2025年高考復(fù)習(xí)高三生物實驗設(shè)計題的解題技巧
2024-11-03 20:11:38網(wǎng)絡(luò)整理
生物實驗設(shè)計，就是要求同學(xué)們能夠根據(jù)實驗原理，選擇實驗器材、安排實驗步驟、進行數(shù)據(jù)處理及分析實驗現(xiàn)象等。其主要考查學(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。
實驗設(shè)計題是高考熱點題型，所占分值也比較高。許多同學(xué)覺得解這類題目難以下手，有時只是心里明白，卻無法用準(zhǔn)確的語言文字表達出來。其實只要理清思路，找準(zhǔn)方法，就能化難為易，取得好成績。解答高考實驗設(shè)計題可遵循以下思路：
一、仔細審題，弄清實驗?zāi)康暮鸵?/p>
1.確定實驗?zāi)康模页鲆芯康膯栴}，這一點題目中都會給我們提示，諸如“研究、驗證、探究”等字眼后面往往是試題將要研究的問題，也就是實驗?zāi)康摹?/p>
2.對應(yīng)實驗?zāi)康模\用所學(xué)知識，找準(zhǔn)實驗原理。
3.要弄清實驗類型，即要設(shè)計的實驗是驗證性實驗還是探究性實驗。
4.依據(jù)實驗原理確定實驗變量以及影響實驗結(jié)果的無關(guān)變量。
5.確定實驗器材，對于生物實驗題中已提供的實驗材料和用具，主要分析“有什么用”“怎么用”，一般應(yīng)全部用上，不可遺漏，除非試題是讓你選擇使用或者自行確定實驗材料和用具。
二、精心設(shè)計實驗步驟，書寫實驗步驟的“三步曲”：
1.分組標(biāo)號：包括分組（實驗組、對照組，其中實驗組如果有濃度梯度，至少要分三組，如果有必要，每組還要設(shè)多個相同處理）、編號、非條件處理等。
常用語言：選擇長勢相同、大小相似的同種植物隨機等量分組，分別編號為A、B、C……取兩支試管，分別編號為甲、乙，各加入等量的某溶液；選擇年齡、體重(性別)、健康狀況相同的某種動物隨機等量分組，分別編號為1、2、3……
本步驟強調(diào)分組的等量原則(器材的規(guī)格、生物材料的長勢、分組的數(shù)量和隨機性等)，編號可以針對實驗器具，也可以針對實驗材料，有的非條件處理需在條件處理之后，則需寫在第二步。
2.設(shè)置實驗組（有單一變量）和對照組（無單一變量）。
常用語言：在A組中加入“適量的”……在B組中加入“等量的”……
本步驟強調(diào)對照原則、各對照組條件處理的等量原則，通過“適量”和“等量”表達出來。在具體的實驗設(shè)計中，可用具體的量，如“在A組中加入2 mL……在B組中加入2 mL……”
3.培養(yǎng)或觀察：放在適宜且相同的條件下培養(yǎng)，一段時間后觀察現(xiàn)象，記錄結(jié)果。
常用語言：將兩套裝置放在“相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)一段時間”(或相應(yīng)方法處理，如振蕩、加熱等)
本步驟強調(diào)各組外界處理的等量原則，兩套裝置必須放在相同且適宜的環(huán)境中，這樣的實驗結(jié)果才有可比性。培養(yǎng)的時間可根據(jù)具體的實驗確定，也可以用“一段時間”描述。
特別提醒： a.最佳的書寫步驟是1→2→3；b.用規(guī)范性語言準(zhǔn)確地描述。
三、通過對實驗結(jié)果（現(xiàn)象）的處理，綜合分析得出實驗結(jié)論
