生物实验设计学案

一. 教学内容

生物实验设计

二. 学习重点

了解有关高考生物实验设计的题型，一般的解题方法。

三. 学习过程

（一）考试说明

要求考生能掌握《教学大纲》中规定的实验，包括了解实验目的、实验原理和实验步骤，会控制实验条件和使用实验仪器，会观察和分析实验现象，解释实验结果（数据），并得出实验结论；能够根据要求设计简单的实验方案。

    所谓设计型实验题，就是题目要求学生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方法及分析实验现象，主要考查学生是否理解实验原理和学会分析实验结果，是否具有在不同情况下迁移知识的能力。

（二）生物高考实验设计基本题型 

1. 续写实验步骤的题型 

这类题目的题干中已经提供了比较多的信息，基本上划定了答题的模式，目的明确，前面的方法步骤等信息已为续答作了铺垫，只要明确题目中的实验变量和反应变量，然后设计对照组，再根据有关原理分析，一般就能比较正确地写出答案。 

2. 评价和纠正给定的实验步骤的题型 

试题中既有合理成分，又有不合理成分，干扰因素较多，要求在吸取原有设计的合理成分的基础上，提出自己的实验设计思路。这表面上是考查对实验设计的分析与评价能力，实质上是全面检测设计生物学实验方案的能力，同时还考查考生的科学态度和科学精神方面的水准。 

3. 独立设计实验方案的题型 

这类题型是与研究性学习相配套的，要求学生要具有严谨的科学态度，对实验过程有所体验，考查的过程性要求主要体现在课题的选择及理由阐述、研究方法的理解和运用、研究成果的类型选择等。题目有一定的开放性，便于考生发挥个性特长。 

（三）生物实验设计题应对策略 

1. 生物高考实验设计的三种题型虽然在形式上有一定的差异，但在答题中却有共同点，先要认真研究课题，找出其中的实验变量和反应变量，其次是构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获手段，最后再选择适宜的实验材料，在注意实验步骤关联性的前提下表达实验的方法步骤。在实验方法和步骤设计中最重要的是把握好变量控制。 

2. 重视课本实验的复习。考试说明明确提出了，要求“理解所学实验的实验内容，包括实验原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技术”。这一要求，在2003年高考中也得到了体现，如第33题，考查的就是对课本实验的理解。

3. 挖掘课本知识点中所蕴含的实验因素。生物学的每一个知识结论都是在观察、实验的基础上得出的，都包含培养实验能力的基点，在平时的复习中要注意多挖掘知识结论中所蕴含的科学思想和方法。例：生长素的发现过程中，涉及生长素产生的部位、感光的部位、反应的部位、运输的方向等。这些都可以思考如何设计实验来证明。 

4. 要注意考试大钢中提出要“理解探索性实验的一般方法：能够制订课题研究的初步计划”的要求，高考实验命题中也出现了从验证向探究变化的趋势，因此，要认真思考和完成教材中有关研究性学习的内容，切实提高自身进行探究研究的能力。 

（四）实验设计型题的一般解题思路

1. 了解题目的要求：解题首先要明确题意。

2. 明确实验目的：明确实验到底要解决什么问题。

3. 分析实验原理：进行实验所运用的基础知识。

4. 确定实验思路：犹如作文的构思，是建立实验设计的基本框架。

5. 设计实验步骤：有了思路具体怎样操作？就需要充分利用题目中所给的实验条件，进行精心的设计。

  6. 预测结果与分析：针对实验可能的现象进行分析，得出结论。

四．方法指导

（一）：实验设计的基本内容

①实验题目  ②实验目的  ③实验原理  ④材料用具 ⑤实验假设  ⑥预期：即在检测一个假设之前，先提出实验的预期结果。如果预期结果没有实现，说明假设不成立，如预期实现，假设成立。⑦实验：根据目的和假设，具体设计实验方法和步骤。在此过程中，必须遵循对照的原则。注意变量的控制，一般只确认一个变量，即对实验结果有影响的变量。⑧观察和收集数据 ⑨分析⑩推论⒒总结交流。

