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摘　要　所謂實驗設(shè)計，就是要求學(xué)生分析實驗原理，選擇實驗器材，安排實驗步驟，設(shè)計實驗數(shù)據(jù)的處理方法及分析實驗現(xiàn)象。它包括設(shè)計實驗方案、設(shè)計實驗步驟、設(shè)計實驗改進方法等。實驗設(shè)計，主要考查學(xué)生是否理解實驗原理，是否具有靈活運用實驗知識的能力，是否具有在不同情境下遷移知識的能力。

關(guān)鍵詞　實驗設(shè)計題　解題方法　探究性實驗　驗證性實驗 

實驗設(shè)計題注重對學(xué)生生物實驗?zāi)芰Φ目疾椋�包括實驗思想、實驗方法、實驗原理、實驗基本技能和實驗分析表述等。實驗�?a href='http://m.bianbian123.com/shiti/' target='_blank'>試題特別是新實驗設(shè)計題具有良好的區(qū)分度，能夠全面考查學(xué)生對相關(guān)知識的理解、遷移和綜合運用能力以及語言組織能力，更能充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新意識與體現(xiàn)學(xué)生的能力水平。因此可以預(yù)料，設(shè)計性實驗題將成為今后高考實驗命題的主要題型。下面介紹實驗設(shè)計試題的一般解題方法與策略。

1　了解題目要求

解題先要認真審題，找到關(guān)鍵詞，才能明確題意并少走彎路。首先要明確這是探究性實驗還是驗證性實驗，其次要明確該實驗的實驗?zāi)康模�即要探究或驗證的“生物事實”是什么？或者是此“生物事實”的哪一方面？

2　分析實驗原理

明確實驗?zāi)康暮螅�要分析該實驗依�?jù)的科學(xué)原理是什么？涉及了生物學(xué)及一些相關(guān)學(xué)科的哪些方法和原理？實驗基本原理是設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)，要研究實驗，只有明確實驗的原理，才能真正掌握實驗的關(guān)鍵、操作的要點，進而進行實驗的設(shè)計、改造和創(chuàng)新。實驗原理一方面可來源于題干，另一方面也可來源于課本中的相關(guān)知識，即可通過解讀題干或聯(lián)想課本相關(guān)知識來獲取實驗原理。如“探究酶活性與溫度的關(guān)系”實驗的實驗原理為：淀粉遇碘變藍，淀粉酶可催化淀粉水解為麥芽糖，麥芽糖遇碘不變藍。

3　明確實驗變量

變量是指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件，據(jù)其在實驗中的作用，可分為實驗變量與反應(yīng)變量、無關(guān)變量與額外變量兩類。

3．1　實驗變量與反應(yīng)變量

實驗變量，也稱為自變量，指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。反應(yīng)變量，也稱因變量，指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。通常，實驗變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如，在“探究溫度對酶活性的實驗”中，所給定的低溫、適溫、高溫就是實驗變量，而由于低溫、適溫、高溫條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是反應(yīng)變量，該實驗即在于獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應(yīng)變量）的因果關(guān)系。

3．2　無關(guān)變量與額外變量

無關(guān)變量，也稱控制變量，指實驗中除實驗變量以外的影響實驗結(jié)果的因素或條件。額外變量，也稱干擾變量，指實驗中由于無關(guān)變量而引起的變化和結(jié)果。顯然，額外變量會對反應(yīng)變量有干擾作用。例如，上述實驗中實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、可溶性淀粉的純度、試劑溶液的劑量、實驗操作程度、溫度處理的時間長短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對低溫、適溫、高溫三組實驗是等同、均衡、穩(wěn)定的。如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條件，對三個實驗組的給定不等同，不均衡，不穩(wěn)定，則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。實驗的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量，或減少額外變量，以減少誤差。

4　分析實驗材料用具，明確實驗條件

4．1　生物實驗題中已提供實驗材料和用具

根據(jù)實驗所提出的問題和要求，認真分析題中所提供的器材在實驗中有什么作用？應(yīng)該怎么用？在該實驗中是否必須用到？都應(yīng)作好充分的考慮。

通常題中給出的實驗材料和試劑一般應(yīng)充分利用，另外除非題目允許，否則自己不能隨意增加試劑和材料。如果題中明確地說明了從題中所提供的器材中選取所需的進行實驗，就要準確地判斷和選取實驗所需的用具和材料，防止少用或多用。其實這也相當(dāng)于隱含條件，只要你分析判斷準確，在實驗設(shè)計時就不會有所遺漏。