實驗結(jié)果即實驗過程中觀察到的實驗現(xiàn)象或收集到的數(shù)據(jù)，實驗結(jié)論則是通過對實驗結(jié)果的分析得出的定性表述，結(jié)論要依據(jù)實驗原理并與實驗?zāi)康南鄬?yīng)。實驗?zāi)康牡念愋筒灰粯樱Y(jié)果和結(jié)論的寫法就不一樣。驗證性實驗一般有一種結(jié)論，而探究性實驗可能有多種結(jié)論。
驗證性實驗：驗證性實驗的實驗?zāi)康氖?ldquo;預(yù)料之中”的，因此結(jié)果和結(jié)論只有一種情況。結(jié)果即由所學(xué)知識或?qū)嶒炘硗瞥龅默F(xiàn)象，結(jié)論即實驗?zāi)康摹Ｈ?ldquo;驗證CO2是光合作用的必需原料”的實驗，實驗結(jié)果為：對照組葉片遇碘變藍，實驗組葉片遇碘不變藍。結(jié)論為：CO2是光合作用的必需原料。
探究性實驗：探究性實驗是對未知的生物學(xué)現(xiàn)象進行探索，因此預(yù)期的結(jié)果及結(jié)論是所有可能出現(xiàn)的情況。其書寫格式一般為“如果……則……”。如“探究光對種子萌發(fā)的影響”實驗中，結(jié)果和結(jié)論會有以下幾種情況：若相同時間內(nèi)，在光下的一組比在黑暗中的萌發(fā)數(shù)多，則光對種子的萌發(fā)有促進作用；若在光下的一組比在黑暗中的萌發(fā)數(shù)少，則光對種子的萌發(fā)有抑制作用；若兩組的萌發(fā)數(shù)相同，則光對種子的萌發(fā)沒有影響。
四、回歸檢驗
1.檢查實驗原理、原則：檢查是否遵循實驗原理；檢查是否遵循實驗設(shè)計的原則，如有無對照實驗，看實驗是否遵循單一變量原則。
2.檢查實驗過程：有沒有科學(xué)性錯誤、是否違背實驗原理、語言文字表達是否應(yīng)用專業(yè)術(shù)語，一定要避免方言、俗語在答案中出現(xiàn)。
3.檢查實驗器材：是否“物盡其用”，一般情況下，題目所給的器材都有用，除特殊說明外不允許額外添加實驗器材，如有的同學(xué)一時疏忽把生理鹽水換成了蒸餾水，這樣就額外為實驗添加了材料，不符合實驗要求。
4.檢查實驗結(jié)果是否合理：一般情況下實驗結(jié)果要符合實驗原理，驗證性實驗一般只有一種結(jié)論，而探究性實驗可能有多種結(jié)論，都需要與實驗?zāi)康南鄬?yīng)。
五、題例領(lǐng)悟
【典例1 】 為了驗證甲狀腺激素的生理作用，試以大白鼠的耗氧量和活動量為觀察指標(biāo)，根據(jù)給出的實驗材料和用具，設(shè)計實驗步驟，預(yù)測實驗結(jié)果，并作出分析。
（1）材料和用具：日齡相同、體重相近的雄性成年大白鼠兩組，甲狀腺激素溶液，蒸餾水，灌胃器，耗氧量測定裝置，小動物活動測定儀等。
（實驗提示：給藥途徑為每日灌胃，給藥劑量和儀器操作不作要求，室溫恒定。)
（2）方法與步驟：_______________。
（3）結(jié)果預(yù)測與分析：_________________________________。
【解析】（1）確定是驗證性實驗還是探究性實驗：該實驗為驗證性實驗。
（2）確定實驗?zāi)康摹嶒炘怼⒂^察指標(biāo)：
實驗?zāi)康模候炞C甲狀腺激素的生理作用。
實驗原理：甲狀腺激素能加速物質(zhì)的氧化分解，使耗氧量增加；提高神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，使活動量增加。
觀察指標(biāo)：大白鼠的耗氧量和活動量。
（3）確定自變量、因變量、無關(guān)變量：
自變量：甲狀腺激素和蒸餾水。