（二）：实验设计的基本原则

 ①实验原理的科学性

 ②实验步骤的严谨性

 ③实验条件的一致性(除对照变量外，其他实验条件不能随意变动。)

 ④实验过程的可重复性，只有足够的实验次数，才能判断结果的可靠性。

应试方法

(一)应对策略：
１． 明确实验目的、原理及实验要求，以便确定答题方向。
２． 明确所给实验仪器及试剂、材料的操作及用途。
３． 设计实验步骤：必须实验遵循两个原则：对照原则和单一变量原则；注意实验的准备工作；实验过程中的顺序；实验现象的观察，实验结果的验证分析。

(二)、实验设计中反应变量的确定和控制

生物实验设计中，反应变量的确定非常重要，因为任何一个科学实验的结论都是从反应变量所表现出的数量、质量或状态的事实中推导或分析出来的。生物实验中很多反应变量就是实验条件。设计实验时，应该根据实验目的和实验原理来确定对实验结果有影响的反应变量。

同时，对其他无关变量或非研究变量应进行控制。对变量的控制所要遵循的原则是对照原则，即控制其他因素不变，而只改变其中一个因素（反应变量），观察其对实验结果的影响。通过对照的建立，达到对变量的控制，这是生物实验设计的灵魂。

(三)、理解实验原理对实验设计的重要作用

每一个生物实验材料的选择、实验装置的确定、实验步骤和实验方法的安排都不是随意的、盲目的，而是有其实验原理作为依据的。实验现象和实验结果的预期也是依据实验原理而作出的。可见，实验原理是实验设计的依据。

(四)、 对照实验的设计
１． 在设计对照实验时必须要有明确的标记，如用甲、乙、丙，或者是Ａ、Ｂ、Ｃ或者    １、２、３，总之让人一看对实验组一目了然。
２． 必须要确定实验因子，即影响实验结果的关键因素是谁？ 这样设计才有依据。
３． 常用的方法：
   (1)空白对照：即实验因子的有无。
    例如2002年全国理综试题中用水培法验证矿质元素镁对植物生长的影响。――Ａ瓶中加入完全培养液，Ｂ瓶中加入去掉镁的培养液进行对照，观察实验现象。
   (2)条件对照：
    例如验证不同色质的光对光合作用的影响：对条件完全相同的植株用不同的光照射，Ａ：用绿光，Ｂ用红光，Ｃ用白光；验证温度对酶活性的影响：在其它条件完全相同的情况下，把Ａ试管放在 0。C ， B试管放在 37。C ，C试管放在 100。C实验观察。
   (3)剂量对照：
   如验证二氧化碳浓度对光合作用的影响，其他条件不变的情况下，可以通过改变二氧化碳浓度的方法进行对照。
   (4)顺序（位置）对照：
   如2001年山西高考题中验证生长素的对植物生长的影响：生长素的极性运输，由生理学的植物胚芽鞘的上端运输到下端，那么对照实验就应该是把植物体的上下端倒置过来。
 五。题型分析

 高考试卷中实验设计试题有三种类型：全程设计、补充设计、设计改错。近几年高考中，前两种题型出现的次数较多。

全程设计：试题明确给出了实验目的和原理，要求学生通过步骤的设计，验证或探究一个实验目的，得到相应的结果和结论。

补充设计：试题明确给出了试验目的、原理和部分设计步骤，要求把其他步骤补充完整

设计改错：试题明确给出了试验目的、原理和设计步骤，要求把步骤中的错误之处指出来并加以改正

一、 实验步骤补充完善题   <补充设计>

１．添加实验假设。 　　２．完善实验步骤。

３．总结实验结论。 　　４．补充填加对照实验。

解题思路
１． 看有无对照实验，如果有看对照设计是否合理。
２． 看实验是否遵循了单一变量原则。
３． 看实验步骤的顺序是否合理，步骤是否完整。
４． 看实验仪器、药剂的使用的是否合理。药剂的配备、使用及用量的大小。
５． 实验结果的验证是否合理。
  题例领悟

