生物：实验设计的突破思路与方法（上）

田奇林 舒洲 刘江洲

生物学是典型的实验学科，学生的实验与探究能力是学习这门学科的核心能力。实验与探究能力是在理论认知与科学实践过程中逐渐养成的高阶思维能力，既是生物学课程教学的重要培养目标，也是高考生物学试题考查的方向。在近几年的全国卷中，实验与探究能力试题约占试题总量的50%，值得同学们高度关注。

一、高考对科学探究能力的考查

探究是创新的基础，高考考查的主要内容有：提出生物学问题，形成猜想并作出假设，设计实验或制定方案（思路），进行实验或完成方案，得出结论;对特定的生物学现象或事实，进行观察、提问、讨论和交流的过程。创新是探究的高级表现，主要包括发现新的问题，提出新的解释或作进一步探究的新思维、新方法，特别注重基于发散思维、聚合思维、批判思维和元认知等创新能力和基于规范表达的合作能力的综合考查。

二、高考实验设计答题失分的常见原因

【例1】（2019·全国卷Ⅰ，29题）将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸（ABA）含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。

（1）经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力_______。

（2）与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会_______，出现这种变化的主要原因是_______。

（3）有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，请以该种植物的ABA缺失突变体（不能合成ABA）植株为材料，设计实验来验证这一结论，要求简要写出实验思路和预期结果。

【答案】（1）增強    （2）降低    气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少    （3）取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

1.答卷抽样分值分布统计

2.试题分析与评价

本题以对某植物减少浇水进行干旱处理为背景，综合考查了渗透作用原理和光合速率的影响因素，重点考查了生物学科核心素养中的科学思维和科学探究，要求考生通过设计实验验证干旱条件下，气孔开度不是由缺水直接引起的，而是由脱落酸（ABA）引起的。试题灵活，要求考生有很强的实验设计能力和语言表达能力;考生容易入手，但不能准确和完整地进行表达。考生得分区间集中在6—8分，平均分为6.84分，试题区分度较大。

3.考生答题失分原因分析

（1）自变量遗漏。验证“干旱条件下，气孔开度不是由缺水直接引起的，而是由脱落酸（ABA）引起的”中存在两个自变量：是否缺水和是否有脱落酸。

（2）随意更换实验材料。本题要求以该种植物的ABA缺失体（不能合成ABA）植株为材料设计实验，而部分考生错用正常植物作为实验材料。

（3）增添或错选因变量。本题要求以气孔开度为因变量，而部分考生以光合作用强度、植物重量的变化、植物的生长情况等作为因变量或出现了多个因变量。

（4）混淆实验结果与实验结论。将预期实验结果答成了实验结论，如“干旱条件下，气孔开度不是由缺水直接引起的”“干旱条件下，气孔开度是由ABA直接引起的”等。

（5）表达不全。回答光合速率变化（减慢）的原因，部分考生只回答“气孔开度减小”或者 “吸收的CO2减少”。

（6）不遵循单因子变量原则。只设计了两个组进行对照，两个组有两个自变量，如“一个组在缺水条件下，添加ABA;另一个组在正常（有水）条件下，不添加ABA”。

（7）不能正确区分实验类型。该题是一个验证性实验，部分考生审题不仔细，错误地当作探究性实验，在回答实验预期结果时，进行了分类讨论。

三、实验设计的突破思路与技巧

1.植物生理实验

见例1。

【审题关键】

（1）实验要在干旱的条件下进行;

（2）在有ABA和无ABA参与的条件下测定气孔开度的变化;

（3）实验材料要选用“ABA缺失突变体”。

【解题模板】

【拓展延伸】

探究植物激素间的相互作用的答题思路

2.遗传设计实验

【例2】（原创）孟德尔从34个豌豆品种中选择了7对相对性状做杂交实验，揭示出两个重要的遗传定律。下图表示控制豌豆三对相对性状的三对等位基因在染色体上的位置。已知种皮灰色和白色分别由一对等位基因A和a控制，这对基因可能位于I号或IV号染色体上。现有各种表现型的纯合豌豆植株，不考虑基因突变和交叉互换的情况下，请设计实验，确认A/a是位于I号染色体上还是IV号染色体上。

实验方案：①可选用种皮灰色子叶黄色高茎豌豆与 豌豆做亲本杂交，得到F1。②再让F1自交，然后   。③若表现型及比例为     ，则A/a位于IV号染色体上;若表现型及比例为 ，则A/a位于I号染色体上。

【答案】①种皮白色子叶绿色矮茎    ②统计F2表现型及比例    ③种皮灰色高茎∶种皮白色矮茎=3∶1（或种皮灰色子叶黄色∶种皮灰色子叶绿色∶种皮白色子叶黄色∶种皮白色子叶绿色=9∶3∶3∶1）种皮灰色子叶黄色∶种皮白色子叶绿色=3∶1（或种皮灰色高茎∶种皮灰色矮茎∶种皮白色高茎∶种皮白色矮茎=9∶3∶3∶1）

【解题模板】

【拓展延伸】

假说—演绎法解答遗传实验设计题的答题思路

3.动物生理实验

【例3】（2018·全国卷Ⅱ，32题）为研究垂体对机体生长发育的作用，某同学用垂体切除法进行实验。在实验过程中，用幼龄大鼠为材料，以体重变化作为生长发育的检测指标。回答下列问题：

（1）请完善下面的实验步骤：

① 将若干只大鼠随机分为A，B两组后进行处理，A组（对照组）的处理是，B组的处理是 。

② 将上述两组大鼠置于相同的适宜条件下饲养。

③。

④ 对所得数据进行统计处理与分析。

（2）实验结果与分析：B组大鼠生长发育的状况不如A组，出现这种差异的原因是B组的处理使大鼠缺失了来源于垂体的 激素和 激素。

【答案】（1）①手术但不切除垂体 切除垂体③每隔一定时间，测定并记录两组大鼠的体重 （2）生长 促甲状腺

【审题关键】

实验目的——研究垂体对机体生长发育的作用;A为对照组;B组的处理使大鼠失去了垂体产生的激素

【解題模板】

【命题陷阱】

①没有排除无关变量的干扰。注意对照组必须进行假手术，以排除手术原因对实验造成的干扰。②语言表达不准确，难以做到准确的量化描述。答题时应尽可能地运用定性的语言表达，在实验时间和实验条件上注意“一段时间”“适宜的温度、pH”等语言的应用。

【拓展延伸】

探究动物激素生理功能的答题思路

4.生化反应实验

【例4】（2016·江苏卷，8题）过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙黄色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶，设计实验如下表。下列相关叙述正确的是（ ）

A. 1号管为对照组，其余不都是实验组

B. 2号管为对照组，其余都为实验组

C. 若3号管显橙红色，无须对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶

D.若4号管不显橙红色，可证明白菜梗中无氧化物酶

【答案】A

【审题关键】

实验目的——探究白菜梗中是否存在过氧化物酶;实验原理——过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙黄色。

【解题模板】

【命题陷阱】

①没有掌握对照实验的实质。没有2号对照，就无法判断酶反应的结果，也无法推测溶液呈现橙黄色的原因。②误认为实验只有一个对照组。实践中往往设置多重对照，以确保实验结果可信。