高考生物实验设计专题

高考生物实验设计专题

（一）生物实验的变量、原则

(1)自变量与因变量

自变量，指实验中由实验者操纵的因素或条件。因变量，指实验中由于实验变量引起的变化和结果。通常自变量是原因，因变量是结果，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，这就是因变量，该实验即获得和解释温度变化(自变量)与酶的活性(因变量)的因果关系。

(2)教材中相关实验的变量

(1)科学性原则

①实验原理的科学性②实验材料选择的科学性③实验方法的科学性④实验结果的科学性

(2)平行重复原则

(3)单一变量原则

(4)对照原则

①空白对照②自身对照③条件对照④相互对照

(二) 生物实验设计的方案内容

(1)实验课题（题目）：即实验研究的课题名称。

(2)实验目的；明确要解决什么问题，探索哪方面的生物学规律，预期要取得何种成果。

(3)实验原理：即实验依据和思路。

(4)实验内容：根据实验目的确定具体的研究内容。一般方法是把研究问题分解为许多小课题，分别进行研究，然后再将实验结果加以综合分析。

(5)实验材料：取材是实验成败的关键因素之一，一定要按科学的要求选好实验对象。

(6)实验方法：即采用哪些研究方法能获得明显的实验结果。应尽量地减少人为或偶然的实验误差。同时应注意：①根据研究内容确定实验类型和方法。如野外生物种类考察，主要采用观察实验法；探明某一生命现象的性质和含量，用定性、定量实验分析法。②根据实验的类型明确具体的研究方法。如观察实验要明确是采用解剖观察还是野外观察，要明确观察的项目和标准。③设置对照，适当增加重复，保证实验的准确性。④进行田间实验时，应根据实验性质的不同，分为大区实验和小区实验。田间试验要作合理的田间规划，根据土地条件、作物种类、实验要求和工作方便，规划小区面积、重复次数和田间排列方式；另外，还要注意设置对照小区和保护行。⑤设计实验方法应尽量采用先进的实验技术和仪器设备，确保研究结果的准确性。

(7)实验用具和药品：即实验采用哪些设备和仪器，使用哪些药品，从而实现有计划和有效地观测与分析。

(8)实验程度：即实验流程，也就是如何运用仪器设备作用于实验对象的程序或步骤，对全部实验过程作出总体设计。

(三)生物实验的方法技术、试剂、器材

1.常规实验方法

教材中的实验方法可大致归纳为以下10种：

①显微观察法。如观察植物细胞有丝分裂的实验，观察植物细胞的质壁分离与复原实验等。

②观色法：如动物毛色和植物花色的遗传实验。

③同位素示踪法。如噬菌体侵染细菌的实验，用18O2和14CO2追踪光合作用中氧原子和碳原子转移途径的实验等。

④等组实验法。如小麦淀粉酶催化淀粉的实验，发现生长素的燕麦胚芽鞘实验等。

⑤加法创意。如用饲喂法研究甲状腺激素的实验，用注射法研究生长激素的实验，用移植法研究性激素的实验等。

⑥减法创意。如用阉割法或摘除法研究性激素、甲状腺激素和生长激素的实验，雌蕊受粉后除去正在发育的种子的实验等。

⑦杂交实验法。如孟德尔发现遗传定律的豌豆杂交、测交的实验，小麦的杂交实验等。

⑧化学分析法。如番茄和水稻对钙和硅选择吸收的实验，叶绿体中色素的提取和分离实验等。

⑨理论分析法。如大、小两种草履虫的竞争实验，植物根向地生长、茎背地生长的实验，植物向光性实验等。

⑩模拟实验法。如渗透作用的实验装置，分离定律的模拟实验等。

2.实验材料的常用处理方法和技术

①光学显微镜观察。适用于观察生物微观结构，如细胞结构，包括光镜下看到的各种细胞器。要求学生熟练掌握显微镜的使用技术。

②制作临时装片、切片和涂片。适用于显微观察，凡需在显微镜下观察的生物材料，必须先制成临时装片、切片和涂片。对于这些材料要求薄而透明，在制作临时装片时要展平放置于水中，不得重叠；盖盖玻片时从一侧轻轻地斜放上去，防止产生气泡，若不小心产生了气泡，则可以在盖玻片的一侧滴加清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，引走气泡。如“观察植物细胞的质壁分离和复原”中要制作洋葱表皮细胞的临时装片，“在生物组织中脂肪的鉴定”中要制作花生种子的切片等等。

③研磨、过滤。适用于从生物组织中提取物质，如酶、色素等，要求学生熟练掌握研磨、过滤的方法，如研磨时要先将生物材料切碎，然后加入摩擦剂(常用二氧化硅)、提取液及其必要物质，充分研磨之后，往往要进行过滤，以除去渣滓，所用过滤器具则根据需要或根据试题中提供的器材加以选用，如可用滤纸、纱布、脱脂棉、尼龙布等等。课本上涉及到研磨和过滤的地方有两处：一是研磨发芽的小麦，过滤制得淀粉酶；二是在提取和分离叶绿体色素时，研磨叶片，过滤得到滤液。概括加快研磨速度的方法，是加入一定量的SiO2，由于过滤只是粗略地去掉渣滓，因此为了提高速度并使实验明显，一般不选用滤纸，而是选用脱脂棉。

