高中生物实验设计题的解题思路和方法

过关演练-17
一、实验设计题的解题思路和方法
[理论指导]
1．实验设计题的解题思路
(1)明确实验类型，确定是验证性实验还是探究性实验。

验证性实验具有明确的结果；探究性实验的现象和结果是未知的或不能确定的，应针对各种可能性分别加以考虑和分析，得到相关结论。

(2)确定并设置实验变量。

找出自变量和因变量，确定实验研究的因素，以及影响本实验的无关变量；构思实验变量的控制方法和实验结果的获得手段。

(3)遵循单一变量原则，同时要确保实验的顺利进行，且应尽量避免对实验因素的干扰。

(4)确定实验观察的对象或实验检测的指标。

(5)构思实验步骤，并用语言准确表达(注意实验操作顺序的合理安排)。

表述实验步骤的三步曲：分组编号、实验处理、结果观察。

(6)记录实验现象，依据实验原理，分析实验结果，得出实验结论。

2．实验设计题的解题方法
(1)打草稿或腹稿，做到心中有数。

在草稿纸上画一个大致的流程图或拟一个纲要，排一排实验步骤的先后顺序，认清实验中的自变量、因变量和无关变量。

一般来讲，分三步骤：分组、处理、观察。

(2)组织语言，准确描述。

要注意体现“等量原则”的词语的准确使用，如“等量”、“等温”、“生长状况相同”等。

在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化描述时，要尽可能用“定性”的语言表达，如“一段时间”、“适宜的温度”、“适量的”、“一定量的”等。

必要的时候可以用图来表示，但应当加入适当的文字说明。

(3)依实验类型，分析实验结果。

假如题目中出现了“有无”、“是否”、“能否”等语气不确定的词，在分析实验可能出现的结果时，要从正反两方面进行分析，甚至从中立的方面分析。

如“探究光对种子的萌发的影响”，就可能出现3种情况：促进作用、抑制作用、没有影响。

但是，如果题目要求写出最可能的一种结果，则根据所学的知识确定一种即可。

(4)依据实验现象，获得实验结论。

从实验现象中获得结论，而结论往往同实验目的相呼应。

如果实验目的不够明朗，则应加入自己对该实验的理解，尽量利用课本中的语言来回答。

[解题模板]
1、肾上腺素和“心得安”药物都可以影响心脏的活动，回答相关问题：
(1)肾上腺素既是一种激素，也是一种神经递质，在功能上它是人体内的________________分子。

心得安和肾上腺素具有相似的结构，而且都能直接作用于心脏调节心率，由此推测它们在心脏细胞表面可能具有相同的________________________________________。

(2)
实验目的：探究_____________________________________________。

材料用具：小鼠若干只，注射器，检测耗氧量装置(如下图)，肾上腺素溶液和心得安溶液(用生理盐水
配制)。

(3)方法步骤：
①选取大小、生长状况相同的小鼠20只，均分为四组。

每组小鼠按上表所示注射药剂，其中A组注射________________________________。

②将每只小鼠分别放入装置中，开始时大烧杯内外的液面等高。

装置放在相同环境中，10分钟后记录________________________________________，计算耗氧量并求出各组的平均值。

结果分析：
①结果表明，心得安和肾上腺素分别具有降低和提高耗氧量的作用，而两者共同作用的效应是相互____________。

②除了控制环境相同外，实验可再设置一个不放入小鼠的对照装置，其目的是用于_______________________，从而使测得的数值更精确。

[对应练习]1．研究人员用同种小鼠进行了某中药制剂、四环素(一种抗生素)对肝脏脂肪含量影响的实
组别
除每天喂养相同的饲料外，进行如下处理在第11天测量并计算每
组小鼠肝脏脂肪的平均含
量(mmol·L－1)
连续11天每天喂下列试剂
同时第8天至第11天每天腹腔注
射下列物质
丙组中药制剂(0.05 g) 0.025 mmol四环素 4.74
丁组中药制剂(0.10 g) 0.025 mmol四环素 4.52
戊组中药制剂(0.15 g) 0.025 mmol四环素 4.10
(1)若要观察小鼠皮下脂肪细胞中的脂肪颗粒，可用________染色。

(2)现有健康的体重相近、发育状况相同的雌雄小鼠各100只，按上表的实验设计应如何对这些小鼠进行分组？______________________________________________________________。

