第一章 实验与探究基本知识梳理

第1节 掌握实验操作技能，并能将这些相关的方法和技能进行综合运用

一、考纲要求的教材实验归纳分类

二、中学生物实验涉及的基本技术归纳

1.光学显微镜的使用

适用于观察生物的微观结构，如观察叶绿体和线粒体。注意正确掌握低倍镜和高倍镜的使用技术：

（1）使用低倍镜应注意正确对光和调焦（粗、细准焦螺旋的调节）。

（2）高倍镜的使用方法包括：

①低倍镜下找到清晰物像并移至视野中央。

②转动转换器，使高倍物镜正对通光孔。

③调节细准焦螺旋至物像清晰。

2.玻片标本的制作

适用于显微观察，凡需在显微镜下观察的生物材料，必须先制成玻片标本。包括：

（1）压片法（如洋葱根尖细胞的有丝分裂）。压片的一般过程是：取材→固定→解离（对不易分散的材料用盐酸处理）→漂洗→染色→压片→观察。

（2）装片法（如高倍镜下观察叶绿体和细胞质的流动）。其过程是：将材料在载玻片水滴中展平→放盖玻片时应从一侧慢慢盖在水滴上，防止气泡产生→对材料染色或改变溶液浓度→观察。

3.研磨、过滤

适用于从生物组织中提取物质，如酶、色素等。

4.纸层析技术

适用于溶液中物质的分离，如绿叶中色素的分离。主要步骤包括制备滤纸条、画滤液细线、层析分离。

5.恒温技术

适用于酶参加的生化反应，一般用水浴或恒温箱。

6.解离技术

用于破坏细胞壁，分散植物细胞，制作临时装片，如观察有丝分裂时制片的解离过程。

7.比色法

适用于还原糖、脂肪和蛋白质的检测等

另外还有根尖培养、幼小动物的饲养、植物必需元素的鉴定、同位素示踪技术等。

三、重点实验类型破解

（一）探究实验新题型的特点

1.教材实验内容与拓展探究实验题

（1）根据教材实验内容进行拓展创新，这类题不是对教材上实验的重组，而是更多地要求运用教材中相关实验原理、方法、技能，去解答新情景实验试题中提出的具体问题。要高度重视教材中的实验内容，熟记相关实验的原理、目的、化学药品或试剂、实验材料、操作步骤等，并认真仔细地去分析实验现象或结果，而且需要迁移已掌握的实验原理、方法和技能。

（2）一般解法：首先联想出该实验题是教材中哪一个实验的改编或拓展，然后联想该实验的原理、实验器材与药剂的使用、实验的具体操作等，最后根据题目的要求合理组合答案。

2.实验评价题分析

实验评价题是较常见的形式，考查形式主要有以下几种：

（1）对照实验的评价。

由于生物研究对象的复杂性、多样性和差异性等原因，生物实验大多采用对照实验法，即确定实验组后，根据等量原则和单一变量原则设置相应对照组，即要求不同实验只能有一个实验变量，其余条件控制在同一适宜条件下，观察比较两者的差异。通过对照（对比）实验才能得出科学的结论。

（2）对实验步骤顺序的评价。

正确的实验步骤是实验取得成功的前提，它能确保出现正常的实验现象，进而推理得出正确的实验结论。答题时应注意：①是否漏做某个实验步骤；②操作步骤是否颠倒。

（3）评价实验试剂和仪器使用是否正确。

实验者只有正确使用试剂和仪器才能如期看到实验效果。如使用双缩脲试剂时必须先加氢氧化钠（A）溶液形成碱性环境后再加硫酸铜（B）溶液，使用斐林试剂时先将A、B液混合后，再加入到待检样液中并水浴加热，使用碘液检测淀粉是否被淀粉酶完全水解时，正确顺序是：淀粉+淀粉酶→水浴加热一段时间→碘液。

（4）纠正或改进题型特点。

试题中既有合理成分，又有不合理成分，干扰因素较多，要求在原有设计的合理成分的基础上，提出自己的实验设计思路。

（5）实验评价题应对总策略。

①看实验有无设置对照组，如没有则要增加相应对照实验，如果有则看对照设计是否合理。

②看实验是否遵循了单一变量原则。例如研究温度对酶活性的影响，则温度为变量。除单一变量外，其他条件应完全一样。包括：a.实验对象的一致性；b.等量性原则——每次实验所加试剂的量要相等；c.实验控制时间的一致性；d.实验条件的一致性等。

