题目要求

题目给出了哪些条件？给出了什么样的材料用品?要求回答什么问题?

㈡明确实验目的

实验的最终目的是要解决什么问题？明确实验目的关键在明确题目中的实验是验证型还是探究型的。验证型实验有明确的结果，通过实验加以验证,结论往往只有一个;探究型实验的现象和结果是未知的或不确定的,结论也往往有多个。实验目的是解实验题的方向，原理阐述、步骤设计、结果预测、实验分析、实验结论等都需要围绕实验目的进行,否则无异于南辕北辙。实验的结论要和实验的目的相对应。验证性实验的结论也就是实验的目的。

㈢分析实验原理

实验原理是实验中关键步骤的理论基础,要分析实验中用哪些基本科学理论知识(源于学习过的基本概念、原理和规律等)。为实验步骤的设计,实验结果的预测,分析实验得出结论提供科学的理论依据，也就是联系所学的理论知识,这样才能做到有理有据。

㈣分析实验器材

认真分析所提供的仪器、药品、试剂等，从中选出实验的必备条件。实验的器材也会给实验变量的确定和对照实验的设计以及实验步骤的设计提供启示。高考时，为让考生的试验设计及分析能有一定的范围,命题者往往通过给出实验用具来进行限制,同时，有些命题背景学生并不熟悉,命题者会通过给出实验用具加以提示。因此，分析实验用具往往是

解题的突破口，可以让实验题的解答(尤其是实验步骤的描述)严密不丢分。解题时,可将实验用具可以分为三类:生物材料；一般用具和药剂；特殊用具或药剂。在分析实验用具的过程中，会使考生的实验设计逐渐清晰明了。

㈤确定实验设计的思路

根据实验的目的、原理而进行的思维过程，构建实验设计的基本框架，是实验设计的蓝图。

㈥设计实验步骤

设计实验步骤要遵循实验设计的基本原则，要应用题目中所给的条件，并分析这些条件起什么作用和怎样运用。

⒈实验设计的基本原则:

⑴科学性原则:实验是人为控制条件下研究事物(对象）的一种科学方法；是依据假设,在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。科学研究的过程本身就是科学,并不是说研究的结论才是科学方法。因此，在实验设计中必须有充分的科学依据。生物学实验中，一种生命现象的发生往往有其复杂的前因后果，从不同角度全面地分析问题就是科学性的基本原则。如绿色植物新陈代谢中的物质代谢有各种细胞的参与,有各种物质在不同方面的变化。分析问题、设计实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性。

科学性原则：包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。

⑵平行重复原则:即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。任何实验必须有足够实验次数,才能避免结果的偶然性,使得出的结论准确、科学。平衡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。由以上实验设计的特点来看,采用了平行重复的原则来进行,消除了无关变量与额外变量的干扰，可多次重复该实验,使得实验结果更加客观、科学。生化类实验:实验中给的试剂不能一次用完,要取少量的做实验，具有可重复性.对于生理类实验，每组应选取多个对象,具有可重复性,可排除隅然因素对实验结果的影响。

⑶对照性原则：科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了,且使实验结论更有说服力。实验中的无关变量很多，必须严格控制,要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。由于同一种实验结果可能会被多种不同的实验因素所引起,因此如果没有严格的对照实验,即使出现了某种预想的实验结果,也很难保证该实验结果是由某因素所引起的,这样就使得所设计的实验缺乏应有的说服力。可见只有设置对照实验,才能有效地排除其它因素干扰结果的可能性。才能使设计显得比较严密,所以大多数实验,尤其是生理类实验往往都要有相应的对照实验。

空白对照：即不给对照组做任何处理；例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液,而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。课本中涉及到的用甲状腺制剂饲喂蝌蚪与正常情况下蝌蚪不作任何处理对照就属于空白对照;在还原糖鉴定实验中留一部分样液不加入斐林试剂，以作对照。

条件对照：即虽给对照组施以部分实验因素,但不是所研究的实验处理因素;这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立