④解离技术。用于破坏细胞壁，分散植物细胞，制作临时装片。

⑤恒温技术。适用于有酶参与的生化反应，以及用热酒精脱去叶片中的色素等。一般用水浴或恒温箱。

⑥纸层析技术。纸层析法是利用物质随层析液在滤纸上的扩散速度不同的原理，达到将物质分离的目的。适用于溶液中物质的分离。主要步骤包括制备滤纸条，画滤液细线，层析分离。层析液一定含有两种以上的溶剂，不同的层析液有不同的层析效果。注意事项：①经分离的物质要有一定的颜色或经过药品处理后能显示出一定的颜色；

②层析液不能没过样品；③层析实验要在层析液走完滤纸后结束；④要加盖。

⑦植物叶片生成淀粉的鉴定。适用于光合作用的有关实验，主要步骤包括饥饿、光照、酒精脱色、加碘。

⑧同位素示踪技术。同位素示踪技术可用于物质代谢以及其他实验中以了解物质来源或去向，或者区分事情结果是由于此还是彼的缘故。如光合作用光反应产物——氧气中的氧的来源，二氧化碳形成葡萄糖的途径，确定谁是

遗传物质的噬菌体浸染细菌的实验等。

⑨对照实验。对照实验是指有一个条件不同，其他条件都相同(都满足)的情况下所进行的一组实验，借此了解条件与结果之间的关系。用于对比的实验对象一般称为对照。设置对照，可以使实验结论更加真实可靠。

另外还有根尖培养、幼小动物的饲养、植物必需元素的鉴定等。

3.常用器材、试剂及药品的配置

（1）基本器材

显微镜、载玻片、盖玻片、镊子、刀片、培养皿、剪刀、解剖刀、解剖针、解剖盘等。

（2）基本试剂或药品

光合作用和呼吸作用中涉及到的药品和器材：NaOH(吸收CO2)、Ca(OH)2(检验CO2)、 NaHCO3溶液(CO2的来源)、带余烬的木条(检验O2)、酒精(脱去叶片中的色素，便于观察淀粉和碘液的颜色反应)、碘液(检验淀粉)、石蕊试纸[用于溶液中的酸碱检测(与CO2有关)]、灯[光源(用于光合作用)]、布(黑纸)(遮光：限制光合作用)]。

(3)试剂及配制（*）

①斐林试剂和双缩脲试剂

②鉴定淀粉试剂——碘液

③鉴定脂肪试剂——苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ

④鉴定CO2试剂——澄清石灰水（Ca(OH)2溶液）；酸碱指示剂。

⑤用于植物细胞质壁分离和复原试剂

⑥细胞核、染色体染色溶液——龙胆紫溶液、醋酸洋红溶液

⑦鉴定DNA的试剂——二苯胺试剂

⑧植物无土栽培营养液

(四)、生物实验的基本题型分析

1.基本操作型实验题

解答该类型题关键在于熟知各种实验工具的用途、正确的使用方法，熟知实验操作程序等。

2.实验材料的选用型实验题

解答该种类型实验题的关键在于充分理解实验的原理、目的及实验材料在实验中的重要作用。

3.实验原理的理解和应用型实验题

解答这种类型试题的要求是：将生物学理论(原理、规律等)与生产实践相联系，从试题提供的信息特征中找到解题的切入点，并用恰当的语言和方法解答试题。

4.实验结果的推断和处理型实验题

解答这类题时，应充分利用实验条件和现象，动用恰当的生物学原理进行推断、分析、阐述，得出科学的结论。

5.经典实验信息解读型实验题

解答这类题目既要重视对经典实验的深层次的挖掘学习，更要对经典实验进行分析、推断、拓展、创新。要充分利用试题供给的信息，按照试题的要求作出科学的判断和表达。

6.探究型实验设计题

探究型实验设计过程包括提出问题，作出假设，制定研究实验方案，检验假设。而高考实验设计题要求学生完成的活动内容的形式是多种多样的，现就可能的模式进行分类阐述。

（1）全程探究型实验

全程探究型实验包括：发现问题和提出问题，对问题作出假设，设计实验和执行实验计划，分析实验资料，得出实验结论，对实验过程和结果进行反思(交流和评价)等。实验设计一般按照如下步骤进行：(1)明确目的和要求；

(2)联系理论原理；(3)确定实验思路；(4)设计实验步骤；(5)对实验结果的预期进行分析讨论；(6)得出正确的结论。

（2）补充实验的过程

解答此类题之前必须认真审题，了解探究型实验设计的目标是什么。分析题干中提供的信息有两个目的：一是透过背景材料找出该实验涉及的知识点；二是确定解决问题的目标，

（3）实验过程中的改错

在高考试卷中，也常常会出现实验改错题，此类题目主要是在制定实验方案时违背了实验设计原则。在实验设

计时，除了要对所设计的实验有一个整体设想，有一条清晰的思路，注意操作的可行性之外，还要注意遵循以下基本原则：(1)科学性原则；(2)单因子变量原则；(3)平行重复原则；(4)设立对照原则等。

