讲座3 实验设计类题目的解题技巧

实验设计类题目的解题技巧生物实验设计题是高考中考查学生生物学能力的最为重要的题型之一，也是学生解答起来最为困难的试题。因此掌握一定的解题技巧有助于学生学习。生物实验设计题根据近几年的高考试题，可以分为三类：一是实验验证题；二是实验探究题；三是实验评价题。（1）验证题是指结论明确，设计实验加以证明，如“请设计一个实验证明光合作用能产生氧气”。（2）探究题则是指结论不明确，要通过设计实验加以确定。如“气温在40℃时，光合作用受影响吗？请设计实验加以证明。”此题结论可能“影响很大”,也有可能“影响较小”，甚至可能“没有影响”，总之结论并非唯一，解答时需要通过实验设计，进行讨论。（3）评价题是已经有人设计了实验，请你指出实验不够完善之处，并加以修改。不管是验证性实验题目还是探究性实验题目其考查的方式都主要包括三种情况：一是补充完善类实验设计；二是开放性实验设计；三是实验评价类。1.实验设计的内容完整的实验设计一般包括下面几个方面：(1)实验题目；(2)实验假设；(3)预期结果；(4)实验方法；(5)观察和搜集数据；(6)分析与结论。一、补充完善类实验设计【理论阐释】2.解答实验设计题的基本步骤（1）了解题目要求，明确实验要验证或探究的是什么。包括三个方面：①研究对象；②作用于对象的因素；③研究现象。如pH对唾液淀粉酶活性的影响这个实验，其研究对象是唾液淀粉酶活性，作用于对象的因素是不同的pH，研究现象是唾液淀粉酶活性随pH发生的变化。通过仔细阅读题干，找到以上三个方面的内容，就能够把实验题目确定下来。（2）分析实验原理：分析实验所依据的科学原理是什么？涉及到的生物学及相关学科中的哪些方法和原理？（3）确定实验器材的选择。（4）设计实验步骤：分析每一环节之间的关联性，或几个相关实验的延续性，安排实验的最佳程序。（5）预期结果和分析。3.解答实验设计题的技巧（1）实验目的是实验的核心，实验原理是实验的依据。在高考实验题中，实验的目的可以通过分析题目得出，而实验的原理则多源于课本知识，也有来自题干的。（2）对于生物实验题中已提供的实验材料和用具，主要分析“有什么用”、“怎么用”，一般应全部用上，不可遗漏，除非这道实验题是让你选择使用或者自行确定实验材料和用具。（3）通常都需要设置对照组，并遵循单一变量原则。要抓住以下几个关键点：①进行对照组的准备；②对照组的设置（注意单一变量原则）；③对照组的使用；④对照组控制条件的观察。新收获的稻米煮出的米饭香气诱人，但是不法商贩也可以用抛光、增白、上油等方法处理陈稻米，以假乱真，坑害消费者。已知新稻米中过氧化氢酶的活性明显高于陈稻米。植物体内的过氧化氢酶在过氧化氢存在时，能使某些酚类物质如愈创木酚氧化成红褐色物质，简单表示为：愈创木酚红褐色物质，其颜色的深浅与酶活性呈正相关。某些水果如苹果、桃子等以及某些蔬菜如马铃薯、山药等去皮后颜色的变化也是这一道理。【典例导悟】H2O2过氧化氢酶（1）若现有两堆稻米，有一堆为新稻米(A)，有一堆为陈稻米(B)。请你完成下面的实验设计，证明新稻米中过氧化氢酶的活性明显高于陈稻米。实验目的：___________________________________。实验原理：___________________________________。试剂和用具：1%愈创木酚、1%过氧化氢、具塞试管、培养皿、移液管、观察颜色的放大镜等。实验步骤：①让稻米事先浸入1%愈创木酚溶液：具体做法是_______，然后分别用移液管往两支试管内加入1%愈创木酚溶液，浸没大米，盖上试管塞用力摇振20下，静置一段时间后，弃掉多余液体。②将浸有1%愈创木酚的稻米分别倒入两个对应编号的的培养皿中，用镊子摊开，然后__________________________。③______________________________________________。实验结果：______________________________________。结论：__________________________________________。（2）若现有两堆稻米，只知其中有一堆为新稻米，另一堆不知是新稻米还是陈稻米（待测稻米）。假如你是食品卫生检验人员，请你完成下面实验设计，鉴定待测稻米是新稻米还是陈稻米。实验目的：___________________________________。实验原理：___________________________________。实验步骤：___________________________________。结果预测：___________________________________。（3）现有两堆稻米，只知其中一堆为新稻米，一堆为陈稻米，但不知哪一堆为新稻米，哪一堆为陈稻米。假如你是食品卫生检验人员，请你完成下面实验设计，将新稻米和陈稻米区分开来。实验目的：___________________________________。实验步骤：___________________________________。结果预期：___________________________________。【解析】（1）因为两堆稻米的新、陈是已知的，因此此题为验证性实验，实验结果、结论只有一个。（2）因为待测稻米不知是新稻米还是陈稻米，所以该实验为探究性实验。在单一变量条件下，实验结果、结论均不惟一。（3）虽然知道有一堆为新稻米，有一堆为陈稻米，但不知哪一堆为新稻米，哪一堆为陈稻米。因此仍为探究性实验。在单一变量条件下，实验结果、结论均不惟一。