的结论，以验证实验结论的正确性。例如,在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法,甲组为实验组(饲喂甲状激素),乙组为条件对照（饲喂甲状抑制剂);不饲喂药剂的是空白对照组；课本中涉及到温度对淀粉酶活性影响的实验中0℃、10０℃等温度下的对照则为条件对照；,显然，通过条件对照．实验说服力大大提高。

自身对照:指对照组和实验组都在同一研究对象上进行,不再另外设置对照组;例如“质壁分离与复原”实验,自身对照简便,但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。将过氧化氢酶加入过氧化氢溶液中证明酶是生物催化剂可催化过氧化氢水解,即自身对照，处理前的对象状况为对照组,处理后的对象变化为实验组,用缺素营养液培养的出现缺素症状的植株加入某元素后恢复正常为自身对照。

相互对照：不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。即实验与对照在同一对象上进行．这种方法常用于等组实验中。“植物向光性”实验中，利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照,说明了生长素与植物生长弯曲的关系。证明玉米根的生长方向与地心引力的关系实验中不同方向放置的玉米种子之间则属于相互对照。再如：在探究温度(或pＨ）对酶催化活性影响实验中温度（0度、50度,100度) 或pH为相互对照。清水(软水) 、河水（硬水) 对加酶洗衣粉影响中,清水(软水）、河水(硬水) 为相互对照。.在实验中要找出一个最佳效果点,就要采取相互对照进行实验。

“实验组”与“对照组”确认:一个实验通常分为实验组和对照组（控制组)。实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象组，两者对无关变量的影响是相等的,两组之间的差别,被认为是来自实验变量的结果，如2０05年春季高考题中为研究光对幼苗生长的影响时实验变量应为撤掉光照,因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组,而自然状态（即来接受实验变量处理)的小麦幼苗应为对照组，通过对照组能增强实验的信度。

说明:根据实验目的要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中,一般都需要设计对照组实验。中学阶段所要求的实验设计一般多采用对照的原则,因为科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了,且使实验结论更有说服力。

⑷单因子变量原则和等量原则:

此两个原则都是在设计对照实验时必须坚持的原则。

单因子变量原则：强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量，只有这样当实验组和对照组出现不同结果时,才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的，从而证明实验组所给实验因素的作用,因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置，至于将谁作为变量则很容易确定,即要验证谁则把谁作为变量，也就是要把所要验证的中心条件作为变量。如要探索PＨ对淀粉酶活性的影响,则需把PH作为变量；要验证光合作用需要光则应将光作为变量;要验证光合作用需二氧化碳则把二氧化碳作为变量等等。

单一变量原则应注意:⑴不论一上实验中有几个变量都应做到一个实验变量，对应观测一个反应变量;⑵实验中尽可能避免无关变量及客处变量的干扰。确保实验组和对照组只有一个量不同就是实验变量。

等量性原则:与单因子变量原则是完全统一的。只不过强调的侧面不同,单因子变量原则强调的是实验变量的单一性，而等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结

果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同，以平衡和消除无关变量对结果的影响,需要强调的是这些无关变量在进行严格控制时,不但要等量，而且是在适宜条件下的等量,常态条件下的等量。如在探索PH对酶活性影响的实验中，单一变量是PH,除PH之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量，而且要适宜的量，如对温度的控制不但要相同,而且要适宜,即要给予酶活性所需的适宜的温度,而不能控制在低温或高温条件下的等量。

等量原则应做到:

①所有用生物材料要相同即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等

方面特点要尽量相同或至少大致相同。

②所用实验器具要相同即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。

③所用实验试剂要相同即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题。

④所用处理方法要相同如:保温或冷却:光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说,看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。

①实验变量与反应变量：实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件,是作用于实验对

象的刺激变量（也称自变量）,自变量须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。反应变量（又称因变量），是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，反应变量是研究是否成功的证据,应具可测性和客观性。

二者关系:实验变量是原因，反应变量是结果,即具因果关系。

②无关变量与额外变量：无关变量(控制变量）是指实验中除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件。即是指与研究目标无关,但却影响研究结果的变量. ,实验者应严格控制无关变量，否则实验结果的真实性无法得到认定、我们常在实验过程中强调“选取生长状况相同的幼苗”“数量大小相同的种子”“置于相同并适宜条件下培养”“加入等量的清水”等均是为了控制无关变量对实验结果的干扰。

