高考生物实验设计专题精讲精析

高考生物实验设计专题精讲精析

一、专题内容范围

1.必修及选修教材实验；实习；研究性课题。

2.实验设计基本理论及题型题例剖析。

二、考试大纲考查要求和命题角度

（一）考查要求

2009年《考试大纲》对实验提出了以下要求：

1.独立完成实验的能力：包括理解实验原理、实验目的及要求，了解材料、用具，掌握

实验方法步骤，会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题，会观察、分析和解

释实验中产生的现象、数据，并得出合理的实验结论。

2.能根据要求灵活运用所学的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并

处理相关的实验问题，对实验能力的考查提出了具体要求。

3.对实验考查要求主要有两方面变化:一是关于能力要求“分析综合能力”中增加了定

量描述自然科学的现象和规律，用简单的图表和数据描述生命活动的特征等方面；这一要求

体现在生物命题上可能是绘制坐标曲线图、设计图表归纳等方式，不可能是生物形态图，如

果是形态图，不可能进行定量描述；二是考试范围与去年不同，去年分五块体现的，今年则

是分必修、选修及实验、实习与研究性课题三块体现的，从这一变化我们可以看出，今后高

考将特别重视实验、实习与研究性课题的考查。

（二）命题角度

综观多年高考实验题目，命题角度主要有如下几个方面的特点：

1.以实验，尤其是经典实验、新技术的各项实验为背景，重点考查学生的基础知识、基

本理论及运用己有知识在新情境下解决有关问题的能力。如2002年全国理综试题中“验证

镁是植物生活的必要条件”的错误实验分析和正确的实验设计。

2.以教材所列实验内容为命题材料，考查学生对实验技术的掌握，对实验原理、实验程

序等内容的分析、归纳和总结，重点考查学生的具体实验水平、实验洞察与分析推导能力，

运用恰当的语言对实验结果作出科学描述和解释的能力。

3.以给出材料为基础，根据现有条件，设计实验程序、预测实验结果，并对实验结果进

行合理的分析和解释，以考查考生使用恰当的方法验证简单的生物学事实，并对结果进行解

释和分析的能力等。如2001年全国理综合测试中“设计实验证明生长素在植物体只能从形

态学上端向下端运输”，再如20Q3年理科综合能力测试（新课程卷）中“验证脊神经背根、

腹根的传导功能”；2008年四川卷''为确定人体在运动时呼出气体中的CO?浓度是否比静

止时高''；等，该类试题能较好地反映考生的综合素质（如自学能力、收集处理信息的能

力、语言表达能力、知识迁移能力与创新能力、实验研究的方法和能力、逻辑思维的条理性

与严密性等），已成为当前命题的热点。

4.今后的高考实验命题将有可能在以下两个方面有所突破：一是增加题目的开放性，主

要是实验题目、材料、方法和步骤等部分环节的开放，而不是完全开放。二是给出相关的实

验数据，让学生对实验结果进行处理，包括分析、描述、表达等，以体现《考试大纲》中“用

简单的图表和数据描述生命活动的特征”能力要求。

三、生物实验的理论和方法

生物学作为一门以实验为基础的自然科学，实验是获取生物学知识的重要手段，是科学

研究过程的重要环节，从孟德尔对遗传定律的研究中便不难发现实验的重要性，并且可从中

了解科学研究的基本过程。

（-）生物实验程序

生物科学实验的一般程序为：

观察并提出问题f提出假说f设计并完成实验f分析数据，得出结论。

1.观察，提出问题

在观察基础上提出有意义的值得探讨的问题。

2.提出假说

假说也称假设或猜测，指用来说明某种现象但未经证实的论题，乜就是对所提出的问题

所做出的参考答案。假说一般分为两个步骤：

第一步，提出假说，即依据发现的事实材料或已知科学原理，通过创造性的思维，提出

初步假定。

第二步，作出预测推断，依据提出的假说，进行推理得出假定性结论。

如：孟德尔“对分离现象解粒的验证的测交”实验的假说是：M（Dd）产生配子时，产生

含有基因D和含有基因d的两种配子，并且它们的数量相等。而预期是测交结果的后代中高

茎与矮茎之比为1：1。

3.设计完成实验

实验是完成假设和解决问题的最终途径，指在人为控制的条件下研究事物变化的一种方

法。如孟德尔在验证“对分离现象的解释”这一假设时，便巧妙地设计了“测交”实验。

4.分析数据，得出结论

观察、实验的目的在于获取验证性的结果。所以在实验中要记录实验的事实、现象、数

据，捕捉、记录由实验变量带来的反应变量。据此论证、说明实验中的自变量与因变量的因

果关系，进而得出实验结论。①如果所获取的结果与假设相符，则肯定假设；②如果结果与

假设不相符，则否定假设；③如果结果与假设无关，则无从判断，可另做假设。实验过程必

须客观、真实。

（二）生物实验的基本步骤

一个完整的生物学实验包括以下基本步骤：

1.确定课题，明确目的原理

做什么实验；解决什么问题；依据什么原理。

2.提出假设

提出初步假定，并对可见现象提出一种可检测的解释，具体为：

提出假设-寻找证盛窗雪假鬻丸十例如，孟德尔“对分离现象解释的验

r不符合事实—假设不成立

证”的测交实验假设是：“R（Dd）产生配子时，产生含有基因D和基因d的两种配子，并且

它们的数目相等”。

3•作出实验预期

在检测实验假设前，先提出实验预期结果（一个假定的结果），若预期结果没有实现，说

明假设不成立；若预期结果实现，则假设成立。

4.设计实验

根据实验目的和提出的假设，确定实验基本思路，确定选材、装置及实验对照等，设计

实验的具体方法步骤，并按设计的方案进行操作。

5.观察、记录实验现象和收集数据

客观如实地观察、记录实验现象，得出实验结果，并通过一定方式将实验结果呈现出来。

6.分析作结

对记录的数据（包括现象和结果）进行整理分析，归纳出一般概括性判断，并用文字、表

格、绘图等形式作出简明的总结。

7.推论

根据实验事实进行推理得出结论。

8.交流

写出实验报告。

（三）生物实验的变量、原则

生物实验设计应该注意以下几个方面的问题：

1.科学实验应先确定实验变量

在实验过程中，变量是指可被操纵的特定因素或条件。据其在实验中的作用，可分为两

类：

（1）实验变量与反应变量

实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者操纵的因素或条件。反应变量，亦称因变

量，指实验中由于实验变量引起的变化和结果。通常实验变量是原因，反应变量是结果，二

者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如在“唾液淀粉酶水解淀粉”

