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TOC \o "1-3" \h \z \u 一、专题内容范围 3
二、考试大纲考查要求和命题角度 3
（一）考查要求 3
（二）命题角度 3
三、生物实验的理论和方法 4
（一）生物实验程序 4
（二）生物实验的基本步骤 4
（三）生物实验的变量、原则 5
（四）生物实验设计的方案内容 9
（五）生物实验的方法技术、试剂、器材 10
四、生物实验的基本题型分析 12
1.基本操作型实验题 12
2.实验材料的选用型实验题 12
3.实验原理的理解和应用型实验题 12
4.实验结果的推断和处理型实验题 12
5.经典实验信息解读型实验题 13
6.探究型实验设计题 13
7.开放型实验设计题 13
8.验证性实验设计题 14
五、实验题解题的基本思路 14
1.了解题目要求 14
2.明确实验的目的和原理 14
3.确定实验思路 14
4.科学设计实验步骤 15
5.记录分析实验方法和步骤、现象和数据 15
6.分析得出结论 15
7.注意事项及补救措施 15
六、提高生物实验设计水平的几点见解 15
1.掌握书本知识是提高能力的基础 15
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 15
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 15
4.模拟教材经典实验进行重复性实验设计 16
七、生物实验设计题型题例分析 16
1.设计实验步骤的解题策略与评价 16
1.1补充步骤型实验设计 16
1.2开放型实验步骤设计 18
1.3探索型实验步骤设计 18
1.4验证型实验步骤设计 19
2.设计实验方案的解题策略与评价 20
2.1开放型实验方案设计 20
2.2基本操作流程方案设计 21
2.3评价型实验方案设计 22
2.4探索型实验方案设计 23
3.纠错和改进实验设计的解题策略和评价 24
3.1方法的纠错和改进 24
3.2控制条件的纠错和改进 25
3.3实验程序的纠错和改进 26
3.4实验方案的纠错和改进 27
4.开放型实验设计的解题策略与评价 28
4.1方法开放型 28
4.2条件开放型 29
4.3结论开放型 29
4.4综合开放型 30
5.关于实验装置实验题的解题策略与评价 31
5.1实验装置的改进 31
5.2实验装置的连接 32
5.3实验装置的设计 32
5.4设计实验记录表格 34
5.5材料分析型实验设计题 35
5.6设计实验中物质变化的曲线 36
5.7图解表述型实验设计题 36
5.8图文转换型实验设计题 37
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
2006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、基本理论及运用已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2003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”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。
（一）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→提出假说→设计并完成实验→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，也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“对分离现象解释的验证的测交”实验的假说是：F1(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：
例如，孟德尔“对分离现象解释的验证”的测交实验假设是：“F1(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随之变化，这就是反应变量，该实验即获得和解释温度变化(实验变量)与酶的活性(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比较过氧化氢酶和Fe3＋的催化效率 催化剂的种类(过氧化氢酶、Fe3＋) 催化效率的高低(以点燃但无火焰的卫生香燃烧的猛烈程度表示或气泡产生速度表示) 试管等用具的洁净度、环境温度、相同材料的量、各种试剂的量、反应时间等
实验5探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用 底物的种类(淀粉、蔗糖) 淀粉酶将淀粉水解(处理后加斐林试剂，加热出现砖红色沉淀)，但不能水解蔗糖(处理后加斐林试剂并加热，无砖红色沉淀出现) 淀粉与蔗糖溶液的量、水浴的温度与处理时间、斐林试剂的使用量与加热时间、操作程序等
实验8植物向性运动的实验设计和观察 ①是否黑暗、单侧光照、均匀光照)②改变幼苗空间位置以接受重力影响 ①幼苗弯曲状况②根的弯曲方向 ①幼苗的种类及生长状况、环境温度、培养条件、处理的部位、装置的合理性等②萌发种子的种类及萌发状况、环境温度、培养条件等
实验9观察植物细胞的质壁分离和复原 外界溶液的浓度即高渗及低渗溶液) 质壁分离(液泡失水缩小、颜色变深、原生质层与细胞壁分离)；质壁分离复原(液泡恢复原状、颜色变浅、原生质层恢复原状) 溶液的种类及浓度；分离与复原现象的观察；装片的洁净度及临时装片的制作；材料的选择等。
实验12观察SO2对植物的影响 不同浓度的SO2 植物体的生长状态的变化 实验装置及器材的一致性、实验植物生长状况、SO2浓度的控制、培养的环境条件、实验操作程序、观察时间的长短等
实验13（选修）、温度对酶活性的影响 温度(60℃热水、沸水、冰块) 加碘液后溶液颜色的变化 试管的洁净度、淀粉溶液的量、不同温度的处理时间长度、操作程序、碘液的加入量等
研究课题设计实验观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响 生长素(或类似物)的不同浓度 ①扦插枝条的生根状况的差异②果实发育状况的差异③落花落果状况在使用前后的差异 实验材料的一致性、激素浓度的准确性、处理时间的一致性等
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。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：通入的空气先经过NaOH溶液除去其中的CO2，再经过Ca（OH）2溶液检验CO2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CO2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 1090 135 27 179
黑暗 534 105 35 113
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(mol/L) 发生质壁分离细胞占观察细胞数目的百分比
1 O.2 无
2 O.3 无
3 0.4 15％
4 O.5 40％
5 O.6 80％
6 0.7 99％
7 O.8 100％
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 。
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“探索淀粉酶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，接着又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——A法、B法；乙组——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：