7.开放型实验设计题

开放型实验设计是一种思维开放型试题，它的解题思维方向不惟一，试题所引发的思维是一种呈扇型发散的思维，不同学生可能会有不同的解题方案，同一位学生也可能会有若干种不同的解题方法。这类试题有利于学生多向思维、求异思维以及创新能力的培养。开放性实验设计题可分为条件开放型试题和结论开放型试题两种。

（1）条件开放型试题

条件开放型试题的特点是题目条件不完备，答题的条件不充足，答题的原理或依据不明确，但“条条大道通罗马”，结论只有一个。

（2）结论开放型试题

结论开放型试题特点是试题改变了传统试题的“答案惟一”的做法，变“答案惟一”为“答案不惟一”。此类试题的任何一个答案都能完成试题的指令，符合并满足试题的全部条件和要求。

8.验证性实验设计题

实验设计是一种综合能力，如对实验原理、实验数据、实验现象和实验结论等内容的分析、归纳和总结，用以考查学生的理解能力、分析能力、综合能力、收集处理信息的能力、逻辑思维能力、语言文字表达能力等，归结为一句话，即创新能力。

验证性实验设计的基本内容：

①实验名称：是关于一个什么内容的实验。

②实验目的：要探究或者验证的某一事实。

③实验原理：进行实验依据的科学道理。

④实验对象：进行实验的主要对象。

⑤实验条件：根据实验原理确定仪器和设备；要细心思考实验的全过程。

⑥实验方法与步骤：实验采用的方法及必需(最佳)操作程序。每一步骤都必须是科学的；能及时对仪器、步骤进行有效矫正。

⑦实验测量与记录：对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。

⑧实验结果预测及分析：能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。

⑨实验结论：对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。

(五)、生物实验设计题型题例分析

■■补充步骤型实验设计

【例1】已知唾液中含有淀粉酶，淀粉酶可以催化淀粉的水解；又知鸡蛋被加热到65℃后会变熟，但不知唾液淀粉酶被加热到65℃后是否影响其生物活性。为探究此问题，请您依据所给材料和用品设计相应的实验方案，并预测可能的实验结果及可获得的相应结论。

材料用品：经过稀释的唾液、经过稀释并煮熟的淀粉糊两份(一份保持在37℃环境中，另一份保持在65℃环境中)、碘酒、酒精灯或其他的加热设备、试管若干、量筒、滴管、大烧杯、温度计。

实验方案：

(1) 。

(2)将甲、丙试管放入37℃左右的温水中，将乙试管放人65℃温水中。3支试管均保温5min后取出。

(3) 。

实验结果：。

实验结论：

【答案】实验方案：(1)取甲、乙两支试管分别作标记，甲试管注入保存在37℃温水中的淀粉糊3 mL，乙试管注入保存在65℃温水中的淀粉糊3 mL，再向两支试管中各注入等量的2 mL唾液。取丙试管注入保存在37℃温水中的淀粉糊3 mL注入蒸馏水2 mL并振荡。(3)保持各自温度5 min后冷却，分别向3支试管中滴入等量的碘酒.观察并比较3支试管中液体的颜色。

■■开放型实验步骤设计

【例2】据科学家估计，世界上每天至少有4种生物灭绝。如果世界上最后一只野羊刚死亡，请你为该野羊的

“复生”献计献策。

【答案】实验步骤：

(1)低温保存野羊的遗体。

(2)准备好一定数量的母山羊。

(3)取出野羊体细胞的细胞核移植到母山羊排出的去核卵细胞中。

(4)把重组细胞放在培养液中，在适宜的条件下，培养成初期胚胎。

(5)将初期胚胎移植到母山羊的子宫内，进一步发育并分娩出野羊。

■■验证型实验步骤设计

【例3】请根据下列材料设计一个证明唾液淀粉酶是蛋白质的实验。

实验材料：0.1g/mL的NaOH溶液、0.01g/mL的CuSO4溶液、生鸡蛋、水、小烧杯、试管、滴管、脱脂棉、镊子、玻璃棒。

实验步骤：

【答案】实验步骤：①制备蛋清：取生鸡蛋一个，打破蛋壳，取少许蛋清注入小烧杯中，加入30mL清水，用玻璃棒调匀。②取唾液：用清水将口漱净，口含一块脱脂棉，片刻后取出将其中唾液挤到小烧杯中。③对比实验：取2支试管，编上号。在1号试管中注入2mL蛋清液，在2号试管中注入2mL唾液，然后向2支试管中各加入2mL0.1g/mL 的NaOH溶液，振荡。再向2支试管中各加入2～3滴O.01g/mL的CuSO4溶液，振荡。④结果观察：振荡后，静置一会儿，观察到1号和2号试管中都出现紫色。