的实验中，所给定的低温、适温和高温是实验变量，而由于低温、适温和高温条件变化，唾

液淀粉酶水解淀粉的反应结果也能之变化，这就是反应变量，该实验即获得和解释温度变化

（实验变量）与酷的活性（反应变量）的因果关系。

（2）无关变量与额外变量

无关变量也称控制变量,指实验中除实验变量外的影响实验现象和实验结果的因素或条

件。额外变量也称干扰变量，指实验中由于无关变量引起的变化和结果。显然额外变量会对

反应变量起干扰作用。如：上述实验中除实验变量以外，试管的洁净程度、唾液新鲜程度、

可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度、实验操作程序、温度处理的时间长

短等，都属于无关变量。如果无关变量的任何一个或几个因素或条件，对三个实验组的给定

不等同、不均衡、不稳定，则会对实验结果造成干扰，产生误差。在实验设计和操作中，要

尽量减少无关变量，而且不同的实验组中的无关变量应完全相同，这样就会避免实验结果的

差异是由于无关变量引起的可能性，便于清晰地研究实验变量与反应变量的关系。

（3）教材中相关实验的变量

实验自变量因变量无关变量

实验4催化剂催化效率的试管等用具的

比较过的种类高低（以点燃洁净度、环境

氧化氢（过氧化但无火焰的温度、相同材

酶和Fe3氢酶、Fe，卫生香燃烧料的量、各种

十的催+）的猛烈程度试剂的量、反

化效率表示或气泡应时间等

产生速度表

示）

淀粉酶将淀淀粉与蔗糖溶

粉水解（处理液的量、水浴

实验5

后加斐林试的温度与处理

索

淀

探底物的剂，加热出现时间、斐林试

酶

对

粉

种类（淀砖红色沉剂的使用量与

粉

和

淀

粉、蔗淀），但不能加热时间、操

糖

水

蔗

糖）水解蔗糖（处作程序等

的

作

解

理后加斐林

用

试剂并加热，

无砖红色沉

淀出现）

①是否①幼苗的种类

黑暗、单及生长状况、

实验8

侧光照、环境温度、培

植物

向均匀光①幼苗弯曲养条件、处理

性运

动

照）状况的部位、装置

验

的实改变

5②根的弯曲的合理性等

和

设计

幼苗空方向②萌发种子的

观察

间位置种类及萌发状

以接受况、环境温度、

重力影培养条件等

响

质壁分离（液溶液的种类及

实验9

泡失水缩小、浓

察

观

植

外界溶颜色变深、原度；分离与复

细

物

胞

液生质层与细原现象的观

质壁

的

的浓度胞壁分离）；察；装片的洁

和

离

分

即高渗质壁分离复净度及临时装

原

复

及低渗原（液泡恢复片的制作；材

溶液）原状、颜色变料的选择等。

浅、原生质层

恢复原状）

实验装置及器

材的一致性、

实验12实验植物生长

观察S02不同浓状况、S02浓度

对植物度的控制、培养

植物体的生

的影响的环境条件、

的S02长状态的变

实验操作程

化

序、观察时间

的长短等

实验13试管的洁净

（选度、淀粉溶液

温

修）、度加碘液后溶的量、不同温

温度对邛液颜色的变度的处理时间

沸

(6水

0°、c

酶活性化长度、操作程

水

冰

、

的影响块>序、碘液的加

入量等

研究课

题①托插枝条

设计实的生根状况

验观察生长素的差异实验材料的一

生长素（或类似②果实发育致

或生长物）的状况的差异性、激素浓度

素类似不同浓③落花落果的准确性、处

物对植度状况在使用理时间的一致

物生长前后的差异性等

发育的

影响

2.实验设计的原则

（1）科学性原则

所谓科学性原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期有科学依据，实验

的各个环节不能偏离生物学基本知识和基本原理，以及其他学科领域的基本原则。

科学性原则具有两个方面的含义v首先，必须保证实验的设计不出现科学性错误；其次，

实验设计要具有科学思想和科学方法的因素。具体地说，科学性原则体现在以下几个方面：

①实验原理的科学性

实验原理是实验设计的依据，也是用来检验和修正实验过程中失误的依据，因此它必须

经前人总结或经科学检验得出的科学理论。如2000年全国高考试题中第25题，要求学生通

过实验验证''钙离子在血液凝固中的作用”。题中给出了两个实验原理：血液中的钙离子在

血液凝固过程中起重要作用，若缺少它则血液不凝固；草酸钾溶液能与钙离子发生反应，形

成草酸钙沉淀，因此具有抗凝血作用。这两条原理科学而且完整，学生可由此产生明确的设

计思路。

②实验材料选择的科学性

根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料,是保证实验获得预期结果的关键因素之

一。孟德尔选用自花传粉的豌豆作为杂交实验材料，以及“植物细胞的质壁分离和复原实

验”选用紫色洋葱作为实验材料都是经典的成功选材的范例。再如，新鲜的黑藻嫩叶是“观

察细胞质流动”实验的理想材料，因其新鲜，故能保证观察到的是活细胞；因其含水量多，

故能保证细胞质流动的流动速度快，实验现象明显；因其含叶绿体，故能使细胞质的流动速

度和流动方向清晰可见；因其叶片薄，故便于制片且能在显微镜下观察。另外，黑藻在一年

四季都可以培养，取材方便。有了这样的实验材料，再加上科学的方法，就可以顺利达到实

验目的。

③实验方法的科学性

只有科学的实验方法，才能得出正确而可靠的实验结果，如证明植物的光合作用过程中

释放CO2的实验是这样设计的：通人的空气先经过NaOH溶液除去其中的CO?,再经过Ca(OH)