例1：为探究二氧化硫对植物叶片的影响，请根据所给材料和用具(品)设计出实验的方法和步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。

材料用品：长势相同的2株盆栽黄瓜幼苗，小烧杯1个，大小相同的玻璃罩2个，玻璃板2块(比玻璃罩略大)、稀硫酸、凡士林、水。

已完成的实验步骤：称取一定量的亚硫酸钠(亚硫酸钠与稀硫酸反应生成二氧化硫)，并对幼苗、玻璃罩和玻璃板进行标号。在小烧杯中加入稀硫酸2 mL，在1号和2号玻璃板边缘涂上凡士林。

待完成的实验步骤：

①                           　　　　　　                   　　　　　　　    

②                                                     　　　　　　　      ；

③                                 　　　              　　　　　　　      。

可能的实验结果和相应的实验结论：

①                               　　　　              　　　　　　　      ；

②                               　　　　              　　　　　　　      ；

③                               　　　　              　　　　　　　      。

【解析】本题既属于补充实验过程的探究性实验设计题，又属于结论开放型实验设计题。补充实验步骤时，注意与前面已有的步骤相衔接，要理解前面步骤的意图，按照这个设计思路，遵照实验设计的基本原则，完成后续步骤（见答案）。

结论开放型试题的特点是试题改变了传统试题的“答案唯一”的做法，变“答案唯一”为“答案不唯一”。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，因此，对可能的实验结果应全部预测到，并进行分析，得出相应的结论。不能用习惯性思维，认为二氧化硫对植物的叶片有伤害作用。

【答案】待完成的实验步骤：

①将1号和2号幼苗分别放在1号和2号玻璃板中央，将小烧杯放在1号幼苗旁

②将称好的亚硫酸钠迅速投入到小烧杯中，立即扣上玻璃罩，同时将2号幼苗用2号玻璃罩扣上

③将上述实验装置放在向阳处，定期观察其叶片的变化

可能的实验结果和相应的实验结论：

①1号和2号幼苗的叶片均正常或异常(或答差异不显著)，说明该种植物叶片不受二氧化硫的影响(或二氧化硫的量不够)(注：将“异常”答成“变黑、发黄”或“出现病症”、“受到伤害”均给分，下同)

②1号幼苗的叶片异常，2号幼苗的叶片正常(或答差异显著)，说明二氧化硫对植物的叶片有伤害作用

③1号幼苗的叶片正常，2号幼苗的叶片异常(或答差异显著)，说明一定浓度的二氧化硫对叶片生长有益

【说明】答题要领：认真分析题干中提供的信息，透过背景材料找出该实验涉及的知识点，确定解决问题的目标；辨别实验类型，把握解题的方向和关键。在实验设计时，先要对所设计的实验有一个整体设想，遵循和体现实验设计的“三大原则”（对照性原则、等量性原则、单因子变量原则）和“四性”（科学性、安全性、可行性和简约性），文字叙述力求简练、准确、科学。