因變量：大白鼠的耗氧量和活動量。
無關(guān)變量：鼠齡、溫度、藥劑量、灌胃次數(shù)等。
（4）設(shè)計實驗步驟：
分組標(biāo)號：包括分組、編號、非條件處理等。
①將日齡相同、體重相近的雄性成年大白鼠分為兩組并分別標(biāo)記為甲組和乙組，然后分別用耗氧量測定裝置、小動物活動測定儀測定與記錄大白鼠的耗氧量和活動量。
設(shè)置實驗組（有單一變量）和對照組（無單一變量）：
②每日用灌胃器給甲組大白鼠灌喂甲狀腺激素溶液，給乙組大白鼠灌胃等量的蒸餾水，飼養(yǎng)一段時間。
培養(yǎng)或觀察：
③定期測量與記錄甲、乙兩組大白鼠的耗氧量和活動量。
（5）結(jié)果預(yù)測與分析：
實驗?zāi)康闹杏?ldquo;驗證……”，因此本實驗是驗證性實驗，結(jié)果和結(jié)論只有一種情況。
實驗結(jié)果預(yù)測：未給甲狀腺激素時，甲、乙兩組大白鼠的耗氧量和活動量相近。 給甲組大白鼠甲狀腺激素后，其耗氧量和活動量均大于乙組。
結(jié)果分析：甲狀腺激素能促進新陳代謝，加速體內(nèi)物質(zhì)的氧化分解，提高神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，從而使耗氧量和活動量加大。
【答案】 見解析中的加粗部分
【典例2】 某校生物興趣小組為了“探索海洋動物和淡水動物血漿滲透壓的高低”，想要做一個探究實驗。他們現(xiàn)已得到了兩類動物的血液，并已離心分離出這兩類動物的血漿各50 mL，請你幫助設(shè)計實驗以完成研究任務(wù)。
（1）本實驗的目的是_______________________。
（2）設(shè)計依據(jù)的實驗原理：在半透膜兩側(cè)存在濃度差時，會發(fā)生__________________。
（3）應(yīng)準(zhǔn)備的儀器有___________________________。
（4）實驗的步驟：_______________________________。
（5）可能的結(jié)果及相應(yīng)結(jié)論：
①____________________________。
②___________________________________。
③_________________________________________。
【解析】（1）確定實驗?zāi)康摹ｎ}目中有“探索”字眼，由此可確定本實驗是探究性實驗，實驗的目的是探索海洋動物和淡水動物血漿滲透壓的高低。
（2）找準(zhǔn)實驗原理。由題干“在半透膜兩側(cè)存在濃度差時……”可以確定本實驗的原理是在半透膜兩側(cè)存在濃度差時，會發(fā)生滲透作用。
（3）確定實驗器材。本實驗是讓自行確定實驗材料和用具，組裝滲透裝置要用到燒杯、半透膜、細線等。
（4）設(shè)計實驗步驟。根據(jù)書寫實驗步驟的“三步曲”設(shè)計實驗步驟如下：
①先將淡水動物的血漿倒入燒杯中；②用半透膜封住長頸漏斗的口，用細線將半透膜扎緊；③將海洋動物的血漿倒入漏斗中，將漏斗浸入到燒杯中(即淡水動物的血漿中)，使漏斗管中的液面與燒杯中的液面平齊；④一段時間后觀察漏斗管中液面的變化。
（5）本實驗是探究性實驗，實驗結(jié)果和結(jié)論不是唯一的。本實驗可能的結(jié)果及相應(yīng)結(jié)論有三種：
①若液面上升，則說明海洋動物的血漿滲透壓高于淡水動物的。
②若液面不變，則說明海洋動物的血漿滲透壓與淡水動物的相等。
