实验设计类试题的解题技巧

安徽 吴志强

实验设计类试题的解题技巧

安徽 吴志强

生物实验是每年高考的必考内容，随着高考改革的深入，生物实验命题的趋势呈现出新的发展方向。实验设计类试题由于能较全面地考查学生的实验知识和基本技能、分析问题和解决问题的能力以及创造能力。因此成为高考理综生物学科的压轴试题。笔者从近几届高三毕业生对此类习题的解答中发现，学生缺乏实验设计的有关理论知识，在考场中经常出现各种错误。为此，本文就有关生物实验设计类习题的对照原则、解题步骤和复习建议略作归纳总结，以期增加考生的理论知识，提高考生的应试能力。

一、实验设计题型的对照类别

不管哪种类型的实验都不同程度上涉及对照原则。对照原则是在实验中设置与实验组相互比较的对照组，给不同组别以不同处理，再分析比较实验结果得出实验。在设立对照时，实验组与对照组的一切条件应尽量均衡一致，这种均衡一致性越好，实验组与对照组的可比性越强，这样才能消除非处理因素所致的误差，对试验观察的项目得出正确的科学结论。按对照的内容和形式上的不同，通常有空白对照、自身对照、条件对照和相互对照等。

空白对照指对照组不给任何处理或干预措施的“空白”条件下进行观察的对照。例如，在研究某种疫苗预防传染病效果时，必须将接种疫苗的动物与未给任何预防措施的动物(空白对照组)比较其血清抗体指标。自身对照指对照组与试验组设置在同一实验对象上进行的一种对照方式。为了使对照组和试验组均衡可比，一般按随机原则分配受试对象和安排处理顺序，也可以借助交叉设计等特殊的自身对照设计来实现。自身对照方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异,实验处理前的对象状况为对照组,实验处理后的对象变化则为实验组。条件对照是在某种有关的实验条件下(与实验组操作条件一致的情况下)进行观察的对照。条件对照的设置目的是排除基础处理对观测结果所起作用的干扰，使对照组和试验组具有可比性。相互对照就是两个及其以上的生物在外界环境基本相同的情况下，自身的情况不同反应的对比。如“温度对唾液淀粉酶活性的影响的实验”中0℃、60℃和沸水浴，这几组实验全可看做实验组，不同实验组之间相互对比，实验结果的不同就是由温度这一变量所引起的。pH 对酶活性的影响，设置一系列不同的pH 为单一变量，不同组实验均为实验组，不同实验组之间相互对比，最终说明pH 对酶活性的影响。

【例1】为了验证胰岛素具有降低血糖含量的作用，在设计实验时，如果以正常小鼠注射某种药物前后小鼠症状作为观察指标，则下列对实验组小鼠注射药物的顺序，正确的是 （ ）

A. 先注射胰岛素溶液，后注射葡萄糖溶液

B. 先注射胰岛素溶液，再注射胰岛素溶液

C. 先注射胰岛素溶液，后注射生理盐水

D. 先注射生理盐水，后注射胰岛素溶液

【解析】在本实验就涉及自身对照。实验目的是验证胰岛素是否具有降低血糖含量的作用，因而有无胰岛素应该是本实验中的唯一变量，也就是说，对照组中没有胰岛素，而实验组中应该有胰岛素，且注射胰岛素后血糖浓度应该与实验前发生变化，其一般做法是：给对照组注射一定量的生理盐水，给实验组注射等量的用生理盐水溶解的胰岛素溶液，一段时间后观察两组小鼠的症状表现，可见对照组小鼠正常，而实验组小鼠出现血糖降低的症状，再给实验组小鼠注射一定浓度的葡萄糖溶液，可见实验鼠的症状得以恢复，所以本题应该选A。

【答案】A

关于对照实验的考查内容主要是学生关于对照实验的目的和原理、条件设置、过程设计、现象观察和结论分析等的认识和掌握。其中，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。因此，反应变量的确定至关重要。这就要求考生在以对照实验为方法的学习过程中，考生能根据实验目的和实验原理来确定并控制对实验结果有影响的反应变量，从而控制变量设置的对照原则，最终得出其对实验结果的影响。要想达到这样的水平，要求学生更多地挖掘课本实验背后的隐藏信息，深入剖析对照实验的内涵,理清对照实验的设计原则，掌握对照实验的设计方法，从而更彻底地解决实际问题，以达到提高解决问题能力和科学素养的目的。