4．2　自行確定實驗材料和用具

這類題型看似靈活，實則更能把握。實驗器材使用要科學(xué)、恰當(dāng)，并且效果要好，這就需要根據(jù)實驗步驟與要求等，聯(lián)系相關(guān)的生物學(xué)原理，遷移運用教材相關(guān)實驗中的實驗用具，選擇好器材才能準確地設(shè)計好實驗。

5　設(shè)計實驗步驟

了解生物實驗的一般步驟，是快速作答的捷徑。盡管不同的生物實驗，根據(jù)其實驗內(nèi)容和實驗進程可分為簡繁不一的若干步驟，但大多數(shù)常規(guī)實驗可按照下列步驟進行設(shè)計：

第一步：實驗分組

也稱為實驗組裝，即選取題干提供的實驗材料用具，對實驗對象進行平均分組（分為實驗組與對照組）并編號，注意相應(yīng)的無關(guān)變量（如實驗對象的大小或體重、個體數(shù)量、長勢或健康狀況等）要保持一致。一般可采用以下表述形式：選擇長勢相同、大小相似的同種植物隨機等量（平均）分組，分別編號為甲、乙、丙；或選擇年齡、體重（性別）、健康狀況相同的某種動物隨機等量（平均）分組，分別編號為1、2、3。

第二步：設(shè)置對照

對實驗組與對照組進行不同處理，即實驗條件（實驗變量）要不同。要注意盡量實驗?zāi)荏w現(xiàn)“單一變量”的詞語，如我們常在實驗過程中強調(diào)“選取生長狀況相同的幼苗”、“數(shù)量大小相同的種子”、“置于相同并適宜條件下培養(yǎng)”、“加入等量的清水”等均是為了控制無關(guān)變量對實驗結(jié)果的干擾。

第三步：相同處理

將實驗組與對照組置于相同的適宜環(huán)境條件下處理一段時間，即讓無關(guān)變量保持一致，以免產(chǎn)生額外變量。這一步也可分散穿插在其他各個步驟中。

第四步：觀察記錄

觀察描述實驗現(xiàn)象與結(jié)果，或收集記錄實驗數(shù)據(jù)。因變量可能有多種具體的指標(biāo)，因此觀察和記錄因變量時應(yīng)選擇其中合適的一種，要求能較好反映與實驗變量之間的關(guān)系，并易于觀察和測定。常用的關(guān)鍵詞有“……一段時間后（或定時）觀察（或測定）……，做好記錄（并計算出平均值”等。

這是實驗步驟的一般設(shè)計模式，由于實驗設(shè)計是一種開放性試題，可能存在多種實驗步驟和方法，這要看題目的具體要求而定，如有的實驗中第一步和第二步可進行調(diào)換，也有的實驗中沒有第一步中的相關(guān)處理，分組與編號也與第二步合并在一起。無論如何，實驗設(shè)計時一定要遵循實驗設(shè)計的基本原則，最好要分析每一個環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性，或幾個相關(guān)實驗的延續(xù)性，安排實驗的最佳程序，防止實驗步驟不嚴密、不科學(xué)。

6　預(yù)測實驗結(jié)果與結(jié)論

實驗結(jié)果是由實驗變量而引起的變化，實驗結(jié)論是根據(jù)實驗結(jié)果作出的一種推論。根據(jù)實驗原理及記錄下來的實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)，進行分析整理，預(yù)測實驗結(jié)果與結(jié)論。科學(xué)的結(jié)果與結(jié)論和實驗現(xiàn)象之間要符合科學(xué)邏輯，符合生物學(xué)原理。預(yù)測實驗結(jié)果與結(jié)論又可分為兩種情況來分析：