2溶液检验CO?是否完全除尽，最后才通入装有萌发的种子的密封容器中。只有经过这样的步

骤，才能完全排除干扰因素，证明瓶中的CO?确实来源于种子的呼吸作用。

④实验结果的科学性

这是指对于实验得出的结论不能简单对待，而应该首先记录，然后整理，最后再经过仔

细分析，找出它们所能透露给我们的最大的信息量。如下面这个实验：用含有各种必需矿质

元素的溶液培养大麦，48小时后测定几种离子的浓度占该离子开始浓度的百分比，实验结

果如下：

实验条件水分消耗(mL)Ca2+K+Mg2+

光照109013527179

黑暗53410535113

上面的结果因为经过了记录和整理，所以使人一目了然。观看这个实验结果，首先要看

出该实验中设计了哪些对照组，由上表可知，表中出现三组对照：一组是有光与无光；一组

是水分的吸收与矿质元素的吸收；还有一组是不同的矿质元素的吸收情况比较。所以我们分

析实验结果时，也应从这三个方面人手，得出如下结论：一是植物对水分和矿质元素的吸收

与光有关；二是植物对水分和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程；三是植物对矿质元素

的吸收具有选择性。

(2)平行重复原则

任何实验必须有足够的实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。

平行重复原则要求控制某种因素的变化强度，观察其对实验结果的影响程度。下面的这道题

就是根据平行重复原则设计的实验。在用质壁分离法测定细胞液浓度的实验中，把剪成小块

的洋葱表皮分别放人下面各组溶液中，结果如下表：

培养皿蔗糖溶液浓度发生质壁分离细胞占观

(mol/L)察细胞数目的百分比

10.2无

20.3无

30.415%

40.540%

50.680%

60.799%

70.8100%

请回答：

(1)该洋葱细胞液等渗浓度范围为。

(2)在以上基础如何改进实验，将测定的洋葱表皮细胞的细胞液浓度范围精确到小数点

后两位数。

A.需设置的蔗糖溶液浓度分别为o

B.°

C.观察。

D.结果与分析。

实验的第二步需要根据平行重复原则设计实验来得出结论。

(3)单一变量原则

该原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确。其含义是：

①不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个变量对应观测一个反应变量。

②实验中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。例如，在“探索淀粉睡对淀粉和蔗

糖水解作用”的实验中，加入的淀粉和蔗糖是单一变量，而加入的淀粉酶的量、反应温度、

pH则应控制成相同条件，否则这些因素的差异将作为无关变量，干扰实验结果及对实验结

果的分析。

再如：某兴趣小组为了研究阳光对大豆发芽的影响，而在两个花盆里种了大豆，并设计

如下实验：

花盆阳光温度水

I光照20℃充足

II暗室20℃不充足

在这一实验设计中，应该改正的错误是()