该实验证明唾液中存在着与蛋清相同的成分，即蛋白质。而唾液中除水外主要成分是唾液淀粉酶，即唾液淀粉酶的本质是蛋白质。

2.设计实验方案的解题策略与评价

■■开放型实验方案设计

【例4】已知纯种的粳稻和糯稻杂交，F1全为粳稻。粳稻中含有直链淀粉遇碘呈蓝黑色(其花粉粒的颜色反应也相同)，糯稻含支链淀粉，遇碘呈红褐色(其花粉粒的颜色反应也相同)。现有一批纯种粳稻和糯稻，以及一些碘液。请设计实验方案验证基因的分离规律(实验过程中可自由取用必要实验器材，基因用M和m表示)。

实验方法：。

实验步骤：。

实验预期现象：。

实验现象的解释：。

实验结论：

【答案】方案一：

实验方法：采用测交法加以验证。

实验步骤：(1)首先让纯合的粳稻与糯稻杂交，获取F1杂合粳稻。(2)让F l代杂交粳稻与糯稻测交，观察后代性状分离现象。

实验预期：测交后代出现两种不同表现型且比例为1：1。

实验现象解释：依据测交使用的糯稻为纯合体只产生一种含糯性基因(m)的配子，后代既然出现两种表现型，即粳稻和糯稻，则F1必然产生两种类型的配子，即M和m。

实验结论：F1中含有M和m基因，且M和m这对等位基因在F1产生配子的过程中必然随同源染色体的分开而分离，最终产生了两种不同的配子，从而验证了基因的分离规律。

方案二：

实验方法：运用F1花粉鉴定法。

实验步骤：(1)首先让纯种粳稻和糯稻杂交。获得F1杂合粳稻。(2)F1开花时取其一个成熟花药，挤出花粉，置于载玻片上，滴一滴碘液并用显微镜观察。

实验预期：花粉一半呈蓝黑色，一半呈红褐色。

实验现象解释：F1在产生配子的过程中产生了一种含M基因的配子(蓝黑色)和一种含m基因的配子(红褐色)。

实验结论：由此说明，F1在减数分裂产生配子的过程中所含的等位基因M和m随同源染色体的分开而分离，并最终形成了两种不同的配子。从而直接验证了基因的分离规律。

方案三：

实验方法：采用自交法加以验证。

实验步骤：(1)首先让纯合的粳稻与糯稻杂交，获得F1杂合粳稻。(2)让F l杂合粳稻自交，观察后代性状分离现象。

实验预期：自交后代出现两种不同表现类型且比例为粳稻：糯稻＝3：1。

实验结论：F1在进行减数分裂形成配子时，所含等位基因M和m随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随着配子遗传给后代，从而验证了基因的分离规律。

■■基本操作流程方案设计

【例5】请写出用一株基因型为AaBb的水稻培育出显性纯合体的最佳方案，用图解表示。

【答案】具体设计过程如下图所示。

【例6】生产上培育无籽果实经常采用以下两种方法：(1)用适宜浓度的生长素溶液处理未授粉的番茄花蕾，使子房发育成无籽番茄。(2)用多倍体育种的方法获得无籽西瓜。现有某地明年需要种植大批无籽西瓜，请用最经济快捷的方式为其解决秧苗问题(用流程图简要表示)。

【答案】组织培育的过程可以概括如图所示：

■■评价型实验方案设计

【例7】下图为某个学生根据体细胞杂交技术设计的生产破伤风杆菌抗体的方案。据图回答：

(1)该方案的目的是。

(2)该方案能达到预期效果吗？如果不能，请设计出可行的方案。

【答案】（1）目的：生产破伤风杆菌抗体；（2）不能。可行的方案如下图所示。

■■探索型实验方案设计

【例8】某中学实验室有柑橘60个、塑料桶若干个、松树叶适量、保鲜袋数个、医用APC(保鲜剂)、温度计、台秤或天平、量筒、空调机，请设计一个实验方案，在室温25℃的条件下，研究松树叶是否具有保鲜作用？

【答案】实验方案：(1)将柑橘分成重量相等的甲、乙、丙3等份，称好每份的重量。(2)分组处理：甲组不经任何处理，用一塑料桶把一份柑橘装好，室温保存；乙组在一塑料桶底铺上适量松树叶，放上一层柑橘再铺一层松树叶；如此重复直至把一份柑橘放完，上面再用松树叶覆盖好，室温保存。丙组用适量医用APC(保鲜剂)溶解于蒸馏水中配成一定浓度的溶液，把一份柑橘放入，浸泡适当的时间。取出后晾干水分，用保鲜袋包装好放入塑料桶中室温保存；(3)观察和记录。利用空调机将室温调节为25℃，定时观察各组的情况，做好详细地记录。结果分析：在3组处理中，若乙组保鲜期接近于甲组，说明松树叶无保鲜作用；若乙组保鲜期优于甲组而不如丙组，说明松树叶具有保鲜作用；若乙组的保鲜期优于丙组则说明松树叶具有良好的保鲜作用。

