例析高中生物实验设计思路的写法

张伶俐

（阜阳市第三中学，362686593@qq.com）

  摘  要：在历年高考中，生物实验部分学生得分率比较低，尤其是实验设计思路书写部分。本文尝试以部分典型高考试题为例，分析学生答题方面存在的问题，结出几种生物实验设计思路的基本书写方法和技巧，以期能让学生掌握这种题型的做题的方法。

  关键词：实验设计 思路 方法 高考

引  言

生物学是一门以实验为基础的自然科学，在高考对学生的考查中这一点也得到了充分的体现。纵观历年的高考，我们发现必然有对学生实验能力考查的各种题目。高考考纲里也明确说明高中生应该具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。在对学生实验能力考查的各种题目里，以书写实验设计思路对学生实验能力的考查最为全面。包括学生对实验所依据的原理掌握，实验中变量的控制和检测方法，准确的生物学专业术语的描述等方面，难度也最大。学生会从心理上产生畏惧，不敢下手。本文尝试以部分典型高考试题为例，总结生物实验设计思路的基本书写方法和技巧，让学生在考试中做到有章可循，不至于思维混乱，无从下手。

一、对比类实验

1、（2017年全国Ⅰ卷，29题）根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出（1）实验思路，（2）预期实验结果及结论即可。（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）

题目分析：本题以判断某种病毒的遗传物质类型为载体，考查了学生实验设计，实验结论的推导，将课本基础知识（主要是放射性同位素标记法，DNA和RNA的区别，标记病毒的方法，噬菌体对大肠杆菌的侵染实验）迁移到这个实验中的能力，通过实验的设计，达到考查学生综合应用知识解决问题的能力。

    实验的关键是要弄清楚实验原理，也就是为什么这样设计实验?这道题中的主要原理是为什么要用放射性同位素分别标记胸腺嘧啶和尿嘧啶？因为子代病毒遗传物质的合成需要这些作为原料，通过检查子代病毒放射性的有无就可确定原料是否进入病毒体内。题目里有一些关键信息对解题至关重要。第一，假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，这句话是为了使题目更严谨,表达了一个意思，标记过的某种碱基(比如：A)不会在实验过程中转变为其他碱基（比如：G）。事实上这句话也可以看做就是解题的关键提示，提示我们分别标记DNA和RNA特有的碱基。第二，题目括号里的要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组，换句话说，就是让我们设计一个对比实验，两组实验的结果相互对比，从而确定病毒的遗传物质类型。甲组用放射性同位素标记胸腺嘧啶，若子代病毒有放射性，遗传物质就是DNA，反之，DNA就不是；乙组用放射性同位素标记尿嘧啶，若子代病毒有放射性，遗传物质就是RNA，反之，就不是。两组结果相互印证，就可以确定待测病毒的遗传物质了。

答案：（1）思路

甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒，培养一段时间后收集并检测其放射性。

乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒，培养一段时间后收集并检测其放射性。

结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒，反之为DNA病毒。

学生存在问题：（1）读不懂题，题目里描述的碱基之间不能相互转换，学生的理解五花八门，比如有同学就认为意思是不能复制和转录，这就少了一个可利用的重要信息，增加了答题的难度。（2）有部分同学设计的实验是甲组添加的是不用同位素标记的胸腺嘧啶，乙组是用同位素标记的胸腺嘧啶。若乙组子代病毒有放射性，DNA就为遗传物质，反之则是RNA。看似挺严谨的空白对照实验，可是题目要求的是能相互印证的两组实验，这个实验设计只能说明DNA是不是遗传物质，不能说明RNA是不是，所以不合要求。

  答题技巧：对比类的实验设计思路的写法：（1）每一组都是一个独立实验，都要写清楚怎样用自变量处理实验材料的，自变量在各组中都不一样；（2）因变量的检测方法要写清楚；（3）无关变量的控制也要描述清楚，比如说等量的、等浓度的溶液，相同且适宜的条件等等；（4）写出实验预期及相应的结论。

二、对照类实验

2、（2011全国卷，31题） 某同学从温度为55～65"C的泉水中筛选出能合成脂肪酶的细菌，并从该细菌中提取了脂肪酶。回答问题：  根据该细菌的生活环境，简要写出测定该酶催化作用最适温度的实验思路。

题目分析：本题是相互对照的实验设计题，人教版必修一课本上有就有探究温度对酶活性影响的实验，可以说这道题主要考查了学生知识迁移应用的能力。语言组织时注意设置温度梯度的描述，同时还应包括了对实验现象的预期，以及结论。