A.两个花盆应该放在向阳的地方

B.两个花盆都应放在暗处

C,两个花盆的温度不应该一样高

D.两个花盆都应该浇给充足的水

这个实验要研究的是阳光对大豆发芽的影响，因此阳光应该为自变量。根据单因子变量

的原则，其他因素都应相同，两花盆该浇给同样充足的水，这样既保证了单一变量，又使大

豆不会因为缺水而影响发芽。而如果两个花盆都浇水不足，两个花盆中的大豆就会因为缺水

而使发芽不良，也会导致实验的失败。因此，在考虑单因子变量原则时，还应尽量使常量能

够满足实验成功的条件。

(4)控制与平衡控制原则

该原则是指要严格地操纵自变量，以获取因变量。同时，要严格地均衡无关变量，

以消除额外变量干扰。即尽量消除实验误差，以取得较为精确的结果。常用的方法有单

组、等组及轮组实验法。

①单组实验法

对一组(或一个)对象，既用A法，又用B法，顺序随机或轮流循环，这是生物实验常用

的实验方法。例如，“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验，通常是将做好的紫色洋葱鳞

片叶表皮细胞装片，先用蔗糖溶液做质壁分离观察，接着乂用清水做质壁分离复原观察，这

就是单组实验法。由于对象同一，无关变量的影响也就被平衡和抵消了。

②等组实验法

将状况相等的对象，分成两组或多组，一组用A法，另一组用B法，这也是生物实验常

用的实验方法。例如，“植物激素与向性”实验，设计了5组实验，其对象是玉米幼苗，要

求品种、萌发期、粗细、大小、长势等状况都是相同的，这就是等组实验法，对无关变量的

影响起到了平衡和消除作用。

③轮组实验法

对两组或两组以上的对象，循环进行两个或两个以上的实验处理。如甲组一一A法、B

法；乙组一一B法、A法等，这样能有效的平衡和抵消无关变量的影响。自然，操作起来要

麻烦一些。例如，“植物向光性”实验，可随机取2株（组）生长状况并不相等的玉米幼苗，

做如下实验处理：

〃,先“不透光”处理

甲组：玉米幼小

反后“单侧光”处理

*先“单侧光”处理

乙组：玉米幼为土后“不透光”处理

实验结果则是a+d（“不透光”）和b+c（“单侧光”）的比较，这就是轮组实验法。无

论先用单侧光处理，还是先用不透光处理，两株长势不同的玉米均表现向光性，均由单侧光

引起，可见这种实验处理的匹配，对平衡、消除无关变量更有说服力。

（5）对照原则

对照原则是中学实验中最常用的原则，如有关酶的高效性、专一性和影响酶活性的条件

的实验，观察植物细胞质壁分离和复原实验都采用了对照。通过设置对照实验，既可排除无

关变量的干扰，又可增加实验结果的可信度和说服力。

在一个对照实验中，可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组，对照

组是不接受自变量的处理的对象组，一般是随机决定的。常用的对照组类型有以下几种：

①空白对照

对照组为不作任何处理的对象组。如“探索影响淀粉酶活性的条件”实验中，1号试管

加1mL蒸偏水，2号、3号试管分别加等量的NaOH、HC1溶液，1号试管即为典型的空白对

照组；用小狗做活体材料设计实验，证明动物生长激素的分泌器官及作用时，用不做任何处

理的小狗作对照，与切除了脑垂体的小狗进行比较。

②自身对照

实验与疝照在同一对象上进行，不另设对照组。如“观察植物细胞质壁分离和复原”实

验，既是典型的自身对照一一实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化为实

验组。

③条件对照

给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理。如在验证唾液淀粉酶发挥作用的最适温

度的实验中的0℃和80℃下的对照。再如在“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中，

存在以下实验组和对照组。

甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）

乙组：饲喂甲状腺激素抑制剂（条件对照组）

丙组：对蝌蚪不作任何处理（空白对照）

④相互对照

指不另设对照组，而是利用几个实验组相互对照。如验证温度对唾液淀粉酶活性影响的

实验中60℃、0℃、37c之间的对照；验证pH对唾液淀粉酶活性影响的实验中，不同pH溶

液之间的对照。再如在“植物向光性”的实验设计中，如下图所示，2与1对照可证明感光

部位在胚芽鞘尖端，3也可与1对照，4也可与1对照，也可与2对照。

(四)生物实验设计的方案内容

(1)实验课题(题目)：即实验研究的课题名称。

(2)实验目的；明确要解决什么问题，探索哪方面的生物学规律，预期要取得何种成果。

(3)实验原理：即实验依据和思路。

(4)实验内容：根据实验目的确定具体的研究内容。一般方法是把研究问题分解为许多

小课题，分别进行研究，然后再将实验结果加以综合分析。

(5)实验材料：取材是实验成败的关键因素之一，一定要按科学的要求选好实验对象。

(6)实验方法：即采用哪些研究方法能获得明显的实验结果。应尽量地减少人为或偶然

的实验误差.同时应注意：①根据研究内容确定实验类型和方法八如野外生物种类考察,主

要采用观察实验法；探明某一生命现象的性质和含量，用定性、定量实验分析法。②根据实

验的类型明确具体的研究方法。如观察实验要明确是采用解剖观察还是野外观察，要明确观

察的项目和标准。③设置对照，适当增加重复，保证实验的准确性。④进行田间实验时，应

根据实验性质的不同，分为大区实验和小区实验。田间试验要作合理的田间规划，根据土地

条件、作物种类、实验要求和工作方便，规划小区面积、重复次数和田间排列方式；另外，

还要注意设置对照小区和保护行。⑤设计实验方法应尽量采用先进的实验技术和仪器设备，

确保研究结果的准确性。

(7)实验用具和药品：即实验采用哪些设备和仪器，使用哪些药品，从而实现有计划和

有效地观测与分析。