3.纠错和改进实验设计的解题策略和评价

■■方法的纠错和改进

【例9】某生物科技小组为了证明镁和钾都是植物生活所必需的元素，他们设计了如下实验：

(1)配制溶液：①配制完全营养液甲。②配制无镁、钾的营养液乙。

(2)培养植株：将长势相似、数量相同的两组玉米幼苗分别种植在两个盛有沙土的容器内，分别浇灌甲和乙营养液。

(3)观察记录：定期观察记录幼苗生长状况。

(4)结果结论：①一定时间后，发现浇甲营养液的玉米生长旺盛，浇乙营养液的玉米弱小瘦黄。②镁、钾元素是植物生活必需的矿质元素。

请分析该实验方案有无纰漏？若有请指出纰漏，再写出你的设计思路。

【答案】该实验方案有三处错误：错误一：乙液配置有误；错误二：沙土栽培错误；错误三：缺少对症状植株恢复的步骤；

正确的实验方案为：

(1)配制溶液：①配制完全营养液甲。②配制无镁的营养液乙。③配制无钾的营养液丙。

(2)培养植株：将长势相似、数量相同的3组玉米幼苗分别种植在3个盛有洗净沙砾的容器内，分别浇灌甲、乙、丙营养液。

(3)观察记录：定期观察记录幼苗生长状况。

(4)结果：一定时间后，发现浇甲营养液的玉米生长旺盛，浇乙、丙营养液的玉米弱小瘦黄。在乙营养液中补充镁元素，在丙营养液中补充钾元素，一段时间后，这两组营养液中的玉米幼苗又恢复正常。

（5）结论：镁、钾元素是植物生活必需的矿质元素。

■■控制条件的纠错和改进

【例10】为了证实“甲状腺激素及甲状腺抑制剂对蝌蚪发育的影响”，某同学制定下列方案：

a.取两个玻璃缸分别编号为1号、2号；

b.在两个玻璃缸中，分别加入等量(且适量)的水和新鲜水草，然后在每个玻璃缸中分别放入lO条发育状况不同的蝌蚪；

c.向l号缸投放含甲状腺制剂的饲料，2号缸投放含甲状腺抑制剂的饲料；

d.每天分别向两缸中投放一些饲料；

e.每隔一段时间观察一次，观察时用小网将蝌蚪捞出放在培养皿中，再将培养皿放在坐标纸上(1 mm×1 mm)，观察并且测量蝌蚪的体长变化(前肢和后肢的生长情况，尾的变化等)。上述实验设计方案中，有一些明显的设计缺陷或不足，请你修改并完善该设计方案。

(1)该设计方案的明显缺陷是，因此，a过程应该为(只需陈述修改内容，下同) ；

c过程应该为。

(2)方案中存在着引起实验误差的不妥之处，b过程的不妥之处应该改为

；d过程的不妥之处应该改为

【答案】（1）该实验设计方案的明显缺陷是缺少空白对照；在a过程再加1个玻璃缸编为3号（或：取三个玻璃缸分别编号为1号、2号、3号）；c过程应为：在3号缸内，投放和1号、2号缸数目大小相同的蝌蚪、普通的饲料，不加任何药剂，作为空白对照，来增强实验的可信度和说服力。（2）b过程中“发育状况不同的蝌蚪”应改为“同时孵化出的发育状况相同的蝌蚪”；d过程中的“一些饲料”应改为“等量饲料”。

【例11】有人对促进植物开花是否与生长素萘乙酸(NAA)有关进行了实验研究，过程如下：方法：取水仙球茎24个分成两组。

操作见下表：

问题：

(1)本实验可得到的结论是什么？

(2)本实验是否有不妥之处？若有，请指出不妥之处。再设计出一套合理的实验方案。

【答案】（1）结论：生长素NAA能促进植物开花。（2）本实验存在诸多不妥之处：①本实验在分组时应将24个球茎随机均分成两组，而不是对照组6个，实验组18个。②从鳞茎内取出的花苞放在培养基上能提前开花，鳞茎内花苞开花晚可能是鳞茎内有抑制花苞发育的物质存在。因此对照组的水仙球茎也应剥去鳞茎或保留实验组的鳞茎。③实验组种于MS培养基中，而对照组自然生长，开花早晚也可能与培养基有关。因此实验组和对照组都应种于MS培养基或都让其自然生长。

根据以上分析可构建出如下实验方案：①取生长发育状况相同的水仙球茎24个，随机均分成两组。②将水仙球茎消毒后种于MS培养基中，每瓶种一个。③实验组中加适量的0.1 mg/L的NAA，对照组不加NAA，然后放在相同温暖的地方培养，定期观察两组水仙球茎的生长发育状况。

■■实验程序的纠错和改进

【例12】为验证pH对唾液淀粉酶活性的影响，某位学生设计如下：

(1)在1～3号试管中分别加入O.5％的新鲜可溶性淀粉液2.O mL。

(2)分别向l～3号试管中加O.5％唾液1.O mL。

(3)向1号试管注入1.0 mL蒸馏水，向2号试管注入质量分数为5％的NaOH溶液1.0 mL，向3号试管注入质量分数为5％的HCl溶液1.0 mL。

(4)振荡这3支试管，使试管内的液体混合均匀。然后，将3支试管下半部浸入60℃左右的热水浴中，保持5 min。

(5)在3支试管中加入2.O mL斐林试剂振荡后，将3支试管的下半部放入盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min。观察3支试管中溶液的变化情况，记录结果。