二、实验设计题型的解题步骤

【例2】保温桶内安装温度计可以检测保温桶内温度变化。某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下呼吸作用的情况。材料用具：保温桶（500 mL）、温度计、活性干酵母、质量浓度0.1 g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。

实验假设：酵母菌在有氧条件下呼吸作用比无氧条件下呼吸作用放出热量更多。

（1）取A、B两装置设计实验如下，请补充下表中内容：

（2）B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是________，这是控制实验的________变量。

（3）要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量，还需要增加一个装置C。请写出装置C的实验步骤：

（4）实验预期：在适宜条件下实验，30分钟后记录实验结果，若装置A、B、C温度大小关系是：_______（用“＜、=、＞”表示），则假设成立。

【解析】本题考查酵母菌在有氧条件下和无氧条件下呼吸作用放出热量的情况。分析表中相关内容，考虑到实验要遵循对照性原则、科学性原则和单一变量原则这几个原则，因此①处应填：不加入石蜡油。②处应填：加入10 g活性干酵母。B装置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是去除氧气，这样来控制实验的自变量。要测定B装置因呼吸作用引起的温度变化量，还需要增加一个装置C，因此应设计成空白对照，即：③加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液；④不加入活性干酵母。因为有氧条件下比无氧条件下呼吸作用放出热量多，因此，装置A、B、C温度大小关系是A＞B＞C。

【答案】（1）①不加入石蜡油 ②加入10 g活性干酵母（2）去除氧气 自 （3）③加入240 mL煮沸后冷却的葡萄糖溶液 ④不加入活性干酵母 （4）A＞B＞C

实验设计往往是解答实验题的难点，但只要理清思路，找准方法和突破口，也能化难为易。实验的设计可遵循以下思路和方法进行。（1）首先确定实验目的，并对其去粗取精，提炼要点，确定是验证性实验还是探究性实验。（2）运用所学知识，找准实验原理，并要做到对原理理解透彻。理解实验原理对实验设计有重要作用，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做出的。（3）根据实验原理，对照实验目的，通过初步分析，在头脑中搜寻教材上或曾做过的实验模型，初步形成大致方案，实验设计大多与单因子变量和对照实验有关。（4）结合实验所给的条件，选取适当的方法（简便性原则），开始草拟具体步骤方案，设计具体步骤后，要顺藤摸瓜，通过实验结果（现象）的判断，分析综合得出实验结论。（5）回归检验。看看自己设的实验是否存在科学性原则，紧扣实验原理来进行分析；是否有遗漏的地方；是否还有其他可能性存在，即检验实验的严密性、科学性问题。实验设计的检验过程最终应该对照实验原理，回归实验目的。（6）实验设计中反应变量的确定和控制。

三、实验设计题型的复习建议

针对目前高考形势和近几年的情况，在平时的备考中应该注意以下几点。

1. 对教材要求完成实验中的有些内容尤其是实验原理、方法和技能等，要求学生准确记住，比如颜色反应，叶绿体中色素分离和提取的试剂等。培养学生的动手能力，比如有丝分裂临时装片的制作等实验。

2. 通过实验课的学习，不但可以独立完成课本上的实验，还应该有举一反三的能力，并运用自己学到的知识和技能设计简单的实验，并且说出设计原理和方法，评价自己的实验。也就是说，考生要能从所学的实验中提炼、归纳可以应用到生活的知识。如建立模型进行研究的方法等，并能迁移到新的情境中，运用其解决问题。这不但要求学生能够设计实验的思想，比如要验证甲状腺激素的作用，如果只是会实验方法，可以设计实验，而不懂得甲状腺激素的作用，那么设计出来也不会太完美，这类实验往往依托于教材已知的实验，是课本实验的拓展和外延。

3. 新课标要求培养学生探究能力，一般步骤包括观察现象→提出假设→设计实验→进行实验→结果和结论→进行交流，从近几年的高考来看，考生往往在这部分失分较多，这部分内容考查学生的综合分析能力，设计方案，归纳总结能力等方面的能力，考查比较广泛，在平时应该多注意培养。

（作者单位：安徽省芜湖市第十二中学）