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、药剂的使用是否合理。药剂的配备、使用及用量的大小是否正确。

⑤看实验结果的验证是否合理。

【例1】 根向地生长是由什么刺激引起的，单侧光还是重力，还是两者共同作用？请设计一个实验探究根向地生长的适宜刺激。

（1）实验材料和用具：大豆幼苗若干，烧杯若干，含有营养物质的琼脂培养基，完好的纸盒，光源。

（2）实验假设：

（3）实验步骤（要点）：

（4）实验可能的结果预测及结论：

（5）自然条件下，植物根的生长受单侧光影响吗？为什么？

【答案】（2）植物根生长的向地性仅受重力影响（或受单侧光影响或是两者共同作用的结果）。

（3）①利用琼脂培养基、烧杯、纸盒制成如下装置：

②在适宜温度等条件下，利用该装置培养大豆幼苗，一段时间后，注意观察大豆幼苗根尖生长状况。

（4）①A装置中根尖垂直生长，B装置中根尖向地生长，C装置中根尖垂直生长，说明植物根生长的向地性仅是重力作用的结果。

②A装置中根尖垂直生长，B装置中根尖水平生长，C装置中根尖弯曲（背光）生长，说明植物根尖生长的向地性仅是单侧光作用的结果。

③A装置中根尖垂直生长，B装置中根尖向地生长，C装置中根尖弯曲（背光）生长，说明植物根尖生长的向地性是重力和单侧光共同作用的结果。

（5）自然条件下，植物根尖生长不受单侧光的影响。因为正常情况下根尖生活在土壤中，不接受光照刺激。

（二）验证（观察）性实验设计

1.验证性实验

指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。

2.实验设计一般步骤

（1）了解实验目的：认真读题，弄清该题要验证的是什么样的生物学事实，即明确实验要解决什么问题。一般在题干中有“验证……”、“证明……”。有些实验需要对其去粗取精，提炼要点。

（2）明确实验原理：就是完成该实验的理论依据是什么。这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法，以及所依据的科学原理。另外提供的实验仪器的使用方法和原理也应考虑在内。原理一般是高中生物教材上的有关理论知识，分析该实验考的是哪部分知识，联想该部分知识结构，用有关的生物学原理先解释清楚实验。

（3）写出实验操作过程。

①选材：选材应保持条件相同（如日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠）。②编组标号：研究对象、器皿等要编组标号，设立实验组和对照组。③实验处理：分别对实验组和对照组施加单一变量；除实验变量外，对实验组和对照组的培养、饲养等条件应相同，即控制无关变量。④培养（或饲养）、观察、记录：观察记录实验现象和实验数据。⑤实验结果分析或预测实验现象：“验证性”的实验，要根据所学知识和原理，分析得出应有的实验结果和推出相应的结论（此时一般只有一个结果和相应的结论，且结论与实验目的相对应）。如“验证……”、“证明……”都可预测到与实验目的一致的结果。⑥实验结论：通过现象、结果的分析，概括出规律性的结论，结论一般就是实验的目的。

【例2】 动物激素对动物的生长发育起着调节作用，请你利用下面提供的实验材料和用具，设计一个实验，证明甲状腺激素能促进动物的个体发育。

实验材料和用具：蝌蚪15只（同种、同时孵化而来，体长约15mm）、新鲜水草、3只鱼缸（容积3000mL左右）、甲状腺激素、甲状腺抑制剂、自来水（已晾晒过3～4天）、药匙若干、小网、培养皿、坐标纸（用来测量蝌蚪的体长）、鱼虫（用以喂食）。（提示：每次投药为5mg，2天换水一次）。

请写出实验方法和步骤（要求分步写）。

【答案】 实验方法和步骤：

（1）分别取3只洁净的玻璃鱼缸，编号为1、2、3号，分别倒入2000mL晾晒过的自来水。

（2）在1、2、3号鱼缸内分别放入等量的水草，然后分别放入大小相同、生活力强的小蝌蚪各5只。

（3）向1号鱼缸投入甲状腺激素5mg；向2号鱼缸投入甲状腺抑制剂5mg；3号鱼缸不加任何药品。以后每天投药一次，连续七天，药量同上。

（4）每天向每个鱼缸内投入等量的活鱼虫进行饲喂。两天换一次水。

（5）每两天观察一次，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测量其体长，观察其形态变化，前后肢生长情况及尾的变化等。观察测量后，迅速将每组蝌蚪放回原来饲养的鱼缸内。