一是探究性實驗。探究性實驗是指在假設(shè)的指引下，獲取支持假說或推翻假說的信息的一類實驗。這類實驗的實驗前并不知道實驗結(jié)果，實驗過程在于努力探索實驗結(jié)論，重在實驗過程的探究，實驗?zāi)康脑谟谂囵B(yǎng)實驗人員的獨立探索、觀察能力和科學(xué)思維方法，提高科學(xué)素養(yǎng)，因而探究性實驗的實驗結(jié)果與結(jié)論是未知的，實驗前需對實驗結(jié)果進行預(yù)測，并分析出現(xiàn)該結(jié)果的原因，預(yù)測實驗結(jié)果不唯一，大多有三種可能：變量促進結(jié)果，變量抑制結(jié)果，變量與結(jié)果無關(guān)。預(yù)期實驗結(jié)果時的表述方式為“若……（注：接預(yù)期的實驗現(xiàn)象），則說明……（注：接預(yù)期的實驗結(jié)論）”。

二是驗證性實驗。驗證性實驗是在一個設(shè)計完整的實驗框架下來驗證、檢測實驗結(jié)果能否達到實驗原理所描述的結(jié)論的一類實驗。這類實驗的實驗前已經(jīng)知道了實驗結(jié)果，實驗過程在于努力獲取預(yù)期的實驗結(jié)論，重在實驗結(jié)果的獲得，實驗?zāi)康脑谟谑箤嶒炄藛T能了解該實驗的操作方法、步驟，以達到熟悉生物所固有的實驗現(xiàn)象特征。因而驗證性實驗的實驗結(jié)果是唯一的，即實驗原理所描述的結(jié)果，預(yù)期實驗結(jié)果時的表述方式為“A組……（注：接實驗現(xiàn)象）”、“B組（注：接實驗現(xiàn)象）”。

7　注意事項

進行實驗設(shè)計過程中應(yīng)注意實驗選材的合理性，如：所選材料應(yīng)有利于實驗現(xiàn)象的觀察：如可溶性還原糖的鑒定中應(yīng)選擇“白色或近白色”的材料；所選材料應(yīng)容易獲得，盡可能選擇無明顯季節(jié)性、地域性的材料；所選材料應(yīng)價格便宜。注意操作細節(jié)的合理性，如溶液或培養(yǎng)基滅菌后是否要冷卻后使用？酶促反應(yīng)的試管如何加熱？是直接加熱，還是水浴加溫？用酒精溶解葉中葉綠素時，酒精直接或隔水加熱？不同的情況下要合理地選用不同的水，如清水、池水、涼開水、蒸餾水、生理鹽水。實驗中若要使用有毒物質(zhì)，應(yīng)怎么使用？使甲狀腺激素、胰島素、生長激素進入動物體內(nèi)的方法應(yīng)如何操作？是飼喂，還是注射？同時還要注意操作順序的合理性和實驗方案的可操作性等。這些在實驗設(shè)計前都應(yīng)充分地考慮，才能準確、完整地設(shè)計好實驗。

以上只是解答一般綜合實驗設(shè)計題的思考方法。在解題過程中，應(yīng)根據(jù)題目的具體要求，做出最合理的答案。

8　例題賞析

8．1　探究性實驗

某實驗小組要對“低溫是否會影響物質(zhì)的跨膜運輸”進行實驗探究，設(shè)計了如下實驗。

實驗步驟：?

第一步：組裝滲透裝置兩套，分別編號為1、2。

第二步：在兩組燒杯中分別加入等量的水，在長頸漏斗中分別加入等量的同一濃度的蔗糖溶液，保持管內(nèi)外液面高度相等。

第三步：對兩組裝置進行不同處理：1組用水浴鍋加熱至37℃，2組的燒杯外加冰塊降溫。

第四步：兩組裝置同時開始實驗，幾分鐘后觀察記錄漏斗的液面刻度變化。

請分析回答下列問題：?

（1）本實驗是通過測定水分子通過膜的擴散即              作用速率來進行探究的。

（2）此實驗的自變量是        ；為了直觀地表示相對速率，用         作為因變量。

（3）該實驗可能的結(jié)果與結(jié)論是：?

①若1組漏斗液面比2組高，則說明                                       。

②                                                                      。

③                                                                      。

（4）如果上述實驗結(jié)果證明了“低溫能影響物質(zhì)跨膜運輸?shù)乃俾省保�那么對于生物活細胞來講，產(chǎn)生這種情況的原因是：?

①                                                                      。

②                                                                      。

答案：（1）滲透 

（2）滲透系統(tǒng)所處的不同溫度環(huán)境　　漏斗液面高度的變化?