答案：在一定温度范围内（包括55～65℃）内设置温度（确定并控制自变量）， 分别测量酶活性（因变量的观察和检测），若所测数据出现了峰值 ，则峰值所对应的温度即为该酶催化作用的最适温度（获得结论）。否则，扩大温度范围。继续实验，直到出现峰值。（其他答案合理也给分。）

学生存在问题：温度梯度、浓度梯度这一类专有名词不会表述；设置温度梯度只在55～65℃之间。

答题技巧：确定好实验的自变量，是各组实验的唯一人为控制的变量，找到合理的检测因变量的方法和检测指标。同时，控制好实验的无关变量，比如相同的溶液浓度，体积，相同且适宜的实验条件等等。

三、验证类实验

3、（2007海南）Ⅰ．已知在促进生长的浓度范围内，浓度相同时，生长素类似物萘乙酸（NAA）产生的促进生长的作用大于吲哚乙酸（IAA）。为了验证NAA和IAA的这种差异，可分别用胚芽鞘和扦插枝条为材料进行实验。请简单写出实验设计思路并预测结果。

题目分析：这是一个验证类实验，答题时要注意和探究类实验的区别。在自变量和无关变量的控制以及因变量的检测方面都一样，但是注意实验结果的描述一定只有一种现象对应一种结论。

答案：（1）以胚芽鞘为材料的实验设计思路及预测结果。

用等量相同浓度（控制无关变量）的IAA和NAA分别处理各组去尖端的胚芽鞘一侧（或答顶端）（控制自变量），观察其弯曲生长角度（或答直立生长长度）的差异（因变量的观测）。

预测结果为：NAA处理胚芽鞘的弯曲角度（或答直立生长的长度）大于IAA的处理。

（2）以扦插枝条为材料的实验设计思路及预测结果

用相同浓度（控制无关变量）的IAA和NAA分别处理各组扦插枝条的下端（控制自变量），观察其生根的差异（因变量的观测）。

预测结果为：NAA处理的扦插枝条生根数量多于IAA的处理。

学生存在问题：实验预期和对应的实验结论会写出多种。

答题技巧：提醒看清实验目的，是验证还是探究，验证类实验只会出现一种正确的现象和对应的结论，要根据所学知识将正确的现象分析出来。

四、遗传类实验

4.（2013年全国课标1卷，31题）一对相对性状可受多对等位基因控制，如某植物花的紫色（显性）和白色（隐性）。这对相对性状就受多对等位基因控制。科学家已从该种植物的一个紫花品系中选育出了5个基因型不同的白花品系，且这5个白花品系与该紫花品系都只有一对等位基因存在差异。某同学在大量种植该紫花品系时，偶然发现了1株白花植株，将其自交，后代均表现为白花。回答下列问题：

（2）假设该白花植株与紫花品系也只有一对等位基因存在差异，若要通过杂交实验来确定该白花植株是一个新等位基因突变造成的，还是属于上述5个白花品系中的一个，则：该实验的思路。

题目分析：这是一道遗传的实验设计题，这道题目通过分析，只需要让不同个体之间杂交就可以了。如果是新等位基因突变，各组杂交的后代都为紫色，如果还是原来的5个白花品系中的一种，其中一个杂交后代均为白色。

答案： 用该白花植株的后代分别与5个白花品系杂交，观察子代花色 。

学生存在问题：题干较长时不能准确快速获得有效信息，尤其本题涉及到5对等位基因，看似比较复杂，学生平时训练的最多3对等位基因，会不知从何下手，但如果能静心分析的话，这道题事实上只涉及到一对等位基因，但是杂交组合较多。

答题技巧：遗传实验设计的问题本质上都是对基因的分离和自由组合定律实质的理解，通过实验设计验证基因的分离或自由组合。实验设计思路大致如下：（1）选取正确的亲代之间杂交；（2）子一代之间杂交、测交或自交；（3）观察统计子二代的表现型及比例。

    总之，实验设计题是高考考查生物学素养的重要手段，也是考查用所学知识解答实际问题能力的重要途径。实验设计思路的书写是重中之重，实验设计思路指的就是实施实验过程中的实验处理方式，实验方法以及因变量获得方式的设计思想。通过以上四种典型的生物实验设计思路题目分析，学生要做到以下几点：1、明确实验类型，是探究类、验证类还是遗传类，探究类的还得分清是对比实验还是对照实验，采取以上总结的答题技巧。2、学会从复杂的问题情境中获取有用的做题信息，尤其要注意括号里面的信息。3、要用准确的生物专业术语、严谨表达生物学观点。这样就能保证在考场中有章可循，从容答题，取得理想的成绩。