（6）观察并记录结果，进行分析比较，得出实验结论。

（三）模拟类和调查类实验规律

1.模拟类实验

2.调查类实验

（1）调查类实验的特点。

研究的对象是客观存在的事实、现象，通过对客观事实和现象之间联系的了解，得出结论，提出自己的观点。例如：种群密度的取样调查；调查环境污染对生物的影响。

（2）调查类实验总结。

①调查类实验常使用统计学方法和测量技术。

②不同生物类群的调查取样方法。

第2节 具备验证简单生物学事实的能力，并对实验现象和结果进行解释、分析和处理

一、教材经典实验分析，方法技能迁移

1.细胞内物质或结构的检测方法

（1）淀粉：碘液；

（2）还原糖：斐林试剂、班氏试剂；

（3）CO2：Ca（OH）2溶液或酸碱指示剂；

（4）乳酸：pH试纸；

（5）有O2：余烬木条复燃；无O2：火焰熄灭；

（6）脂肪：苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染液；

（7）蛋白质：双缩脲试剂；

（8）染色体：龙胆紫、醋酸洋红溶液；

（9）DNA：甲基绿；RNA：吡罗红；

（10）线粒体：健那绿。

2.实验结果的显示方法

（1）光合速率：O2释放量、CO2吸收量或淀粉产生量；

（2）呼吸速率：O2吸收量、CO2释放量或淀粉减少量；

（3）原子转移途径：放射性同位素示踪法；

（4）细胞液浓度大小：质壁分离；

（5）细胞是否死亡：质壁分离、亚甲基蓝溶液染色；

（6）甲状腺激素作用：动物耗氧量、发育速度等；

（7）生长激素作用：生长速度（体重变化、身高变化）；

（8）胰岛素作用：动物活动状态。

3.实验条件的控制方法

（1）增加水中氧气：泵入空气或吹气或放入绿色植物；

（2）减少水中氧气：容器密封或油膜覆盖或用凉开水；

（3）除去容器中CO2：NaOH溶液或KOH溶液；

（4）除去叶片中原有淀粉：置于黑暗环境一昼夜；

（5）除去叶片中叶绿素：酒精加热；

（6）除去光合作用对呼吸作用的干扰：给植株遮光；

（7）如何得到单色光：棱镜色散或彩色薄膜滤光；

（8）血液抗凝：加入柠檬酸钠；

（9）各种细胞器的提取：细胞匀浆离心。

4.实验中控制温度的方法

（1）还原糖鉴定：水浴加热煮沸；

（2）酶促反应：水浴保温；

（3）用酒精溶解叶片中的叶绿素：酒精要隔水加热；

（4）DNA的二苯胺试剂鉴定：水浴煮沸加热；

（5）细胞和组织培养以及微生物培养：恒温培养。

二、验证性实验和探究性实验

1.二者的比较

（1）验证性实验。

验证性实验是验证某一个结论是否正确的实验。

①实验者在实验前已经了解并掌握了相关理论知识，并对实验现象有了一定了解或已形成一定认识或提出了某种假说，而且这种假说是比较确定的，即按照假设成立，应出现何种结果，再通过具体实验来证明相应的生物学现象或事实。

②通过验证性实验可以对研究对象进行更深入地了解，也能证明某种假设是否正确，从而加深对所学生物学知识的理解和记忆。

③由于实验者在实验前大多已掌握了实验结果和实验结论，因此实验者对实验结果的预期常常是惟一的。

（2）探究性实验。

探究性实验是探究研究对象的未知属性、特性以及与其他因素的关系的实验。

①实验者在实验前对研究对象不了解或不完全了解，完全由实验者去尝试、探索和研究。它是一种真正意义的科学研究，探究性实验对生物科学的发展起了极大的推动作用。②探究性实验是根据一定的实验目的，利用现有的实验条件，通过控制实验变量的改变干扰研究对象，并观察实验结果（现象）和推理得出实验结论。

③由于实验者在实验前提出的假说往往是比较模糊的，也没有掌握最后的实验结果和实验结论，因此对实验结果的预期也是不确定的，只能把各种有可能出现的实验现象都考虑在内，再由各种现象推理得出相应的实验结论。