表中所示的实验自变量有_______________________________________。

(3)甲组和乙组对照可说明__________________________________。

上表实验结果可初步说明该中药制剂能对小鼠起什么作用？_________________________________________________。

(4)研究人员认为，还需要观察中药制剂对小鼠(没有注射四环素)肝脏脂肪含量的影响。

请完善实验设计并回答问题：
Ⅰ.实验步骤：
①步骤一：按上表所示的实验设计的要求增加3组小鼠，并编号。

②步骤二：这3组小鼠除每天喂养相同的饲料外，每天还需分别喂________________________，共11天。

同时在第8至11天注射等量生理盐水，保持其他条件适宜且相同。

③步骤三：测量并统计实验结果。

Ⅱ.讨论：
①将得到的实验结果与上表的____________组的结果进行对照，然后得出结论。

②步骤二中需要“保持其他条件适宜且相同”，其原因是_________________________________。

二、评价类实验的解题方法
[理论指导]
对实验设计的合理性进行评价，是综合反映学生实验设计能力的重要措施。

纵观生物实验题目，此种题型占有相当比例，考查频率较高，下面将探讨评价(或改进)类实验试题的解答技巧，以便考生面对此类试题时能得心应手。

(一)实验材料用具的评价角度和改进技巧
1．材料用具是否恰当，明确实验原理，分析所给的材料用具应具备的条件(浓度、规格等)。

如观察洋葱表皮细胞的质壁分离与复原实验时不能用0.5 g/mL的蔗糖溶液和紫色洋葱鳞片叶的内表皮。

2．是否遗漏重要的实验用具，分析处理操作对象、观察现象时所用到的重要用具，仔细检查在所给用具中是否存在。

如观察叶绿体的形态和分布，不能缺少显微镜。

3．药剂选择使用和用量是否准确，根据所学实验要求，合理选择、使用，做到用量准确。

4．材料用具是否充分利用，思考所给材料用具分别起什么作用，怎样运用。

(二)实验步骤的评价角度和改进技巧
1．步骤是否完整、是否设置对照实验，若没有，应依据实验目的、原理，确定设置的对照类型，进行补充。

2．步骤是否合理，操作步骤是否颠倒，应依据已有的生物学知识进行调换。

如使用双缩脲试剂鉴定蛋白质时，A液(NaOH溶液)和B液(CuSO4溶液)滴加顺序不能颠倒。

3．操作是否违反生物学原理，应根据已有的生物学原理，判断操作是否违反，若违反应进行纠正。

如在探究温度、pH对酶活性影响的实验中，不能用斐林试剂检测。

4．是否遵循单因子变量原则、等量原则和排除无关变量的干扰，应保证实验组和对照组除自变量外，其他条件完全一致。

如要探究温度、pH对酶活性影响的实验中，保证实验组和对照组除温度外，其他条件(如pH、加入底物的量等)完全一致。

5．实验条件是否正确，分析实验是否需要搅拌、加热，实验所需的温度、光照等条件是否合理。

(三)实验结果的评价角度和改进技巧
1．实验结果的种类是否符合实验的类型，验证性实验只有一种结果，探究性实验的结果要分类讨论。

2．与题目要求写出的结果不相符，题目要求写出可能的结果，只写出自己认为正确的结果。

3．实验结果出现科学性错误，应根据实验原理和过程，联系教材相关知识，推导出正确的实验结果。

如双缩脲试剂鉴定蛋白质时结果写成蓝色。

4．因果关系倒置，要学会表达，表达的模式是根据实验结果(现象)，推导出实验结论。

[解题模板]
1、萘乙酸(NAA)是生产中常用的植物生长素类似物，在一定浓度范围内(50～500 ppm)能促进植物生根，且效果比IAA好，但NAA对不同植物促进生根的最适浓度有较大差异。

某校生物兴趣小组的同学想通过实验探究“NAA促进植物插条生根的最适浓度”，请帮助他们完成实验步骤并分析实验结果。

实验材料：1000 ppm的NAA原液加清水稀释到浓度分别为100 ppm、200 ppm和300 ppm的NAA 溶液，茉莉花、栀子花、金钱松枝条，其他必要材料。

(1)实验步骤：
①取250 mL烧杯________个，编号。

然后_________________________________________。

②选长势相当的两年生植物枝条若干(长15 cm左右，留顶部2～3片叶，基部剪除)，________，每组10枝，分别将基部浸入各烧杯溶液中，时间为1 h。

③将各组枝条分别插入沙土中，在适宜条件下培养。

④一个月后，观察各组________，计算成活率。

(2)实验结果：3组同学分别用不同植物进行实验，结果如下。

NAA浓度生根数实验材料100 200 300 0(对照)
茉莉花7 7 5 2
栀子花10 10 10 10
金钱松0 0 0 0
(3)结果分析：NAA浸泡对茉莉花插条生根的促进效果较好，而另两组未达到实验的预期效果。

请分析可能的原因：栀子花：______________。

金钱松：_____________。

(4)另一名同学用带芽的柳树枝条做了类似的实验，实验组的实验结果如图所示，但另一个同学研究了他的实验过程后，认为他的实验在自变量的控制中有关步骤不够准确，之所以做出这种分析，你认为可能的原因是__________、__________________________(至少写两个)。

[对应练习]如图为人体内血糖调节的过程示意图，a、b表示参与血糖调节的两种激素。

请据图回答下列问题。

(1)当血糖变化时，通过②途径使b分泌量增加，b激素降低血糖的主要途径是通过⑥⑦⑧过程促进肝细胞、肌肉细胞和脂肪细胞等____________________________________。

人体血糖能维持相对稳定与激素a、b之间具有________有关。

(2)利用细胞体外培养方法验证a能通过③途径促进b分泌，实验方案：第一步用高糖的动物细胞培养液培养胰岛A细胞，一段时间后过滤得到细胞和滤液；第二步取第一步得到的适量滤液作为培养液培养胰岛B细胞，一段时间后，测定培养液中b的含量。