该学生的设计方案，有无不妥之处？若有请改正并指出原因。

【答案】该实验的实验步骤顺序有误，正确顺序应为：(2)→(3)→(1)→(4)→(5)。因为一旦将(1)提前，在酶还没有失去活性的情况下，会使淀粉分解产生还原糖，使3支试管中溶液均变成砖红色，导致实验失败。

■■实验方案的纠错和改进

【例13】为了“鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液”，两位同学根据所给的材料和用具进行了实验设计，请分析这两个实验思路是否有不妥之处？再写出你的设计思路，并分析实验结果。

实验材料用具：一瓶10％蔗糖溶液，一瓶30％的蔗糖溶液，250mL烧杯一只，半透膜制成的透析袋一只，刻度玻璃管一支，细线一根，支架一个。

(1)实验方案一：将10％的蔗糖溶液倒入烧杯中，将30％的蔗糖溶液灌满透析袋，将刻度玻璃管插入袋内溶液中，用线将袋口和玻璃管扎紧。将插有刻度玻璃管的透析袋放入有溶液的烧杯中，垂直固定于支架上，记录玻璃管液面的刻度，一段时间后，观察玻璃管的液面刻度，确定液面是升还是降。

(2)实验方案二：将一瓶蔗糖溶液倒入烧杯中，将另一瓶蔗糖溶液灌满透析袋，用一根细线将袋口扎紧后，放入有溶液的烧杯中，固定于支架上，用另一根细线系住刻度玻璃管的一端并垂直固定于支架上，另一端放入盛有溶液的烧杯中，记录玻璃管液面的刻度。一段时间后，观察玻璃管上的液面刻度，确定液面是升还是降。

【答案】不妥之处：

实验方案一：把这两瓶待测浓度的蔗糖溶液当成已知浓度的蔗糖溶液来设计实验，混淆了已知与未知的条件，实属本末倒置。

实验方案二：已知条件给出了一根细线，而实验中却用了两根细线，不符合题目条件要求。刻度玻璃管放入盛有溶液的烧杯中，刻度玻璃管内外溶液无压力差，液面不会发生变化。

正确的实验设计方案为：

(1)将一瓶蔗糖溶液倒入烧杯中；

(2)将另一瓶蔗糖溶液灌满透析袋，将刻度玻璃管插入袋内溶液中，用细线将袋口和玻管扎紧；

(3)将插入刻度玻管的透析袋放入有溶液的烧杯中，垂直固定于支架上，记录玻璃管液面的刻度；

(4)一段时间后，观察玻璃管上的液面刻度，确定液面是升还是降。

结果分析：如果液面升高，则透析膜中的溶液是30％的蔗糖溶液，烧杯中的溶液是lo％的蔗糖溶液；反之，可推断透析袋中是10％的蔗糖溶液，烧杯中的是30％的蔗糖溶液。

4.开放型实验设计的解题策略与评价

■■方法开放型

【例14】某些科研人员在农科站研究奶牛，发现牛厩中的苍蝇很多，影响了牛群的健康，人们用DDT溶液喷洒在牲口圈内和牛身上，DDT是一种杀虫剂，能杀死几乎所有苍蝇。但一周后，苍蝇的数目再次增加，工人再次喷洒DDT，得到类似于第一次喷洒的结果——多数苍蝇都死了，然后苍蝇的群体再次扩大，工人又一次喷洒DDT，经过4～5次重复喷洒后，DDT能杀死的苍蝇越来越少直至最后全无杀虫效果。

据此回答下列问题：

(1)有人认为可能是所使用的DDT本身失效了，请你提出一个方案检验这个假设。

(2)有人认为是DDT对苍蝇的抗药性差异进行了选择，是适者生存，不适者被淘汰，请你设计一个方案检验这个假设。

【答案】(1)方法1：用DDT在非实验区实验，看能不能杀死苍蝇。如果能杀死，证明DDT没有失效；如果不能杀死，证明DDT失效。

方法2：用化学方法分析DDT的化学成分，看是否发生改变。若发生变化，说明DDT失效；若未发生改变，说明未失效。

(2)方案设计如下：

将苍蝇分成两组。

甲组：混合饲养，自由交配，每代都用DDT处理，并且逐渐加大剂量，培养lO代。

乙组：分成若干瓶，每瓶中放一对，并繁殖为一个家系。将每个家系平均分成两瓶，A瓶放DDT，B瓶不放DDT。若A瓶中苍蝇死亡率高，这个家系淘汰不要；若A瓶中苍蝇死亡率低，则将B瓶留下来，再一对一对分开，让其繁殖成若干家系，再按前法分成两瓶，并分别处理饲养，继续选留死亡率低又没有经过DDT处理的类型。每经过一次测试和选择，都增加DDT的剂量。如此经过l0次选择，比较甲、乙两组苍蝇的抗药性是否相同。若相同，可说明苍蝇是在突变的基础上经过自然选择产生了抗药性；若不相同，则说明不是DDT选择的结果。