④此类实验一般需经过探究得出实验结论，往往需讨论，即“如果出现结果a会怎样，如果出现结果b或c又会怎样”。

2.举例

第3节 具备对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法

一、实验设计的基本理论

实验是科学研究过程中的一个重要环节，是在人为控制条件下，研究对象的变化，以其结果论证科学结论的一种科学方法。由于研究问题性质的不同，科学研究的方法也有差异，但通常分为以下几步：

1.观察

观察是科学研究方法的第一步，这里的观察，是在处于自然常态条件下进行或通过实验观察。对事物进行观察时必须周详，并将它们记录下来。而尤为重要的是要保持客观的态度。人们常希望看到人想要看或应该看到的现象，因此而影响观察结果，产生偏差。

2.提出问题

人们对事物作缜密观察以后，常常由于好奇心或想作进一步的了解而提出问题，虽然任何人都能提出问题，但只有有意义的问题才值得探讨，因此，进行研究时，不仅要提出问题，而且要提出确切的问题。此外，对问题的叙述，也要清楚而正确，例如“豌豆为什么子一代只出现显性性状，子二代却出现性状分离？分离比为什么都接近3:1呢？”

3.假说

科学方法的第三步是假说。假说，也称假设或猜测，指用来说明某种现象但未经证实论题，也就是对所提的问题所作出的参考答案。假说一般为两步骤：第一步，提前假说，即依据发现的事实材料或已知的科学原理，通过创造性思维，提出初步假定；第二步，作出预期（推断），即依据提出的假说，进行推理，得出假定性的结论；例如，孟德尔一对相对性状的实验，其假说是：控制性状的基因都是成对存在的；在杂合子形成配子时彼此分离，分别进入不同的配子；其预期结果是：“F1与隐性亲本相交后代高茎与矮茎的比例1:1”。实验预期是较具体的推断。

一个问题常有多个可能的答案，但通常只有一个是正确的。因此，假设是对还是错，还需要加以验证，即依据假设或预期，设计实验方案，进行实验验证。

4.实验

实验是验证假说和解决问题的最终途径，指在人为控制的条件下研究事物的变化的一种方法。这是科学方法的最大特色，也是科学方法中最困难的一步。如何求证假设可充分展现研究者的才华。在科学实验中，要掌握或贯彻以下几点：

（1）变量。

变量，或称因子，是指实验过程中所被操作的特定因素或条件，按性质不同，通常可分为两类：

①自变量与因变量。

自变量，也称为实验变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。因变量，亦称反应变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。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“温度对酶活性”的实验中，所给定的低温（冰块）、适温（37℃）、高温（沸水浴）就是实验变量。而由于低温、适温、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，该实验即在于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以外的影响实验现象或结果的因素或条件。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变量有干扰作用。例如，上述实验中除实验变量（低温、适温、高温）以外，试管洁净程度，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，实验操作程度，温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温3组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对3个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。实验的关键之一在于控制无关变量或减少额外变量，以减少误差。

（2）单一变量原则。

单一变量原则是处理实验中的复杂关系的准则之一。它有两层意思：一是确保“单一变量”的实验观测，即不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量；二是确保“单一变量”的操作规范，即实验操作中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。例如，上述实验遵循单一变量原则，第一，在观测上要做到：低温处理观测记录低温下的变化和结果，高温处理观测记录高温下的变化和结果，反应变量不能混淆；第二，在操作上要做到：对3个实验要在预先的低温、适温、高温条件下做实验处理，常见的错误是先在常温下做处理再放到低温、适温、高温条件中进行观测；这样就混入了“常温”这个无关变量及额外变量。总之，实验设计、实验的全过程，都应遵循单一变量原则。

（3）控制与平衡控制——保证实验不受干扰或将干扰因素降低到最低程度。

控制，是处理实验中变量关系的又一准则，指实验要严格地操纵实验变量，以获取反应变量。与此同时，还要严格地均衡无关变量，以消除额外变量的干扰。一句话，通过实验控制，尽量消除实验误差，以取得较为精确的实验结果。

如果说“单一变量”原则，主要是对实验变量与反应变量的控制而言，而这里的“平衡控制”，则主要是对无关变量与额外变量的控制而说的，意思是说，实验中的无关变量的因素条件，很难避免，只能设法平衡和抵消它们的影响，常用的方法有：