请指出该实验方案的错误。

第一步：_____________________________________。

第二步：______________________________________。

(3)Ⅰ型糖尿病即胰岛素依赖型糖尿病的致病原因是胰岛B细胞中的谷氨酸脱羧酶的氨基酸序列与柯萨奇B病毒的________________________类似，柯萨奇B病毒感染可诱发机体产生异常免疫应答，导致胰岛B细胞损伤，患者体内可检出抗________________________的抗体。

1
白质”不可以。

)(2)心得安和肾上腺素对小鼠耗氧量(或呼吸速率、呼吸作用、心脏活动、心率)的影响(3)等量生理盐水大烧杯内液面上升高度抑制(或拮抗)校正(或消除)因非生物因素(或物理因素)引起的气体体积变化(或“消除非生物因素或物理因素对实验结果的影响”或“消除环境因素或外界因素对实验结果的影响”。

)
[对应练习]1．【解析】(1)脂肪的检测时一般用苏丹Ⅲ(或苏丹Ⅳ)染液，显微镜下观察小鼠皮下脂肪细胞是否呈现橘黄色或红色。

(2)分组时应遵循等量原则即将这100只雌雄鼠随机均分为5组，每组雌雄小鼠各20只。

由题干信息“某中药制剂、四环素(一种抗生素)对肝脏脂肪含量影响”结合表
中数据知自变量为中药试剂的饲喂量的多少及是否注射四环素。

(3)乙组注射了0.025 mmol四环素，脂肪含量为6.51 mmol·L－1，甲组未注射，含量为0.49 mmol·L－1，对照说明四环素导致肝脏脂肪含
量增加；对照乙、丙、丁、戊组，可知随中药试剂的量的增加，小鼠皮下脂肪的含量降低了，综合表中数据说明中药制剂能降低(四环素引起的)肝脏脂肪的累积量(增加量)[中药制剂能抑制(四环素引起的)肝脏脂肪累积(含量增加)](4)Ⅰ.为了研究没有注射四环素情况下，中药制剂是否使小鼠肝脏脂肪含量降低，这3组小鼠应每天分别饲喂0.05 g、0.10 g、0.15 g的中药制剂。

Ⅱ.①此实验的前提条件是没有注射四环素，因此应将3组与甲组进行对照。

②步骤二中需要“保持其他条件适宜且相同”，是为了控制单一变量，避免无关变量的干扰等。

【答案】(1)苏丹Ⅲ(或苏丹Ⅳ)染液(2)将这些小鼠分
成5组，每组雌雄小鼠各20只是否注射(0.25 mmol)四环素、(是否喂)不同浓度的中药制剂(3)(腹腔注射)四环素导致肝脏脂肪累积(含量增加)中药制剂能降低(四环素引起的)肝脏脂肪的累积量(增加量)[中药制剂能抑制(四环素引起的)肝脏脂肪累积(含量增加)](4)Ⅰ.②0.05 g、0.10 g、0.15 g的中药制剂Ⅱ.①甲②保持单一变量(使各组之间有对照)，避免无关变量不适宜导致实验结果不准确
1、【研析】本题以探究NAA促进植物插条生根的最适浓度为载体，考查学生对实验步骤设计能力、
【答案】(1)①4个1～3号分别加入100～300 ppm的NAA溶液各50 mL,4号加入等量清水②随机均分为4组④插条生根情况，统计成活枝条数量(3)自身产生的IAA很多(或生根对IAA的要求很低)，在不添加外源NAA的条件下，插条存活率很高促进生根所要求的NAA浓度很高，300 ppm远未达到其促进浓度(4)芽可以产生生长素，插条上芽的数目及饱满程度影响了实验结果不同浓度的NAA处理插条时间的长短影响了实验结果(或浸泡处理时没有在遮荫和空气湿度较高的地方进行)(答案合理即可)
[对应练习]【解析】(1)肝细胞、肌肉细胞和脂肪细胞通过摄取葡萄糖并合成糖原、促进葡萄糖氧化分解与转化成其他非糖物质来降低血糖，胰岛素和胰高血糖素表现为拮抗作用。

(2)胰岛素、胰高血糖素的分泌与血糖浓度有直接关系，低糖可以促进胰高血糖素的分泌，故应用低糖培养液培养胰岛A细胞；用含滤液的培养液培养胰岛B细胞时，胰岛B细胞的分泌作用可能会受到培养液中其他成分的干扰，故要排除无关变量的干扰，应设置一个只用培养液培养胰岛B细胞的对照组。

(3)细胞中的谷氨酸脱羧酶的氨基酸序列与柯萨奇B病毒的某抗原蛋白氨基酸序列有相似之处，被柯萨奇B病毒感染的患者体内会有抗柯萨奇B病毒或谷氨酸脱羧酶的抗体。

【答案】(1)摄取、贮存和利用葡萄糖拮抗作用(2)应用低糖培养液培养胰岛A细胞缺少对照组(3)(某)抗原蛋白氨基酸序列谷氨酸脱羧酶或柯萨奇B病毒。