(8)实验程度：即实验流程，也就是如何运用仪器设备作用于实验对象的程序或步骤，

对全部实验过程作出总体设计。

(9)日程安排：根据整体实验的要求，按日程分阶段实施实验方案。

(五)生物实验的方法技术、试剂、器材

1.常规实验方法

教材中的实验方法可大致归纳为以下10种：

①显微观察法。如观察植物细胞有丝分裂的实验，观察植物细胞的质壁分离与复原实验

等。

②观色法：如动物毛色和植物花色的遗传实验。

③同位素示踪法。如噬菌体侵染细菌的实验，用％2和“C02追踪光合作用中氯原子和碳

原子转移途径的实验等。

④等组实验法。如小麦淀粉酹催化淀粉的实验，发现生长素的燕麦胚芽鞘实验等。

⑤加法创意。如用饲喂法研究甲状腺激素的实验，用注射法研究生长激素的实验，用移

植法研究性激素的实验等。

⑥减法创意。如用阉割法或摘除法研究性激素、甲状腺激素和生长激素的实验，雌蕊受

粉后除去正在发育的种子的实验等。

⑦杂交实验法。如孟德尔发现遗传定律的豌豆杂交、测交的实验，小麦的杂交实验等。

⑧化学分析法。如番茄和水稻对钙和硅选择吸收的实验，叶绿体中色素的提取和分离实

验等a

⑨理论分析法。如大、小两种草履虫的竞争实验，植物根向地生长、茎背地生长的实验,

植物向光性实验等。

⑩模拟实验法。如渗透作用的实验装置，分离定律的模拟实验等。

上述内容基本上可以包括一般的实验方法，通过复习理解了这些实验方法将有利于认

识、分析和设计新的实验V此外上述多数的实验方法有一个共同的特点，就是实验结论的得

出，都是一个逻辑推理过程，或者说都是一个透过现象看到本质的思维过程。因此复习中要

充分体会和体验这个过程。可以说构建实验的方法体系，为分析、解决和设计新的实验，以

及形成实验能力，奠定了良好的方法基础和思维基础。

2.实验材料的常用处理方法和技术

熟悉常用的实验方法和技术，理解每种方法和技术的适用情况并熟练掌握其操作技能，

以便在设计实验时能进行迁移和利用。主要包括以下几个方面：

①光学显微镜观察。适用于观察生物微观结构，如细胞结构，包括光镜下看到的各种细

胞器。要求学生熟练掌握显微镜的使用技术。

②制作临时装片、切片和涂片。适用于显微观察，凡需在显微镜下观察的生物材料，

必须先制成临时装片、切片和涂片。对于这些材料要求薄而透明，在制作临时装片时要展平

放置于水中，不得重叠；盖盖玻片时从一侧轻轻地斜放上去，防止产生气泡，若不小心产生

了气泡，则可以在盖玻片的一侧滴加清水，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，引走气泡。如

“观察植物细胞的质壁分离和复原”中要制作洋葱表皮细胞的临时装片，“在生物组织中脂

肪的鉴定”中要制作花生种子的切片等等。

③研磨、过滤。适用于从生物组织中提取物质，如酶、色素等，要求学生熟练掌握研磨、

过滤的方法，如研磨时要先将生物材料切碎，然后加入摩擦剂（常用二氧化硅）、提取液及其

必要物质，充分研磨之后，往往要进行过滤，以除去渣滓，所用过滤器具则根据需要或根据

试题中提供的器材加以选用，如可用滤纸、纱布、脱脂棉、尼龙布等等。课本上涉及到研磨

和过滤的地方有两处：一是研磨发芽的小麦，过漉制得淀粉酶；二是在提取和分离叶绿体色

素时，研磨叶片，过滤得到滤液,概括加快研磨速度的方法，是加入一定量的Si（）2,由于过

滤只是粗略地去掉渣滓，因此为了提高速度并使实验明显，一般不选用滤纸，而是选用脱脂

棉。

④解离技术。用于破坏细胞壁，分散植物细胞，制作临时装片。

⑤恒温技术。适用于有酶参与的生化反应，以及用热酒精脱去叶片中的色素等。一般用

水浴或恒温箱。

⑥纸层析技术。纸层析法是利用物质随层析液在滤纸上的扩散速度不同的原理，达到将

物质分离的目的。适用于溶液中物质的分离。主要步骤包括制备滤纸条，画滤液细线，层析

分离。层析液一定含有两种以上的溶剂，不同的层析液有不同的层析效果。注意事项：①经

分离的物质要有一定的颜色或经过药品处理后能显示出一定的颜色；②层析液不能没过样

品；③层析实验要在层析液走完滤纸后结束；④要加盖。

⑦植物叶片生成淀粉的鉴定.适用于光合作用的有关实验，主要步骤包括饥饿、光照、

酒精脱色、加碘。

⑧同位素示踪技术。同位素示踪技术可用于物质代谢以及其他实验中以了解物质来源或

去向，或者区分事情结果是由于此还是彼的缘故。如光合作用光反应产物一一氧气中的氧的

来源，二氧化碳形成葡萄糖的途径，确定谁是遗传物质的噬菌体浸染细菌的实验等。

⑨对照实验。对照实验是指有一个条件不同，其他条件都相同（都满足）的情况下所进行

的一组实验，借此了解条件与结果之间的关系。用于对比的实验对象一般称为对照。设置对

照，可以使实验结论更加真实可靠。

另外还有根尖培养、幼小动物的饲养、植物必需元素的鉴定等。

3.常用器材、试剂及药品的配置

（1）基本器材

显微镜、载玻片、盖玻片、镶子、刀片、培养皿、剪刀、解剖刀、解剖针、解剖盘等。

（2）基本试剂或药品

光合作用和呼吸作用中涉及到的药品和器材：NaOH（吸收CO?）、Ca（OH”（检验CQ）、

NaHtn溶液（C02的来源）、带余烬的木条（检验Q）、酒精（脱去叶片中的色素，便于观察淀粉

和碘液的颜色反应）、碘液（检验淀粉）、石蕊试纸［用于溶液中的酸碱检测（与CO?有关）］、

灯［光源（用于光合作用）］、布（黑纸）（遮光：限制光合作用）］。

（3）试剂及配制（*）

①斐林试剂和双缩服试剂

鉴定还原性糖的试剂一斐林试剂

a.取35g硫酸铜，溶解在40CmL蒸储水里，加蒸镭水到500mL。

b.取85g氢氧化钾（或70g氢氧化钠）和175g酒石酸钠，溶解在400mL蒸储水里，加蒸

储水到500mLo

注意：以上两种溶液要分别保存，使用时再等量混合，现配现用。

鉴定蛋白质试剂一一双缩服试剂

分别配制质量浓度为0.Ig/mL的氢氧化钠溶液和质量浓度为0.01g/mL的硫酸铜籍液，

备用。测定时，在3mL待测物中加入1mL质量浓度为0.Ig/mL的氢氧化钠溶液和1滴质量浓

度为O.Olg/mL的硫酸铜溶液。如有蛋白质，会出现紫色反应。