由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。二者关系:也是前因后果的关系。但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。在实验中应尽量减少无关变量,而且不同的实验组中的无关变量应完全相同（要做到注意同步、等量)。

⒉写实验步骤

⑴实验顺序和步骤一定要合理,方法要简便易行，效果要明显。自己完成实验步骤后可以多读几遍体会一下。

⑵如果实验中用到几组器材或需要分几组实验,切记进行编号,以保证不丢分。

⑶语言的叙述和表达要简洁明了，讲的越多犯错误的可能性就越大。

⑷题目中给你的器材一般都要用上,如果有器材没有用上，那就表明可能你的答案有问题。列出的器材还会给你一定启示。材料对分组对照的启示；试剂对分组对照和对变量的启示。

3．无论解哪种类型的设计实验步骤试题,都可以用“三步法”去解

无论解哪种类型的设计实验步骤试题，模式如下:

⑴取材分组编号:强调材料的统一性,对材料，仪器分组编号。

⑵对照处：实验组施以实验变量处理，对照组不做处理或者施以实验变量以外的处理

⑶适宜相同的条件下处理、培养或饲养。

⑷观察记录：实验现象，数据。

㈦实验结果的预测

结果的预测和分析是实验设计的终结，有画龙点睛的作用。预测要全面，考虑多方面的可能性，分析要科学、实事求是,要有说服力。

要弄清题目的目的是“验证型的”还是“探究型的”。如果是“验证型的”实验,则要根据所学知识和原理,分析得出应有的实验结果和推出相应的结论,(此时一般只有一个结果和相应的结论，且结论与实验目的相对应）。若是“探究型的”实验，则要根据原理、目的,预测出可能的结果和推出相应的结论（此时一般有几个不同结果及相应的结论)。预测结果“三步曲”

a实验预测

①验证性实验如“验证……”、“证明……”都可预测到与实验目的一致的结果。

联系实验目的得出结论。结论是合理的、科学的、肯定的。不少结论是在实验要验证的内容中寻找。

②探究性(预测结果“三步曲”) 实验如“探究……”预测的实验结果不惟一,大多

有三种可能:“变量促进结果；变量抑制结果;变量与结果无关”,或“全肯定；全否定；一肯定一否定”等。

b很多实验是化学反应类型,肉眼观察不到,应该考虑加入批示剂，借助颜色变化或仪器辅助观察。实验结果可采用文字描述、表格、坐标曲线等方式描述。

㈧实验结论

通过现象、结果的分析,概括出规律性的问题,结论一般就是实验的目的。

在运用中要注意:预测结果和结论，思路可先结论后结果，写的时候还是先预测结果再得出相应的结论。

三．实验设计题型范例

例.（２0０４年全国理综Ⅱ31题)胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。为了验证“胰高积压糖素具有升高血生理作用”，请以小白鼠为实验对象设计实验步骤,预测和解释；实验应出现的结果，并写出实验结论。

㈠实验材料和用具：正常实验白鼠２只,生理盐水,用生理盐水配制的适宜浓度的胰高血糖素溶液,班氏糖定性试剂,注射器,试管,烧杯等。

㈡实验步骤：（实验提示:采用腹腔注射给药,给药剂量不作实验设计要求；给药１小时后,用注射器在小鼠膀胱处穿刺取尿液。）

㈢实验结果的预测、解释和结论:

解析：依据实验设计的基本方法来分析如下：

⑴了解题目要求：从题中可以看出以给出了实验的目的、实验材料和用具，要求写出

实验的步骤,实验结果的预测、解释和结论。

⑵明确实验目的：该实验的目的是“验证胰高血糖素具用升血糖的作用”。该实验为验证型实验，只能得出“胰高血糖素具有升血糖的作用”一个结论。结果的预测和解释也应该是唯一的。