例2：在农业生产上广泛使用除草剂，其在土壤中能逐步被分解。为探究除草剂的分解是土壤本身的理化性质还是土壤中微生物的分解作用，可以通过实验加以验证。

材料用具：灭菌锅、除草剂、量筒、温箱、几种土壤、容器、能鉴定除草剂含量的试剂和设备等。

实验方法步骤：

1、将几种土壤混合均匀，等量分在两容器中。　　2、分别贴上标签：甲和乙。

补充完成以下步骤：  3、将甲容器进行灭菌处理，乙                              。

4、                                                                         。　　　　　

5、一段时间后测定                                                          。

预测结果与实验结论：

① 如果甲容器中除草剂含量比乙容器高，说明除草剂的分解是                     。

② 如果甲容器中除草剂含量与乙容器无明显差别，说明除草剂的分解是             。

答案：补充步骤：

3、不进行灭菌处理

4、 向甲、乙容器中分别放入等量的除草剂

5、甲、乙容器中除草剂的含量

预测结果与实验结论：①土壤中微生物的分解作用             ②土壤本身的理化性质

例3：某小组学生观察到某大麦田中长有许多狗尾草，还有食草昆虫、青蛙、蜘蛛和蛇类等动物活动，决定探究农田生态系统中各种生物与生物之间、生物与无机环境之间的相互关系。研究中发现，在相同的环境条件下，分别种植大麦和狗尾草，它们都生长良好。如果把二者的种子混匀后播种，则大麦正常生长，而狗尾草生长得明显矮小。有关上述现象的产生，有同学设想是大麦的根部分泌物抑制了狗尾草的生长。试根据下列提供的实验材料与用具，补充实验步骤，探究大麦与狗尾草之间是否存在这种关系。

一．材料用具：狗尾草幼苗、大麦幼苗、完全培养液、实验容器等

二．方法步骤：

①将大麦幼苗用完全培养液培养，实验容器、光照、空气等外界条件符合要求。

②                                   　               　　　　　　　      ；                                                           

③                                   　　              　　　　　　　      ；

④                                   　　              　　　　　　　      。

如果同学们要得出“大麦的根部某些分泌物会抑制狗尾草的生长”这一结论，应该观察到的实验现象是                                                   ，出现这一实验现象的可能原因除了同学们的假设外，还可能是因为                        。

答案：②把长势相同的狗尾草幼苗分为A、B两组，每组各20株。

③A组用完全培养液培养，B组用培养过大麦的完全培养液培养，两组培养液等量，实验容器、空气、光照等外界条件符合要求。

④一段时间后，观察A、B两组狗尾草的生长情况。

B组狗尾草幼苗比A组狗尾草幼苗长势差（或B组狗尾草生长状况不良）

培养过大麦的完全培养液中缺乏狗尾草生长所必需的某些矿质元素

二、实验评价题  <设计改错>

（一）题型特点：此种题型突出“评价”实验，所以题干实验目的明确，围绕实验目的已设计好实验，但由于实验设计中存在某些不足（如变量设计不合理或未设计、没有强调等同和适宜即没有遵循单一变量原则、结果检验不合理、原理使用不当等），导致实验结果不能说明实验结论。

（二）解题思路：（1）解读实验目的的把握变量的设计，看是否设计了变量；（2）解读实验目的，把握实验结果显示设计，看结果显示是否正确，注意结果显示使用的原理是否妥当；（3）看是否遵循单一变量原则；（4）观察实验设计叙述中常规知识点的准确性。

（三）实验评价题型解题技巧

１．首先看有无对照实验，如果无添加对照组，如果有→步骤2

２．再看是否单一变量，在实验中除要设计的变量外，其他条件都必须一致，特别注意实验过程中是否会因添加试剂、或进行某个操作而引起控制条件的不一致性。例如研究温度对酶活性影响，则温度为变量。除单一变量外，其他条件应完全一样。

①实验对象的一致性 　　　　　　②等量性原则--每次实验所加试剂的量要相等。

③实验控制时间的一致性　　　　 ④实验条件的一致性

……

如果是单一变量，则看实验原理、实验操作、语言叙述等是否有错误：

３．看实验步骤的顺序是否合理，步骤是否完整。

４．看实验仪器、药剂的使用的是否合理。药剂的配备、使用及用量的大小。

５． 实验结果的验证是否合理。

题例领悟

例1：为证实“甲状腺激素及甲状腺抑制剂对蝌蚪生长发育的影响”，某同学制定了下列实验方案：

①取两个玻璃缸分别编号：1号、2号；

②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10条发育状态不同的蝌蚪；

③向1号缸内投放含甲状腺制剂的饲料，2号缸内投放含甲状腺抑制剂的饲料；

④每天分别向各缸投放一些这样的饲料；

⑤每隔一定时间观察一次，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（1mm ×1mm），观察并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妥，请你修改完善该设计方案及预测实验现象。