①单组实验法 对一组（或一个）对象，既用A法，又用B法，顺序随机或轮流循环，这是生物实验常用的实验方法。例如，“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验，通常是将做好的洋葱紫色鳞片叶表皮细胞装片，先用蔗糖溶液做质壁分离观察，接着又用清水做质壁分离复原观察，这就是单组实验法。由于对象同一，无关变量影响也就被平衡和抵消了。

②等组实验法 将状况相等的对象分成两组或多组，一组用A法，另一组用B法，这也是生物实验常用的实验方法。例如，“植物激素与向性”设计了5组实验，其对象是玉米幼苗，要求品种、萌发期、粗细、大小、长势等状况都是相同的，这就是等组实验法，无关变量的影响起到了平衡和消除作用。

③轮组实验法 对两组或两组以上的对象，循环进行两个或两个以上的实验处理，如甲组——A法、B法；乙组——B法、A法等，这样能有效地平衡和抵消无关变量的影响。自然，操作起来要麻烦一些。例如，“植物向光性”实验，可随机取2株（组）生长状况并不相等的玉米幼苗，作如下实验处理：

甲组：玉米幼苗——A选用“不透光”处理，B选用“单侧光”处理。

乙组：玉米幼苗——C选用“单侧光”处理，D选用“不透光”处理。

实验结果，则是A+D（“不透光”）与B+C（“单侧光”）的比较，这就是轮组实验法。这种实验处理的匹配，对平衡、消除无关变量和额外变量更有说服力。

（4）对照。

对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。

通常，一个实验总分为实验组和对照组。实验组，是接受实验变量处理的对象组；对照组，也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组，至于哪个作为实验组，哪个作为对照组，一般是随机决定的，这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验组与对照组两者之差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型：

①空白对照 指不做任何实验处理的对象组。例如，在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂，一起进行沸水浴，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，增强了说服力。

②自身对照 指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。单组法和轮组法，一般都包含有自身对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验，就是典型的自身对照。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。

③条件对照 指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。例如，“动物激素饲喂小动物”的实习实验，采用等组实验法，其实验设计方案是：

甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）；

乙组：饲喂甲状腺抑制剂（条件对照组）；

丙组：不饲喂药剂（空白对照组）。

显然，乙组为条件对照。该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分说明实验变量——甲状腺激素能促进动物的生长发育。

④相互对照 指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照，在等组实验法中，大都是运用相互对照，如“植物的向光性”的等组实验中，5个实验组所采用的都是相互对照，较好地平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果更具有说服力。

特别提醒：通常把改变生物生长所需正常条件的组作为实验组。如，对叶片遮光处理的实验组、不遮光为对照组。

5.结论

观察、实验的价值即在于获得验证性的结果。因此，在实验中要记录实验的事实、现象和数据，即捕捉、记录由实验变量而带来的反应变量。然后，论证、说明实验中的自变量与因变量的因果关系，从而得到实验的结果。①如果所获得的结果与假设相符，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。最后得出结论。

科学实验必须遵循真实、客观的基本准则，即实验中的观察一定要实事求是，一切从实验出发，使获取的材料（事实、现象、数据）尽可能地反映客观事物的本来面目，不能凭空胡诌，不能片面武断。

以上科学方法是进行实验设计，制订实验方案的理论依据。

6.生物学探究实验的一般方法

二、实验设计的思路

1.实验设计的原理

（1）科学性原则。

所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都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。如：淀粉酶水解淀粉的顺序问题。

（2）可行性原则。

可行性原则是指在设计生物学实验时，从实验原理、实验的实施到实验结果的产生都具有可行性。

（3）简便性原则。

设计实验时，要考虑到实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验药品比较便宜，实验操作过程比较简便，实验步骤比较少，实验时间比较短。

（4）可重复性原则。

重复、随机和对照是保证实验结果正确性的三大原则，多年来为研究者所公认。因此，在实验设计中也必须注意实验的可重复性。任何实验都必须要有足够的实验次数，才能判断结果的可靠性，设计的实验不能只能进行一次，在无法重复的情况下，作为正式结论，这样的结论易被推翻。