■■结论开放型

【例15】已知H2O2酶广泛存在于动物、植物组织中，它能催化H2O2的分解反应。锈铁钉上的Fe3＋也能催化H2O2的分解。现有新鲜的肝脏研磨液、锈铁钉、3％的H2O2溶液以及量筒、滴管、试管夹、三角架、试管若干、酒精灯、烧杯、剪刀。请用这些实验材料和用具设计实验来证明：肝脏研磨液中是否含有H2O2酶；若有，请用所给条件继续设计实验证明该酶的一种特性。

实验步骤：

第一步：取3支干净的试管，编号为A、B、C，各加入3mL 3％的H2O2溶液。

第二步：

实验现象：

实验结论：

【答案】第二步：在A试管中加入少许新鲜的肝脏研磨液，在B试管中加入锈铁钉，C试管中不加任何物质(作为空白对照)。

实验现象：A试管中产生大量气泡，B试管中产生少量气泡，C试管中无反应。

实验结论：比较A、B、C 3支试管的反应情况，可说明肝脏研磨液中含有能催化H2O2分解的物质，即含有H2O2酶。

■■综合开放型

【例16】某地种植、养殖品种及生产的某些因素如下表。请依据生态学原理，选择种植、养殖生物各两种，设计一个良性循环的生态系统()。

【答案】参考设计方法如图所示。

5.关于实验装置实验题的解题策略与评价

■■实验装置的改进

【例17】下图是一位学生设计的实验，用来证明CO2是光合作用的主要原料。

(1) 请指出该装置的主要错误。

①；

②；

③；

④。

(2)如需对照实验，请描述对照实验的设计。

【答案】（1）原装置错误有：①应用黑暗处理48 h的植物；②不用绿玻璃，应用无色玻璃瓶；③光照方向应从各个方向照射；④应设计对照实验。

（2）对照实验设计：对照实验的实验条件与改正后的实验装置基本相同，只是没有Ca(OH)2溶液[加与 Ca(OH) 2等量的H2O]，这样实验组(无CO2)和对照组(有CO2)除有无CO2这一实验条件不同外，其他实验条件完全一样，将实验组和对照组的叶片取出，经酒精煮沸脱色后，滴加等量碘液，实验组不变蓝，对照组变蓝，从而证明CO2是光合作用的主要原料。

■■实验装置的连接

【例18】利用下列装置（图），设计一个测定呼吸作用的装置图。要求：所给装置均要用到，必要时只能重复使用所给三个装置中的其中一个。

(1) B装置图中药品所起作用是。

(2) C装置图中药品所起作用是。

(3)A装置用不透光玻璃罩罩住植物是因为。

(4)用字母表示测定呼吸作用的最佳程序为。

【答案】（1）B装置中的NaOH能吸收 CO2(2Na0H＋CO2＝Na2CO3＋H2O)；（2）C装置中有石灰水，可用来验证空气中CO2是否被除净和检验呼吸作用有无CO2的产生[Ca(OH) 2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O]。（3）使植物在无光的情况下，只进行呼吸作用；（4）3组装置的连接顺序为：B→C→A→C。

■■实验装置的设计

【例19】有一种由人工膜制成的袋，为检测淀粉和碘能否透过该膜，现提供试剂和用品如下：铁架台、烧杯和人工膜袋各一个、l％的淀粉溶液、稀的碘溶液和细棉线。

(1)请用上述试剂和用品设计一个实验装置，探究淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能否通过该膜，请用示意图表示(加图注)。

(2)实验结果预测及分析：

【答案】

(1)实验装置如图所示。

(2)实验结果预测及分析：

①袋内外液体均不变蓝，表明淀粉和碘均不能通过；②袋内外液体均变蓝，表明淀粉和碘均能通过；③袋内液体变蓝，袋外液体不变蓝，表明碘能通过，淀粉不能通过；④袋外液体变蓝，袋内液体不变蓝，表明碘不能通过，淀粉能通过。

【例20】用几株长出2 cm根的玉米、培养皿、沙土和吸水性草纸，设计一个根向地生长的装置。

【答案】(1)将几株幼苗包上吸水性的草纸，洒上水，以防干燥，水平放在桌子边缘(如图A所示)，根伸出桌边外，定期洒水保持湿润。(2)将几株幼苗根朝上放于培养皿内潮湿的沙土中(如图B所示)，定时洒水，保持湿润。

【例21】给你一个小纸盒，3株生长在培养皿中的2 cm高的玉米苗，透明纸套，黑色环套，黑色不透明小纸套各一个，一盏100W的台灯，请你设计一个实验装置验证玉米幼苗胚芽鞘对光敏感的部位是胚芽鞘的尖端，并绘出实验装置图和预测的实验结果图。