答案：

①取3个玻璃缸分别编号：1号、2号、3号 ；

②在3个玻璃缸中分别加入等量且适量的水和新鲜水草，然后每个玻璃缸中分别放入10条发育状态相同的蝌蚪 ；

③向三号缸内投放含甲状腺制剂的饲料，2号缸内投放含甲状腺抑制剂的饲料；3号缸中内投放不含任何激素的常规饲料 ；

④和⑤原方案不变。

实验现象预测；l号缸内蝌蚪将在短期内发育成微型青蛙；2号缸内蝌蚪将停止发育；3号缸内蝌蚪将正常发育 。

例2：某同学由温度能影响酶的活性联想到温度能否影响甲状腺素的活性。为了探索这一问题，他做了一个实验。在实验步骤(1)、(2)、(3)中各有一处错误或不妥之处，请改正并预测实验现象及结论。实验步骤:

（1）取三只相同的洁净玻璃缸，编上号，分别装上等量的蒸馏水、河水、自来水。

（2）取发育状况不同的15只蝌蚪，分成三等份，分别放人1、2、3号玻璃缸中，三只玻璃缸放在相同的适宜外界条件下培养。

（3）每天同时向1、2、3号玻璃缸中分别投入普通饲料、甲状腺制剂拌匀的饲料、用60℃温水处理1小时的甲状腺制剂拌匀的饲料。(4)过几天比较蝌蚪的发育状况。

改正：

预测实验现象及结论

改正：(1)蒸馏水/河水/自来水改为河水，(2)不同改为相同，(3)投入后加等量。

预测实验现象及结论：①若B玻璃缸内蝌蚪发育最快，而A、C玻璃缸内蝌蚪发育状况相同，说明高温使甲状腺制剂失活。②若B玻璃缸内蝌蚪发育最快，C玻璃缸内次之，A玻璃缸最慢，说明高温使甲状腺制剂活性降低。③若B、C玻璃缸内蝌蚪发育状况相同，而A玻璃缸内较慢，说明高温未影响甲状腺制剂活性。

【自我评价】

一、选择题：

1、将一株在黑暗中放置24h的植物，切断其叶片中部的叶脉并光照2h，检验发现叶片下部有淀粉而上部无淀粉，该实验证明（     ）

A、光合作用需要光照        B、光合作用需要CO₂

C、光合作用需要水            D、叶脉能运输淀粉

2、为了观察小狗甲状腺功能亢进引起的病变，可以采取哪项实验措施（   ）

A、 甲状腺制剂连续饲喂发育正常的小狗

B、 切除正常发育的小狗的甲状腺

C、向甲状腺机能不足的小狗注射甲状腺激素

D、用碘制剂连续注射正常小狗

3、将小麦种子浸泡在红墨水中，10分钟后，取出剖开，发现胚为白色，胚乳为红色，这说明：（     ）

A、胚仍存活，胚乳已死亡。            B、胚已死亡，胚乳仍存活。

C、胚和胚乳都存活                          D、胚和胚乳都死亡。

4、某同学为研究光照对种子萌发的影响，分别在光照和黑暗的适宜环境中对健康种子进行催芽，先萌发的一组是（     ）

A、光照环境        B、黑暗环境         C、同时萌发        D、A、B、C都可能

5、切除老鼠体内的甲状腺，10天后将其与正常老鼠相比，其物质代谢能力大大下降，若切除5天后，连续给老鼠注射一定量溶于某溶剂中的甲状腺激素，5天后再观察发现其物质代谢能力没有下降，由此可以推测甲状腺激素能增强物质的代谢能力。为了证明这一推测，有必要设置下列哪一实验以作观察比较：                             （      ）

A．  既不切除老鼠体内的甲状腺，又未注射甲状腺素。

B． 增加甲状腺激素的注射量后进行切除手术，过5