⑶分析实验原理:胰高血糖素具有升血糖的作用,胰高血糖素过量就会引起血糖升,一部分葡萄糖随尿液排出，进而引起糖尿,班氏试剂可以检验尿液中是否有葡萄糖。

⑷熟悉实验器材:从题目中可以看出:“两只小白鼠”、“生理盐水、用生理盐水配制的适宜浓度的胰高血糖素溶液”、“班氏试剂”。不难看出分组时分两组较合适,对照组和实验组分别用生理盐水和生理盐水配制的胰高血糖素溶液处理,实验变量为“是否加胰高血糖素”。

⑸确定实验思路:正常生活的小白鼠,注射胰高血糖素,一段时间后,取尿液用班氏试剂检验看是否有专红色沉淀产生。

⑹设计实验步骤：

确定变量：实验变量是试剂中是否有胰高血糖素。

反应变量:是否产生砖红色沉淀。

无关变量:小鼠的生理状况、注射试剂的量、取尿液的时间、班氏试剂的量、反应的条件、试管和烧杯的清洁程度、操作的程序等。这些控制不当都会影响实验结果。实验步骤的设计如下：

①确定一只小鼠为实验鼠，腹腔注射一定量生理盐水配制的胰高血糖素溶液：另一只小鼠为对照鼠，腹腔注射等量的生理盐水。

②将两支试管分别编号为1号和2号，各加入等量的班氏糖定性试剂。

③给药1个小时后，对两只小鼠采尿液，实验鼠尿液加入１号试管内,对照鼠尿液放入2号试管内。

④将两支试管摇匀后，放入盛有开水烧杯中加热煮沸，待冷却后,观察两支试管溶液颜色的变化。

⑺预测实验结果、解释:１号试管中出现砖红色沉淀,表明实验鼠尿液中有葡萄糖；２号试管中仍为蓝色溶液，表明对照鼠尿液无葡萄糖。实验鼠血糖升高,超过一定值而出现糖尿,说明胰高血糖素有升血糖的作用。

⑻结论:胰高血糖素具用升血糖的作用。

年年岁岁花相似，岁岁年年题不同。高考题是不断变化的,只要我们平时分析教材中的实验时,分析有关实验类的题目时都从基本的方法着手,能力就会不断提高,能力提高了，在考试中解答实验类题目就能做到游刃有余。

三、可能出现的考点

Ⅰ.经典实验将被重视以经典实验为背景，重点考察学生的基础知识和基本理论及运用已有知识在新情境下解决问题的能力。因此在复习时,不仅要重视学生实验，更应重视教材中隐含的经典实验。

Ⅱ.教材试验不容忽视考纲中明确划定了所要考察的教材实验，以这些实验内容为命题素材,考查学生对实技术的掌握,对实验原理、实验程序、实验数据和实验现象、实验结论等内容的分析、归纳和总结能力。在复习中,要注意实验洞察能力与分析推导能力的培养，强化训练运用恰当的语言对实验结果做出科学描述和解释的能力。

Ⅲ.以实验提为载体,考查综合运用能力实验题不会只考察实验与探究能力，而是以给出的材料为基础,要求根据现有条件，设计实验程序、预测实验结果,并对实验结果进行合理的分析和解释,考查学生使用恰当的方法验证简单的生物学实施,并对结果进行解释和分析等综合运用能力。答好实验题的前提,要有扎实掌握高中生物学知识，因此，考生切不可舍本而逐末，盲目陷入实验题海，忽视相关理论的复习。

：关于“假设”“预期”“结果”与“结论”的辨析

(１）假设

“假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。如“孟德尔分离现象解释验证”的测交实验中，提出的假说是：“F I(Dｄ）产生配子时，因等位基因分离,使得F I产生含基因Ｄ和基因d的两种配子,且其数目相等。”再如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验中,提出的假说应为:

当细胞外溶液浓度＞细胞液浓度→细胞失水当细胞外溶液浓度<细胞液浓度→细胞吸水（2）预期

“预期”是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理,得出假定性结果或推论，即“假如假设成立，则应有何种结果”,如“孟德尔分离现象验证实验，假如假说成立则有测交的后代应出现Dd与ｄd为1:1的结果,即高茎与矮茎数量比应为1：１”，而“观察植物细胞质壁分离与复原实验”中,假若假设成立，则应有处于高浓度(3０％)蔗糖溶液中的洋葱表皮

细胞因不断失水→质壁分离，而处于清水中的已分离细胞因细胞吸水→质壁分离复原（3)结果:

结果应为实验实际出现的情况,如“孟德尔分离现象解释实验”中出现的结果为“得到的64株后代中,３0株高茎,3４株矮茎,两种性状分离比为１:1”而“质壁分离复原实验”中处于30%蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞果真发生了质壁分离，而处于清水中的已分离细胞果真发生了复原现象。

（４)结论:

结论的得出须依据实验结果，即若出现的结果与预期结果一致则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立”，若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立”。

由此可知,“假设”应对应“结论”，“预期”应对应“结果”,在实验讨论时应注意描述的科学性即“如果出现何种结果，则应有何种结论”,例如用检测呼吸装置的红色液滴检测酵母菌呼吸类型时,应为若液滴向左移动则推出什么结论,若液滴向右移动则推出什么结论，而不能描述为“若为有氧呼吸,则液滴向哪移动”,再如在验证淀粉,碘液能否通过半透膜时应描述为“若袋内外液体均变蓝(结果或现象），则淀粉、碘液均能通过半透膜。”而不能描述为“若淀粉、碘液均能通过，则袋内外液体均变蓝”。

探究实验的一般程序:提出问题→作出假设→设计实验(包括实验材料、选择实验口齿、确定实验步骤、设计实验记录表格)→实施实验→分析与结论→表达与交流。

关于“假设”“预期”“结果”与“结论”的辨析

(1）假设

“假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案,即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。如“孟德尔分离现象解释验证”的测交实验中，提出的假说是:“F I(Dd）产生配子时,因等位基因分离，使得F I产生含基因Ｄ和基因d的两种配子,且其数目相等。”再如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验中,提出的假说应为：

当细胞外溶液浓度>细胞液浓度→细胞失水当细胞外溶液浓度<细胞液浓度→细胞吸水(2）预期

“预期”是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前,根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理,得出假定性结果或推论,即“假如假设成立，则应有何种结果”，如“孟德尔分离现象验证实验,假如假说成立则有测交的后代应出现Dd与ｄd为1：1的结果,即高茎与矮茎数量比应为1:1”，而“观察植物细胞质壁分离与复原实验”中，假若假设成立,则应有处于高浓度(30％）蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞因不断失水→质壁分离,而处于清水中的已分离细胞因细胞吸水→质壁分离复原

（3)结果:

结果应为实验实际出现的情况,如“孟德尔分离现象解释实验”中出现的结果为“得到的６４株后代中，３0株高茎，３4株矮茎，两种性状分离比为１：1”而“质壁分离复原实验”中处于３0％蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞果真发生了质壁分离,而处于清水中的已分离细胞果真发生了复原现象。

（4）结论:

结论的得出须依据实验结果,即若出现的结果与预期结果一致则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立”,若实验出现的结果与预期结果不符,则得出的结论应为“假说不成立”。

由此可知，“假设”应对应“结论”,“预期”应对应“结果”，在实验讨论时应注意描述的科学性即“如果出现何种结果,则应有何种结论”，例如用检测呼吸装置的红色液滴检测酵母菌呼吸类型时,应为若液滴向左移动则推出什么结论,若液滴向右移动则推出什么结论,而不能描述为“若为有氧呼吸，则液滴向哪移动”，再如在验证淀粉,碘液能否通过半透膜时应描述为“若袋内外液体均变蓝（结果或现象）,则淀粉、碘液均能通过半透膜。”而不能描述为“若淀粉、碘液均能通过,则袋内外液体均变蓝”。

探究性实验与验证性实验

探究性实验:指实验者在不知晓实验结果的前提下,通过自己实验、探索、分析、研究得出结论,从而形成科学概念的一种认知活动。

验证性实验:指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知