②鉴定淀粉试剂一一碘液

取2g碘化钾，溶解在10mL蒸储水中，再加1g碘，待溶解后用蒸锚水稀释到300mL即

可。

③鉴定脂肪试剂一一苏丹HI干粉染液

取0.1g苏丹III干粉，放入无水乙醇中，加热使其充分溶解，成为饱和乙醇溶液，过滤

后倒进试剂瓶密封保存备用，可保存数月。

④鉴定C02试剂一一澄清石灰水（Ca（0H）2溶液）；酸碱指示剂。

取饱和石灰水澄清过滤，密封备用。

⑤用于植物细胞质壁分离和复原试剂

质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液；

质量浓度为0.05g/mL的氯化钠溶液；

质量浓度为0.05g/mL的硝酸钾溶液。

⑥细胞核、染色体染色溶液一龙胆紫溶液

取龙胆紫溶解在2%乙酸溶液中，直到溶液不变成深紫色为止。

⑦细胞核、标本染色液——洋红溶液

取5g明研溶解在951nL蒸储水中，再加0.5g洋红，煮沸、冷却、过滤。可加入少许石

炭酸防霉。

⑧鉴定DNA的试剂一二苯胺试剂

A液：1.5g二苯胺溶于100mL冰醋酸中，再加1.5mL浓硫酸，用棕色瓶保存。

B液：乙醛的体积分数为0.2。

配制：将0.ImLB液加到lOmLA液中，现配现用。

⑨植物无土栽培营养液

配方：硝酸钙0.821g、硝酸钾0.506g、磷酸二氢钾0.136g、硫酸镁0.120g、酒石酸铁

0.005go

将上述盐类溶解在少量蒸储水中，稀释到1000mL。

注：土壤浸出液，把肥沃土壤放入清水（重量比1：1）搅拌后，用滤纸过滤即得，

⑩固定液

配方：95%乙醇3份，丁醋酸1份，按体积比配制。可保存最佳观察时期的花药和根尖。

用层次。

六、生物实验的基本题型分析

1.基本操作型实验题

生物学实验是建立在对实验仪器正确操作的基础上的。基本操作技能包括使用放大镜、

光学显微镜的基本技能，使用各和玻璃器皿和其他工具、仪器的技能，配制试剂的技能，制

作玻片标本的技能，进行生理生化实验操作的技能，以及进行观察、操作、记录、绘图的技

能等。

解答该类型题关键在于熟知各种实验工具的用途、正确的使用方法，熟知实验操作程序

等。

2.实验材料的选用型实验题

实验材料的选择对于有些实验是否成功，起到重要而关键的作用，根据实验要求如何进

行选材，以及对实验材料的处理方法是当今高考考查的主要内容。例如，“观察植物细胞的

质壁分离和复原”实验中对紫色洋葱表皮选材的题目等。

解答该种类型实验题的关键在于充分理解实验的原理、目的及实验材料在实验中的重要

作用。

3.实验原理的理解和应用型实验题

理解实验原理，了解实验目的和实验要求是独立完成实验的前提C实验原理的理解和应

用型实验题是理科综合试卷的重要题型，这种类型的题目确实能考查学生的应用能力，如

“依据生态学的原理，设计生态球或水族箱”的实验题目等。

解答这种类型试题的要求是：将生物学理论（原理、规律等）与生产实践相联系，从试题

提供的信息特征中找到解题的切入点，并用恰当的语言和方法解答试题。

4.实验结果的推断和处理型实验题

会观察、分析和解释实验产生的现象、数据，并得出合理实验结论是独立完成实验的重

要组成部分。实验结果推断处理型实验题是历年高考生物的常考题型。虽然高考实验题

题型每年都在花样翻新，但对实验结果的预测、分析和表达则是常考的。

解答这类题时，应充分利用实验条件和现象，动用恰当的生物学原理进行推断、分析、

阐述，得出科学的结论。

5.经典实验信息解读型实验题

生物科学的发展史是一部不断对生命活动规律进行探索创新的历史。无数的科学家进行

探索留下了大量的经典生物学实验。这些经典实验既构成了高中生物丰富的主体内容，又为

学生探索创新提供了成功的思维示范。纵观近几年高考生物实验题，或分析诠释、推理预期,

或验证设计、创新探索，其思想的基础都是经典实验。

解答这类题目既要重视对经典实验的深层次的挖掘学习，更要对经典实验进行分析、推

断、拓展、创新。要充分利用试题供给的信息，按照试题的要求作出科学的判断和表达。

6.探究型实验设计题

探究型实验设计过程包括提出问题，作出假设，制定研究实验方案，检验假设。而高考

实验设计题要求学生完成的活动内容的形式是多种多样的，现就可能的模式进行分类阐述。

（1）全程探究型实验

全程探究型实验包括：发现问题和提出问题，对问题作出假设，设计实验和执行实验计

划，分析实验资料，得出实验结论，对实验过程和结果进行反思（交流和评价）等。实验设计

一般按照如下步骤进行：（1）明确目的和要求；（2）联系理论原理；（3）确定实验思路；（4）

设计实验步骤；（5）对实验结果的预期进行分析讨论；（6）得出正确的结论。

（2）补充实验的过程

高考试题要求学生独立完成全程性探究实验的各个方面的可能性较小，而要求学生对实

验过程中的个别方面，也就是对实验的某个局部进行科学的补充可能性较大。考查的内容主

要有：作出假设、制定计划、预测结果、分析结论和进行评价等。例如，2001年的理科综

合能力测试（全国卷）第25（2）题，就是要求学生在试题的提示下.对原实验设计作出评价，

然后设计出相应的补充实验方案。

解答此类题之前必须认真审题，了解探究型实验设计的目标是什么。分析题干中提供的

信息有两个目的：一是透过背景材料找出该实验涉及的知识点；二是确定解决问题的目标，

如2001年第25（2）题的背景知识是植物生长素的理论要点，问题的目标是评价与补充设计

一组验证生长素极性运愉的实验计划.有些题目还要求学生用已有的知识对问题做出假设V

前面提到，适于考查的探究型实验有多项内容，但考查中也不可能面面俱到，所以在确定问

题的目标之后要把握解题的方向和关键。

（3）实验过程中的改错

在高考试卷中，也常常会出现实验改错题，此类题目主要是在制定实验方案时违背了实

验设计原则。在实验设计时，除了要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，还要注意遵循以下基本原则：（1）科学性原则：（2）单因子变量原则；