（3）①低溫會影響物質(zhì)的跨膜運輸且運輸速率減慢；②若2組漏斗的液面比1組高，則說明低溫會影響物質(zhì)的跨膜運輸且運輸速率加快；③若1、2組漏斗的液面高度相同，則說明溫度高低并不影響物質(zhì)的跨膜運輸?

（4）①低溫會影響細胞膜的流動性，從而影響其功能；②低溫會影響酶的活性，從而影響細胞呼吸釋放能量的過程。

解析：本實驗屬于探究性實驗，關(guān)鍵是對實驗結(jié)果的預(yù)測。該實驗是通過處于不同溫度條件的滲透系統(tǒng)中漏斗液面高度的變化，探究溫度對物質(zhì)跨膜運輸?shù)挠绊懀�因此實驗的自變量�?yīng)該是滲透系統(tǒng)所處的不同溫度環(huán)境，因變量是漏斗內(nèi)液面高度的變化。由于實驗?zāi)康氖翘骄俊暗蜏厥欠駮�影響物質(zhì)的跨膜運輸”，所以，有可能影響，也可能不影響。如影響，則又分低溫能促進滲透和抑制滲透兩種情況；如沒有影響，則兩組的液柱高度一致。分析低溫影響活細胞跨膜運輸?shù)脑�因時，應(yīng)從跨膜運輸?shù)姆绞饺胧郑�跨膜運輸與膜的流動性有關(guān)，另外主動運輸和胞吞、胞吐還需要消耗細胞呼吸釋放的能量，從而找到解答該題的突破口。

8．2　驗證性實驗

為驗證適宜濃度的生長素通過促進細胞分泌H＋，進而促進細胞伸長，有人設(shè)計了如下實驗。請在實驗方案中的空格中補上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容并回答問題。

（一）實驗方案：

（1）實驗材料與藥品：10－5mol／L生長素溶液、pH分別為5．0、9．0的緩沖液、黑暗中萌發(fā)的小麥種子若干、鑷子、刀片、刻度尺、培養(yǎng)皿等。

（2）實驗步驟：

①材料處理：選擇在黑暗中萌發(fā)的           的小麥種子若干，用鑷子取其胚芽鞘并切掉尖端，平均分成三組。

②將平均分組的胚芽鞘放入編號為1、2、3的培養(yǎng)皿中，加等量的不同試劑，置于相同且適宜的溫度下培養(yǎng)。

 　　③一定時間后                       ，并進行若干次重復(fù)實驗，記錄結(jié)果。

（3）實驗結(jié)果：

組別

處理方法

結(jié)果

1

10只胚芽鞘＋10-5mol／L生長素溶液

2

胚芽鞘生長不明顯

3

10只胚芽鞘＋pH為5．0的緩沖液

胚芽鞘生長明顯

（二）問題：

（1）步驟①中切除胚芽鞘尖端的目的是                                   。

（2）步驟③中重復(fù)實驗的目的是                 ，其他步驟中還有哪些措施也是為了達到這一目的？                                              。

答案：（一）（2）①生長狀況一致      ③測量并統(tǒng)計各組胚芽鞘的平均長度

              （3）

組別

處理方法

結(jié)果

1

胚芽鞘生長明顯

2

10只胚芽鞘＋10-5mol／L生長素溶液＋pH為9．0的緩沖液

3

（二）（1）排除胚芽鞘尖端產(chǎn)生的生長素對實驗的干擾

（2）減小實驗誤差（一次實驗的偶然性太大）     選擇生長一致的幼苗、平均分組、置于相同且適宜的溫度下培養(yǎng)、測量并統(tǒng)計各組胚芽鞘的平均長度。

解析：本實驗屬于驗證性實驗，目的是驗證適宜濃度的生長素通過促進細胞分泌H+，從而促進細胞伸長。所以實驗設(shè)置中要有一組用10-5mol／L生長素溶液處理胚芽鞘，即第1組，另外還要用pH分別為5．0、9．0的緩沖液處理胚芽鞘，即第3組和第2組。如果第1組與含有H+的第3組實驗結(jié)果一致，即胚芽鞘生長明顯，則有可能是H+發(fā)揮了促進作用，但是不能肯定是H+發(fā)揮的促進作用。若通過第2組實驗證明在堿性（無H+）條件下胚芽鞘生長不明顯這個事實，則可說明是H+發(fā)揮了促進胚芽鞘生長的作用，從而得出第1組生長素促進生長的原因與第3組一致：含H+。