③若液面下降，則說明海洋動物的血漿滲透壓低于淡水動物的。
【答案】 見解析中的加粗部分。
【典例 3】 生物進化的實質(zhì)是種群基因頻率的改變，其中影響種群基因頻率的因素有很多，如自然選擇、基因突變、基因重組、遺傳漂變等。某中學(xué)生物研究小組為探究人工選擇對種群基因頻率是否有影響，選擇了純種長翅果蠅和殘翅果蠅進行實驗。已知果蠅的長翅（B）對殘翅（b）為顯性，基因位于常染色體上。實驗過程如下：
①選擇一只純種雄性長翅果蠅與一只雌性殘翅果蠅進行雜交，獲得子一代雌雄果蠅；
②讓子一代果蠅連續(xù)自由交配5次，同時在每一代中都除去殘翅果蠅；
③當(dāng)子六代所有長翅果蠅自由交配后，統(tǒng)計子七代中長翅果蠅和殘翅果蠅在種群中的百分比；
④根據(jù)殘翅果蠅的百分比計算出B、b基因在種群中的基因頻率，得出結(jié)論。
請分析回答：
（1）該實驗過程的設(shè)計是否科學(xué)？請說出你的理由。
（2）若讓你對此實驗過程進行改進，請設(shè)計出改進后的步驟。
①選擇一只純種雄性長翅果蠅與一只雌性殘翅果蠅進行雜交，獲得子一代雌雄果蠅；
②將F1分成甲、乙兩組，讓其分別______________________；
③當(dāng)F6分別自由交配后，分別統(tǒng)計_________________________________；
④根據(jù)甲、乙兩組中殘翅果蠅百分比，分別計算出___________________________。
（3）請預(yù)期這種人工選擇對種群基因頻率的影響。
【解析】 本題是比較典型的實驗評價題，先從以下5個方面考慮：
①看有無對照實驗，如果有，看對照實驗的設(shè)計是否合理：本實驗無對照實驗。此實驗應(yīng)該分為兩組，甲組無人工選擇，乙組有人工選擇。
②看實驗是否遵循單一變量原則：本實驗沒有對照實驗，所以沒有單一變量。
③看實驗步驟的順序是否合理，步驟是否完整：不合理、不完整。應(yīng)該對甲組不進行人工選擇，讓子一代果蠅連續(xù)自由交配6次，統(tǒng)計子七代中長翅果蠅和殘翅果蠅在種群中的百分比；根據(jù)殘翅果蠅的百分比計算出B、b基因在種群中的基因頻率，得出結(jié)論。
④看是否采取正確的方法進行實驗結(jié)果的檢測和記錄：正確。
⑤看對實驗結(jié)果的預(yù)測與分析是否合理：本實驗不合理，不能得出實驗結(jié)論。實驗結(jié)果應(yīng)該分別統(tǒng)計甲、乙兩組子七代中長翅果蠅和殘翅果蠅在種群中的百分比，根據(jù)甲、乙兩組中殘翅果蠅的百分比，分別計算出甲、乙兩組中B、b基因在種群中的基因頻率，比較得出結(jié)論。
【答案】 （1）不科學(xué)，沒有對照實驗。 （2）②連續(xù)自由交配5次，同時將乙組在每一代中都除去殘翅果蠅 ③甲、乙兩組子七代中長翅果蠅和殘翅果蠅在種群中的百分比 ④甲、乙兩組中B、b基因在種群中的基因頻率，比較得出結(jié)論 （3）這種人工選擇將導(dǎo)致B基因的頻率增大，b基因的頻率減小。
解答實驗設(shè)計題，首先，要認真審題，理清題目要求；其次，遵循實驗設(shè)計原則精心設(shè)計實驗步驟；再次，綜合分析實驗結(jié)果，得出結(jié)論；最后，回歸檢驗，以確定實驗的科學(xué)性和正確性。平時要注意總結(jié)實驗設(shè)計題的一般解答模式，當(dāng)再次遇到新情境實驗設(shè)計題時也能靈活變通，理清解題思路，最終取得好成績。
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