（3）平行重复原则；（4）设立对照原则等。

7.开放型实验设计题

开放型实验设计是一种思维开放型试题，它的解题思维方向不惟一，试题所引发的思维

是一种呈扇型发散的思维，不同学生可能会有不同的解题方案，同一位学生也可能会有若干

种不同的解题方法。这类试题有利于学生多向思维、求异思维以及创新能力的培养。开放性

实验设计题可分为条件开放型试题和结论开放型试题两种。

（1）条件开放型试题

条件开放型试题的特点是题目条件不完备，答题的条件不充足，答题的原理或依据不明

确，但“条条大道通罗马”，结论只有一个。

（2）结论开放型试题

结论开放型试题特点是试题改变了传统试题的“答案惟一”的做法，变“答案惟一”为

“答案不惟一”。此类试题的任何一个答案都能完成试题的指令，符合并满足试题的全部条

件和要求。

8.验证性实验设计题

实验设计是一种综合能力，如对实验原理、实验数据、实验现象和实验结论等内容的分

析、归纳和总结，用以考查学生的理解能力、分析能力、综合能力、收集处理信息的能力、

逻辑思维能力、语言文字表达能力等，归结为一句话，即创新能力。

验证性实验设计的基本内容：

①实验名称：是关于一个什么内容的实验。

②实验目的：要探究或者验证的某一事实。

③实验原理：进行实验依据的科学道理。

④实验对象：进行实验的主要对象。

⑤实验条件：根据实验原理确定仪器和设备；要细心思考实验的全过程。

⑥实验方法与步骤:实验采用的方法及必需（最佳）操作程序。每一步骤都必须是科学的;

能及时对仪器、步骤进行有效矫正。

⑦实验测量与记录：对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。

⑧实验结果预测及分析：能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。

⑨实验结论：对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。

9.生物、化学实验题

生物化学是利用化学理论和方法研究生物的一门科学，如教材中“组织中还原糖、脂肪、

蛋白质的鉴定”、“比较过氧化氢酶与Fe?+的催化效率”、“DNA的粗提取与鉴定”等都属

生物化学实验。

解答生物化学实验题除遵循生物实验题的一般解题规律外，还要掌握构成生物体各种化

合物的化学性质和生物功能，根据试题提供的条件及实验原理，进行全面分析，得出试题的

答案。

七、实验题解题的基本思路

1.了解题目要求

解题首先要明确题意，只有明确题意才能方向明确，少走弯路。明确题意就是要弄清是

设计实验方案、步骤，还是分析实验结果。

2.明确实验的目的和原理

明确实验到底要解决什么问思，用生物学的什么原理。如2000年上海生物高考实验设

计题要求鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，其实验目的只要求定性区别两瓶蔗糖溶液的浓度，