（5）对照原则。

（6）等量原则。

选取实验材料或试剂时不同组别应保持相同（或基本相同）或相等，确保实验不会由于实验材料的原因而产生误差干扰实验结果。

2.实验设计的内容

一个比较完整的实验设计方案，一般包括以下几方面的内容：①实验题目的确定；②提出假说；③设计实验方法和步骤；④提出实验的预期结果；⑤要观察和搜集的数据及方法。书写实验设计方案通常包括：实验课题、实验假说、实验预期、实验目的要求、实验方法类型、实验对照类型、实验材料用具、实验方法步骤和实验结论与讨论等项目，而在中学生物课本的实验指导中，实验假说和实验预期大都隐含在“实验原理”中。实验方法类别、实验对照类型则一般隐含在方法步骤里。

3.实验设计的关键环节

（1）实验设计中的假说。

在实验设计中，每一个实验目的的确定，都是一个实验假说的形成过程。我们做出实验假说时，必须在注意假说的预见性的同时，强调客观性和多样性。

（2）实验材料和实验手段的选择。

选择恰当的材料和手段，是所设计的实验能否达到预期结果的重要保证。

（3）反应变量的确定和控制。

依据实验条件和环境因素充分控制无关变量，使实验具有科学性，结果不受干扰。

4.实验设计的基本步骤

【名师点睛】 各种不同类型实验应注意的问题

①有关酶的实验设计，应注意各步骤的顺序，必须先调节相关条件（温度、pH等）才能使反应物与酶相遇，还应注意空白对照中加入“等量蒸馏水”。

②生长素设计中，应注意对胚芽鞘的生长状况描述：“向哪方弯曲生长”“向上生长”“不弯曲不生长”，无子番茄培育时注意“去雄”“套袋”“一定浓度生长素类似物”。

③动物激素调节实验中，甲状腺激素生理功能的研究常用饲喂法、切除法、注射法，常用蝌蚪、小白鼠、小狗做实验材料，在设计过程中常做甲状腺激素含量增多、减少和不变三种处理；而胰岛素、胰高血糖素的研究常用注射法，少见切除法，常用小白鼠做实验材料，在设计过程中常做该激素含量增多和不变两种处理。

④无土栽培时应注意，“培养液中通空气”“适时适量补充稀释培养液”。

⑤遗传学实验。

a.植物杂交实验：如果为两性花（花中既有雄蕊又有雌蕊）的植物杂交，应注意“去雄”“人工授粉”“授粉后套袋”；如果为单性花（即有雄无雌或有雌无雄），则无须“去雄”，但要“套袋”。

b.动物杂交实验：千万不能有“自交”，应为“与相同基因型的异性交配”。

第4节 能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订

四步看：一看对照、二看变量、三看操作、四看结果。

1.一看对照

需要什么对照、几个对照组。

2.二看变量

在实验中除要设计的单一变量外，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。

（1）实验对象的一致性；

（2）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。

3.三看操作

主要看实验原理是否合理正确、实验取材是否正确、方法步骤是否科学。

（1）实验取材分析与评价：实验材料的选择要得当、经济、易得、好用、效果好。

（2）药品与试剂分析、评价及改进：药品与试剂的量、浓度、纯度等都是影响实验结果的重要因素，在进行实验分析时要逐一检查，不能忽视。例如：斐林试剂与双缩脲试剂。

（3）步骤及操作的分析、评价及改进：

①是否漏做某个实验步骤；

②操作步骤是否颠倒；

③操作方法是否正确。

4.四看结果

主要看实验结果的验证方法与预测是否合理：

（1）实验结果的验证方法是否正确；

（2）验证目标是否准确；

（3）探究性实验的实验结果与结论是否为多个。

【名师点睛】 设计型实验试题的解题突破和方法

①解题思路：

②实验设计时的一般步骤：

a.取材、分组、编号。

取材时要注意数量和生理及发育状态相同；用具要相同等。

b.相同处理和不同处理。

根据实验变量设置对照（注意：单一因素不同，其他因素相同且最适）。

c.进一步的相同处理。

其他因素相同且最适的继续处理。

d.检测、观察、统计、比较。

必须找出具体的观察和记录对象，观察、记录、统计、比较实验数据和现象。

③实验的过程、结论等要进行科学性描述：

a.无关变量常用：同种、相同或相似、随机平均分组等词描述、遵守相同性原则。

b.实验变量常用：适宜（浓度、量）等量的一段相同的时间等、遵守单一变量原则。

c.因变量常用：相同且适宜的条件、一段相同且适宜的时间等、遵守简便性原则。

典例精讲

【例1】 甲、乙、丙三位同学，围绕酶的特性，设计了如下实验，请运用你所学的知识，指出三位同学实验设计中存在的问题并提出修正方案。

（示例：某同学做唾液淀粉酶水解淀粉的实验：取一支试管，先加入2mL淀粉糊，然后再加入1mL唾液，放在水温37℃的烧杯内，一段时间后，向试管内滴加2滴碘液，结果不变蓝，说明唾液淀粉酶能够水解淀粉。缺乏对照，应再取1支试管，加入1mL蒸馏水代替唾液，其余条件都相同，起对照作用）

