2010届高三生物实验设计专题精讲精析

2010年高考生物实验设计专题精讲精析一、专题内容范围1.必修及选修教材实验；实习；研究性课题。

2.实验设计基本理论及题型题例剖析。

二、考试大纲考查要求和命题角度（一）考查要求2009年《考试大纲》对实验提出了以下要求：1.独立完成实验的能力：包括理解实验原理、实验目的及要求，了解材料、用具，掌握实验方法步骤，会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题，会观察、分析和解释实验中产生的现象、数据，并得出合理的实验结论。

2.能根据要求灵活运用所学的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题，对实验能力的考查提出了具体要求。

3.对实验考查要求主要有两方面变化：一是关于能力要求“分析综合能力”中增加了定量描述自然科学的现象和规律，用简单的图表和数据描述生命活动的特征等方面；这一要求体现在生物命题上可能是绘制坐标曲线图、设计图表归纳等方式，不可能是生物形态图，如果是形态图，不可能进行定量描述；二是考试范围与去年不同，去年分五块体现的，今年则是分必修、选修及实验、实习与研究性课题三块体现的，从这一变化我们可以看出，今后高考将特别重视实验、实习与研究性课题的考查。

（二）命题角度综观多年高考实验题目，命题角度主要有如下几个方面的特点：1.以实验，尤其是经典实验、新技术的各项实验为背景，重点考查学生的基础知识、基本理论及运用已有知识在新情境下解决有关问题的能力。

如2002年全国理综试题中“验证镁是植物生活的必要条件”的错误实验分析和正确的实验设计。

2.以教材所列实验内容为命题材料，考查学生对实验技术的掌握，对实验原理、实验程序等内容的分析、归纳和总结，重点考查学生的具体实验水平、实验洞察与分析推导能力，运用恰当的语言对实验结果作出科学描述和解释的能力。

3.以给出材料为基础，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，以考查考生使用恰当的方法验证简单的生物学事实，并对结果进行解释和分析的能力等。

如2001年全国理综合测试中“设计实验证明生长素在植物体只能从形态学上端向下端运输”，再如2003年理科综合能力测试(新课程卷)中“验证脊神经背根、腹根的传导功能”；2008年四川卷‘‘为确定人体在运动时呼出气体中的CO2浓度是否比静止时高’’；等，该类试题能较好地反映考生的综合素质(如自学能力、收集处理信息的能力、语言表达能力、知识迁移能力与创新能力、实验研究的方法和能力、逻辑思维的条理性与严密性等)，已成为当前命题的热点。

4.今后的高考实验命题将有可能在以下两个方面有所突破：一是增加题目的开放性，主要是实验题目、材料、方法和步骤等部分环节的开放，而不是完全开放。

二是给出相关的实验数据，让学生对实验结果进行处理，包括分析、描述、表达等，以体现《考试大纲》中“用简单的图表和数据描述生命活动的特征”能力要求。

三、生物实验的理论和方法生物学作为一门以实验为基础的自然科学，实验是获取生物学知识的重要手段，是科学研究过程的重要环节，从孟德尔对遗传定律的研究中便不难发现实验的重要性，并且可从中了解科学研究的基本过程。

（一）生物实验程序生物科学实验的一般程序为：观察并提出问题→提出假说→设计并完成实验→分析数据，得出结论。

1.观察，提出问题在观察基础上提出有意义的值得探讨的问题。

2.提出假说假说也称假设或猜测，指用来说明某种现象但未经证实的论题，也就是对所提出的问题所做出的参考答案。

假说一般分为两个步骤：第一步，提出假说，即依据发现的事实材料或已知科学原理，通过创造性的思维，提出初步假定。

第二步，作出预测推断，依据提出的假说，进行推理得出假定性结论。

如：孟德尔“对分离现象解释的验证的测交”实验的假说是：F 1(Dd)产生配子时，产生含有基因D 和含有基因d 的两种配子，并且它们的数量相等。

而预期是测交结果的后代中高茎与矮茎之比为1：1。

3.设计完成实验实验是完成假设和解决问题的最终途径，指在人为控制的条件下研究事物变化的一种方法。

如孟德尔在验证“对分离现象的解释”这一假设时，便巧妙地设计了“测交”实验。

4.分析数据，得出结论观察、实验的目的在于获取验证性的结果。

所以在实验中要记录实验的事实、现象、数据，捕捉、记录由实验变量带来的反应变量。

据此论证、说明实验中的自变量与因变量的因果关系，进而得出实验结论。

①如果所获取的结果与假设相符，则肯定假设；②如果结果与假设不相符，则否定假设；③如果结果与假设无关，则无从判断，可另做假设。

实验过程必须客观、真实。

（二）生物实验的基本步骤一个完整的生物学实验包括以下基本步骤：1.确定课题，明确目的原理做什么实验；解决什么问题；依据什么原理。

2.提出假设提出初步假定，并对可见现象提出一种可检测的解释，具体为：⎩⎨⎧→→→假设不成立不符合事实假设成立符合事实寻找证据提出假设 例如，孟德尔“对分离现象解释的验证”的测交实验假设是：“F 1(Dd)产生配子时，产生含有基因D 和基因d 的两种配子，并且它们的数目相等”。

3.作出实验预期在检测实验假设前，先提出实验预期结果(一个假定的结果)，若预期结果没有实现，说明假设不成立；若预期结果实现，则假设成立。

4.设计实验根据实验目的和提出的假设，确定实验基本思路，确定选材、装置及实验对照等，设计实验的具体方法步骤，并按设计的方案进行操作。

5.观察、记录实验现象和收集数据客观如实地观察、记录实验现象，得出实验结果，并通过一定方式将实验结果呈现出来。

6.分析作结对记录的数据(包括现象和结果)进行整理分析，归纳出一般概括性判断，并用文字、表格、绘图等形式作出简明的总结。

7.推论根据实验事实进行推理得出结论。

8.交流写出实验报告。

（三）生物实验的变量、原则生物实验设计应该注意以下几个方面的问题：1.科学实验应先确定实验变量在实验过程中，变量是指可被操纵的特定因素或条件。

据其在实验中的作用，可分为两类：(1)实验变量与反应变量实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者操纵的因素或条件。

反应变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量引起的变化和结果。

通常实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。

实验的目的在于获得和解释这种前因后果。

例如在“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，所给定的低温、适温和高温是实验变量，而由于低温、适温和高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是反应变量，该实验即获得和解释温度变化(实验变量)与酶的活性(反应变量)的因果关系。

(2)无关变量与额外变量无关变量也称控制变量，指实验中除实验变量外的影响实验现象和实验结果的因素或条件。

额外变量也称干扰变量，指实验中由于无关变量引起的变化和结果。

显然额外变量会对反应变量起干扰作用。

如：上述实验中除实验变量以外，试管的洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度、实验操作程序、温度处理的时间长短等，都属于无关变量。

如果无关变量的任何一个或几个因素或条件，对三个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会对实验结果造成干扰，产生误差。

在实验设计和操作中，要尽量减少无关变量，而且不同的实验组中的无关变量应完全相同，这样就会避免实验结果的差异是由于无关变量引起的可能性，便于清晰地研究实验变量与反应变量的关系。

(3)教材中相关实验的变量2.(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：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。