不要求作具体的浓度测定。根据该题实验器材有半透膜制成的透析袋可知：所运用的原理是

根据不同浓度的蔗糖溶液其渗透性不同，即通过半透膜的水分总是从低浓度•恻向较高浓度

一侧渗透。再如“探索酶的活性与温度的关系”的实验原理为：淀粉遇碘变蓝，淀粉酶可催

化淀粉水解为麦芽糖，麦芽糖遇秋不变蓝。

3.确定实验思路

即根据原理对实验作出假设，对可能产生的现象作出预测，充分利用实验材料确定实验

思路。

（1）找出自变量和因变量，以及影响本实验的无关变量，然后构思实验变量的控制方

法和实验结果的获得手段。如验证“C02是光合作用合成有机物的必需原料”，首先明确该

实验的条件是CO2,结果是光合作用（合成有机物），影响结果的条件变化应该是C02的有、

无两种情况，那么对照的设计就应该为空白对照。影响实验结果的无关变量有温度、pH、

实验用植物的生长状况、饥饿处理的环境、吸收CW的氢氧化钠的量及浓度等因素，这些无

关变量中的任何一种因素的不恰当处理都会影响实验结果的准确性和真实性。因此实验中必

须严格控制无关变量，做到平衡和消除无关变量对实验结果的影响。常常采用对照的方法，

即在无关变量相同的条件下，观察实验变量（实验条件）的不同情况对反应变量（实验结果）

的影响。

（2）了解实验对象是什么。实验所用的生物学材料，如光合作用的叶片，验证质壁分

离所用的成熟植物细胞。

（3）弄清楚实验条件有哪些。完成这一项实验所必需的理化条件及生物学处理方法，

如光照、温度、pH、酶、缓冲剂、离心等。

4.科学设计实验步骤

这一环节要遵循科学性原则、可操作性原则、对照设计原则、单一变量原则，使实验有

可信度和说服力。根据实验目的、原理和思路，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。要

考虑题目中所提出的材料和试剂分别起什么作用？同时，题目中给出的实验试剂和材料一般

应充分利用，除非题目条件允许，否则不能随意增加实验试剂和材料。

5.记录分析实验方法和步骤、现象和数据

如实记录在实验中观察到的现象。除了用文字进行记录外，还可以用数据或符号进行记

录。分析应有的实验结果，对意料之外的结果乃至失败的情况作出恰当的分析和推论。

6.分析得出结论

根据实验观察的现象和记录数据，通过分析、计算、图表、绘图等方法作一个简明的总

结。

7.注意事项及补救措施

实验中若要使用有毒物质，应怎么使用？加热酒精应采用水浴法隔水加热。一旦燃烧怎

么办?这些注意事项都应该在实验前有所准备，这些方面常常需要相关学科实验能力的浸透。

以上只是解答一般综合实验设计题的方法，在解

题过程中，应根据实验设计题的具体情况和要求，作出正确的回答。

八、提高生物实验设计水平的儿点见解

1.掌握书本知识是提高能力的基础

生物学的基本概念、原理和规律基本上是通过前人的不断实验总结出来的，因而深入理

解与灵活运用基础知识是培养科学的思维方法、完成不同类型实验设计的基础。

2.深刻领会教材有关实验的本质与特点是提高实验设计能力的前提

首先应认真分析教材涉及的实验，理解每个实验的原理与目的要求，弄清材料用具的选

定方法与原则，掌握实验方法和步骤，深入分析实验条件、过程、现象或结果的科学性、准

确性、严谨性与可变性，这样我们进行实验设计就有了依据和基本框架；其次对有关章节所

介绍的实验特别是一些经典实验要用心揣摩，能描述其原理、目的、方法步骤、现象与结果

预测及结论的推导等。如“验证酶的催化作用”、“半透膜与渗透作用”、“向光性与生长

素的发现”、“噬菌体侵染细菌”、“孟德尔定律”，等等。

3.学会对已知实验进行变换与转化设计是提高实验设计能力的有效手段

求变、求异思维的发展有助于提高实验综合能力。一个实验可能有多种材料用具选择，

几种方法步骤的设计，也可能从不同实验现象与结果中得出同一个结论，更重要的是通过换

位思考能提高科学素质、培养探索精神。如质壁分离与质壁分离或原实验中，将蔗糖溶液加

以改变会分别出现什么结果？将蔗糖改为葡萄糖、KN03或其他试剂会分别出现什么结果？可

否用其他组织细胞替代洋葱表皮？又如色素提取与分离实验可否用无水乙醇或者其他有机

溶剂来溶解色素？可否用CCL或其他试剂作层析液？等等。

4.模拟教材经典实验进行重复性实验设计

掌握实验设计的一般规律，是提高实验设计能力的保障。教材内容所列举的实验常注重

原理和结论的提出，至于其具体的步骤和材料往往限于篇幅写得很省咯，有的干脆不写，而

这些经典实验设计的原理和方法往往十分巧妙且具有严密的科学性，模拟教材经典实验进行

重复性设计实验可以训练学生实验设计的认知。同时，通过经常性的有目的的训练，一定能

逐步培养学生实验设计的能力，提高实验设计的综合技能。

九、生物实验设计题型题例分析

1.设计实验步骤的解题策略与评价

根据题目给定的器材及提出的实验目的，设计或补全实验步骤。这类题目体现了高考试

题理论联系实际的原则和学以致用的趋向。着力考查学生“根据实验试题的要求和有关原理

设计出简单实验方案”的能力，以及“通过分析和综合、比较和论证，选择解决问题最佳方

案”的能力。

■■补充步骤型实验设计

此类试题一般给出了实验设计所需的材料及条件，要求学生完成实验操作的部分步骤，

并预期结果，分析原因。

【例1】已知唾液中含有淀粉酶，淀粉酶可以催化淀粉的水解；又知鸡蛋被加热到65C

后会变熟，但不知唾液淀粉前被加热到65℃后是否影响其生物活性。为探究此问题，请您

依据所给材料和用品设计相应的实验方案，并预测可能的实验结果及可获得的相应结论。

材料用品：经过稀释的唾液、经过稀释并煮熟的淀粉糊两份(一份保持在37℃环境中，

另一份保持在65c环境中)、碘酒、酒精灯或其他的加热设备、试管若干、量筒、滴管、大

烧杯、温度计。

实验方案：

⑴______________________________________

____________________________________________O

(2)将甲、丙试管放入37℃左右的温水中，将乙试管放人65℃温水中。3支试管均保温

5min后取出。

⑶______________________________________

实验结果：_______________________________

实验结论：________________________________

【解析】本实验环境在37℃下，唾液淀粉酶可以催化淀粉水解为麦芽糖。目的是探究

65℃温度是否影响唾液淀粉酶的生物活性。由步骤(2)可知，本实验的可变因素为温度。依

据实验设计的对照性原则，本实验应设空白对照和条件对照，消除无关因素对实验结果的影

响，根据实验方案全面预测实验结果。

【答案】实验方案：(D取甲、乙两支试管分别作标记，甲试管注入保存在37℃温水中

的淀粉糊3mL,乙试管注入保存在65C温水中的淀粉糊3mL,再向两支试管中各注入等量

的2mL唾液。取丙试管注入保存在37C温水中的淀粉糊3mL注入蒸镭水2mL并振荡。(3)

保持各自温度5min后冷却，分别向3支试管中滴入等量的碘酒.观察并比较3支试管中液

体的颜色。

实验结果及结论：本实验可能的结果及结论有3种：(1)若甲、乙两支试管液体的颜色

相同(均为无色)，则证明唾液淀粉酶在被加热到65c后不影响其生物活性。(2)若经过65c

温度处理的乙试管中液体呈现蓝色，与丙试管液体颜色相同.则证明唾液淀粉酶被加热到

65°。后失去了生物活性v(3)若经65℃温度处理的乙试管中液体呈现蓝色，但是比丙试管液

体颜色浅，则证明唾液淀粉酶在被加热到65C后生物活性降低了。

【评价】本题主要是以温度对酷活性的影响为知识背景，考查学生探究性实验的设计能

力，以及对实验结果的分析和归纳能力。

【例2】请利用下面的材料和用品建立一个人工微型生态系统，并使其维持一定时间的

运转。

材料用品：小鱼、水蚤、池泥、大试管、橡皮塞、培养皿、吸管、小渔网、凡士林、水

草和池水。

请完成下列各步并回答问题：

(1)方法步骤；

第一步：在试管底部铺上一层约10mm厚池泥。

第二步：沿试管加池水至管口40mm处。

第三步：__________________________________

第四步：__________________________________

___________________________________________________________________________________________________O

第五步：__________________________________

(2)此生态系统的分解者存在于

_____________中。

(3)在小鱼大小的选择上应选择体形的，原因是

0

(4)该生态系统能建立起物质和能量的暂时平衡，原因是

(5)若要证明生产者在生态系统中的作用，如何设计实验?

【解析】了解生态系统的结构和功能，是建立人工微型生态系统的前提，生态系统的结

构包括生态系统的成分，食物链和食物网.生态系统的成分是指生产者，消费者、分解者以

及非生物的物质和能量。食物链和食物网是各生物之间由于食物关系建立的联系，是能量流

动和物质循环