（1）甲同学探究酶的高效性：取一支试管，加入2mLH2O2，再加2滴新鲜土豆研磨液，观察到产生大量气泡，用带火星的卫生香检测，卫生香猛烈燃烧，说明酶的催化作用具有高效性。

（2）乙同学探究不同的酶其所需的pH条件不同：①取12支试管并编号1～12，各加入2mL蛋清液，调节各试管的pH，分别等于1～12；②同时向12支试管内加入胃蛋白酶和胰蛋白酶；③放在37℃左右的大烧杯内一段时间；④用双缩脲试剂检验试管中蛋白质的存在情况。

（3）丙同学探究温度影响酶的活性：①取6支试管编号，A、A1、B、B1、C、C1。在6支试管中都加入等量的淀粉溶液和等量的淀粉酶溶液。②A、A1试管放入60℃水中，B、B1试管放入100℃水中，C、C1试管放入冰水中，维持5分钟。③取出后各加入等量的碘液，观察。

【解析】 实验设计评价题通常是给一个或几个实验方案，这些方案不完整需要补充，或有几项明显的错误需指出并改正，或判断实验设计是否合适，这就需要应用评价标准进行评价，看其是否“科学合理、设计简洁、效果明显”等。运用已具备的生物知识或生物技能，确定实验原理，选择实验器材，拟定实验步骤，记录并处理实验数据，分析实验现象，构思出解决问题的方案。（1）中明显缺少对照实验；（2）中则出现了两个变量；（3）中实验步骤叙述不清。

【答案】（1）缺乏对照。应再取一支试管，滴加2滴FeCl3溶液，其余条件都相同，观察到产生的气泡较少。

（2）存在两个变量。应在12支试管中，只加胃蛋白酶（胰蛋白酶），再取12支试管，只加胰蛋白酶（胃蛋白酶）。

（3）实验步骤混乱。应①取6支试管编号，A、A1、B、B1、C、C1。在A、B、C试管中都加入等量的淀粉溶液，在A1、B1、C1试管中都加入等量的淀粉酶溶液。②A、A1试管放入60℃水中，B、B1试管放入100℃水中，C、C1试管放入冰水中，维持5分钟。③分别将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中，摇匀后，维持各自温度5分钟。

【规律探究】 对实验方案进行评价时，一般采用以下“五看”法：

【例2】（浙江理综）给正常成年实验兔注射甲药物后，使其患了高血压病，注射乙药物可使高血压症状缓解。为了验证甲、乙两种药物的上述作用，请您根据以下提供的实验材料与用具，设计实验步骤，并在下面的坐标中画出实验过程中该组兔的血压变化示意曲线，标注注射药物的时间点。

材料与用具：一组正常成年实验兔、血压测定仪、适宜浓度的甲药物、适宜浓度的乙药物、注射器等。

（要求：答题时对该组实验兔不再分组；对动物的手术过程与药物的具体注射剂量不作要求）

实验步骤：

①

…

在下图所示的坐标中画出实验过程中该组兔的血压变化示意曲线，并标注注射药物的时间点。

【解析】 该实验是通过实验动物自身不同处理条件下的对照而得出结论的，采用这种对照方式时要注意对未处理、不同处理条件下的相关数据进行测定、对比，多次测定可降低误差。对于一组正常成年实验兔，血压是正常的，因甲药物可使血压升高，注射甲药物后血压应升高，乙药物可使血压降低，注射乙药物后血压应降低。画血压变化示意曲线时，应反映出变化趋势。

【答案】 ①用血压测定仪对该组每只实验兔每隔一定时间测定血压，计算血压的平均值作为对照。②给该组每只实验兔注射等量的甲药物，用血压测定仪对每只实验兔每隔一定时间测定血压，计算血压的平均值。③当该组实验兔患高血压病后，给每只实验兔注射等量的乙药物，用血压测定仪对每只实验兔每隔一定时间测定血压，计算血压的平均值。