答案：（1）实验目的：验证新稻米中过氧化氢酶的活性高于陈稻米实验原理：因为植物体内的过氧化氢酶在有过氧化氢存在时，能使某些酚类物质如愈创木酚氧化成红褐色物质，其颜色的深浅与酶活性呈正相关，因此新稻米使酚类物质氧化颜色较陈稻米深。实验步骤:①取两支具塞试管，分别编号为A和B，A管内放入适量的新稻米，B管内放入与A管内等量的陈稻米。②用移液管吸取1%过氧化氢分别滴向培养基中的稻米，使所有稻米都浸有过氧化氢。③一定时间后，用放大镜观察两培养基里稻米的颜色变化。实验结果：A管内稻米的红褐色比B管内颜色深。结论：新稻米中过氧化氢酶的活性高于陈稻米。（2）实验目的：判断待测稻米是新稻米还是陈稻米实验原理同（1）实验步骤：①取两支具塞试管，分别编号为A和B，A管内放入适量的新稻米，B管内放入与A管内等量的待测稻米②③均同（1）中的步骤。结果预测：如果B管稻米同A管稻米颜色一样深（或比A管深），则待测稻米为新稻米；反之，如果B管稻米比A管稻米颜色浅，则待测稻米为陈稻米。（3）实验目的：区分新稻米和陈稻米实验原理：同（1）。实验步骤：①取两支具塞试管，分别编号为A和B，A管和B管内分别放入等量的两种稻米②③均同（1）中的步骤。结果预测：如果A管稻米颜色比B管深，则A管稻米为新稻米，B管稻米为陈稻米；反之，如果B管稻米比A管稻米颜色深，则A管稻米为陈稻米，B管稻米为新稻米。条件开放型试题的特点是：题干条件不完备，答题的条件不充足，答题的原理或依据不明确，但“条条大路通罗马”，结论只有一个。实验设计的思路一般是：明确目的要求→确定原理假设→选择实验器材和试剂→设计方法步骤→预测实验结果。二、开放性实验设计【理论阐释】设计一个实验，证明ATP是生物的直接能源物质。要求：（1）自选器材、试剂；（2）写出实验步骤；（3）预测实验结果；（4）设计对照实验。【典例导悟】【解析】这是一道条件开放型实验设计题。可以从课题要求入手，进行逆向思维。按照“能源物质→发光→萤火虫→发光原理→选择器材→设计步骤”的思路设计实验方案。（1）选择萤火虫的发光器为实验材料，主要是因为它发光的现象容易观察；（2）将发光器捣碎，增大发光细胞与溶液的接触面积，加快化学反应速率；（3）蒸馏水不是能源物质，葡萄糖虽然是细胞的主要能源物质，但不是直接能源物质，因此，可用葡萄糖、蒸馏水作对照实验，它们都不会使熄灭的离体发光器重新发光。本实验过程中的现象是：（ATP供能）发光→（ATP耗尽）荧光熄灭→（能否提供ATP）决定发光器是否重新发光。答案：（1）器材和试剂：培养皿、试管、活萤火虫（取其尾部发光器备用）、ATP制剂、0.1%葡萄糖溶液、生理盐水、蒸馏水。（2）实验步骤：①取三支试管，分别编号A、B、C。②分别往试管中加入等量的捣碎的发光器和生理盐水，观察现象。当发光器熄灭时，立即进行下一步。③分别往试管A、B、C中加入ATP制剂、0.1％葡萄糖溶液、蒸馏水各5mL，观察现象。（3）结果预测：试管A：恢复发光，试管B：不再发光，试管C：不再发光。（4）对照实验：B、C是对照实验组。答题技巧：1、审题是关键，首先找出实验目的，看实验原理及方法是否正确；2、分析实验步骤是否合理可行。分析图表中影响因变量的因素，注意对比分析，一般有如下五看：（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、药剂的使用是否合理，药剂的配备、使用及用量的多少。（5）看实验结果的验证是否合理。三、实验评价类【理论阐释】有人对生长素类似物萘乙酸（NAA）是否与促进植物开花有关进行了实验研究，其过程如下：取水仙球茎24个，分成两组。操作见下表：【典例导悟】组名处理方法对照组水仙球茎不剥去鳞茎，不加NAA，让其自然生长实验组剥去鳞茎，仅取出花苞，共得18个，消毒后种于MS培养基中，其中加NAA（），每瓶接种一个1Lmg1.0实验组除个别瓶受污染外，其余均在一周时间内破苞开花；而对照组则比实验组晚开花一个半月。请回答问题：（1）从科学性角度出发，本实验在分组时是否有不妥之处？如果有，应如何改进？__________________________________________。（2）请针对本实验设计提出质疑或进一步的完善措施。__________________________________________。【解析】从处理方法可知，存在两个问题：一是分组没有遵循随机均分原则；二是没有控制变量。对照组没有剥去鳞茎，而实验组剥去鳞茎，这样就不仅仅是NAA一个变量了。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。另外对照组与实验组都应种植于MS培养基中，只是对照组的培养基中不加NAA而已。答案：（1）有；应将24个球茎随机均分为两组。（2）质疑：剥去鳞茎的花苞放在培养基上培养，能提前开花，未剥去鳞茎的花苞开花晚，是否因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。培养基是否也是影响开花的因素，因此两组都应种于MS培养基上，只是对照组的培养基中不加NAA罢了。说明：这类题与实验设计题关系密切。答题要领：除了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：①科学性原则；②单一变量原则；③平行重复原则；④设立对照原则等设计原则。总之，解答生物实验设计题时，一定要认真审题。在审题中最关键的是要明确实现本实验目的的科学原理，回归教材中的经典实验，从基本的思维方法延伸。严格遵循实验原则设计实验，准确地运用实验材料支持实验，选定最优程序进行实验，答题时讲究用词科学、准确。