【答案】如图所示：

设计实验装置时应注意在小纸盒的一个侧面开一条缝(不是孔)，保证A、B、C与光源的距离相等且互不遮挡，6.可能出现的实验设计题解题策略与评价

■■设计实验记录表格

【例22】某生物学兴趣小组在做“性状分离比的模拟实验”之前，做了大量的准备工作，并提出了一系列实验中可能遇到的问题，如果你是其中一员，你如何来解决这些问题：

实验材料：小塑料桶2个，2种色彩(黄和白)的小球各50个。提示：显性基因用D表示，隐性基因用d表示。

(1)选购小球时应注意，原因是。

(2)每次摸出的小球在统计后要重新放回桶内的原因是。

(3)使实验结果更接近理论值的方法是。

(4)设计一张表格用于在实验中记录数据。

【答案】（1）小球的大小要一致，质地要统一，抓摸时手感要相同；原因：只有这样，用双手摸球时才具有随机性，更能表示配予结合时的随机性，尽量避免人为误差。（2）若不这样做，桶内代表两种基因型的小球就不是1：1，这样就不能正确表示形成配子时等位基因分离，形成两种数目相等的含显性基因和隐性基因的配子。（3）在实验结束前，将全班每一小组的计算结果综合统计，实验数据会更接近理论值。（4）性状分离比模拟实验的统计表格可设计

■■材料分析型实验设计题

【例23】某同学的研究性学习课题是“探究影响细菌生长繁殖的因素”。他在培养细菌的过程中，发现了某种细菌(记作R)的周围其他细菌的生长繁殖受到抑制。他把R细菌接种到专门的培养基上进行培养，一段时间后，他除去R细菌，用该培养基再培养其他细菌，结果其他细菌仍然不能在这个培养基上生长和繁殖。

根据以上材料回答下列问题：

(1)某同学假设了以下“造成R细菌的周围其他细菌不能生长和繁殖”的可能原因：

A. R细菌占据了其他细菌的生存空间；

B. R细菌吞噬了其他细菌；

C. R细菌产生了不利于其他细菌生存的物质

D. R细菌更容易吸收培养基中的物质

你认为以上哪项是最可能的?

(2)参照上述题目中给出的有关材料，设计你对第(1)题所作选择的验证实验。

A.方法步骤：；

B.结果结论：。

【答案】（1）C；（2）A方法步骤：第一步：取两个培养皿，按相同营养成分配制成甲、乙两个培养基。第二步：在甲培养基上接种R细菌，培养一段时间后，除去R细菌，乙培养基上不接种R细菌，作为对照。第三步：在这两个培养基上分别接种相同的其他细菌。第四步：在相同条件下，让甲、乙两个培养基上的细菌生长繁殖。

B.结果结论：甲培养基上细菌的生长受到抑制，不能繁殖；乙培养基上细菌能正常生长繁殖，由以上结果可以断定，R细菌产生了不利于其他细菌生长和繁殖的物质。

■■设计实验中物质变化的曲线

【例24】科学家研究了发酵池中酶的作用，他们发现温度变化对气体产量的影响，他们在20℃温度下收集10 min

(1)请用上述数据，设计出一条平滑的曲线。

(2)解释这个曲线是此形状的原因：。

【答案】（1）曲线绘制如图所示：

（2）解释：根据(1)中的曲线可知酵母菌无氧呼吸所需的酶，发挥催化作用最适宜的温度是40℃，此时产生的CO2最多，曲线达到最高点。在40℃之前，随温度升高，酶的活性增强，产生的CO2随之增多，曲线呈上升趋势；当温度超过40℃时，随温度升高，酶的活性下降，产生的CO2随之减少，曲线呈下降趋势；当温度升高到100℃时，酶的空间结构破坏，活性完全丧失，此时无CO2产生，曲线与横坐标交于一点。

■■图解表述型实验设计题

【例25】请结合“噬菌体侵染细菌的实验”完成下列实验设计，证明烟草花叶病毒的遗传物质是RNA(乙、

丙步骤用甲的方式绘出，如图所示)。

乙：；

丙：。

结论：；

甲组实验的目的：。

【答案】步骤如图所示。

结论：RNA起着遗传物质的作用。

甲组实验的目的：起对照作用。

■■图文转换型实验设计题

【例26】读图回答下列问题：

(1)根据图示设计一个观察植物细胞质壁分离和复原的实验方案。

(2)将正常的洋葱表皮细胞置于0.3g/mL浓度的蔗糖溶液中，一段时间内，细胞的吸水力将( )。

A.逐渐增大

B.逐渐减少

C.保持不变

D.忽大忽小，不断处于变化中

(3)除哪项外，其余各项都可以通过质壁分离和复原加以鉴定?( )

A.成熟的植物细胞能进行渗透吸水

B.蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次递减

C.原生质层和细胞壁伸缩性的大小

D.成熟植物细胞死活

【答案】（1）实验方案设计如下

制作洋葱表皮装片：用镊子撕取一小块洋葱鳞片外表皮，置于清水滴中的载玻片上，加盖玻片；

↓

高倍镜观察：液泡呈紫色，原生质层紧贴细胞壁；

↓

质壁分离现象观察：将表皮细胞置于30％蔗糖溶液中，可见液泡逐渐变小，颜色变深，原生质层与细胞壁逐渐分离；

↓

质壁分离复原观察：将表皮细胞放入清水中，可见液泡渐渐变大，颜色变浅，原生质层和液泡又逐渐恢复原来的状态。

(2) A

(3) B