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1 mL蒸馏水，2号、3号试管分别加等量的NaOH、HCl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
实验与对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——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O℃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℃、O℃、37℃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l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l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。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18O2和14CO2追踪光合作用中氧原子和碳原子转移途径的实验等。
④等组实验法。如小麦淀粉酶催化淀粉的实验，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。
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。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，过滤制得淀粉酶；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SiO2，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——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、镊子、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CO2)、Ca(OH)2(检验CO2)、 NaHCO3溶液(CO2的来源)、带余烬的木条(检验O2)、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CO2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斐林试剂和双缩脲试剂
鉴定还原性糖的试剂——斐林试剂
a.取35g硫酸铜，溶解在400mL蒸馏水里，加蒸馏水到500mL。
b.取85g氢氧化钾(或70g氢氧化钠)和175g酒石酸钠，溶解在400mL蒸馏水里，加蒸馏水到500mL。
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——双缩脲试剂
分别配制质量浓度为O.1g/mL的氢氧化钠溶液和质量浓度为O.0lg/mL的硫酸铜镕液，备用。测定时，在3mL待测物中加入1mL质量浓度为O.1g/mL的氢氧化钠溶液和1滴质量浓度为O.01g/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——碘液
取2g碘化钾，溶解在10mL蒸馏水中，再加1g碘，待溶解后用蒸馏水稀释到300mL即可。
③鉴定脂肪试剂——苏丹Ⅲ干粉染液
取O.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CO2试剂——澄清石灰水（Ca(OH)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O.3g/mL的蔗糖溶液；
质量浓度为O.05g/mL的氯化钠溶液；
质量浓度为O.05g/mL的硝酸钾溶液。
⑥细胞核、染色体染色溶液——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明矾溶解在95mL蒸馏水中，再加 O.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——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O.2。
配制：将O.1mLB液加到10mLA液中，现配现用。
⑨植物无土栽培营养液
配方：硝酸钙O.821g、硝酸钾O.506g、磷酸二氢钾0.136g、硫酸镁O.120g、酒石酸铁0.005g。
将上述盐类溶解在少量蒸馏水中，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。
四、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，使用各种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。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输的实验计划。有些题目还要求学生用已有的知识对问题做出假设。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Fe3＋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。
五、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题，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一侧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，麦芽糖遇碘不变蓝。
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“CO2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CO2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 CO2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。
六、提高生物实验设计水平的几点见解
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复原实验中，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、KNO3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CCl4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略，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。
七、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。
1.1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65℃后会变熟，但不知唾液淀粉酶被加热到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65℃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：
(1)
(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。
(3)
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：(1)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3 mL，乙试管注入保存在65℃温水中的淀粉糊3 mL，再向两支试管中各注入等量的2 mL唾液。取丙试管注入保存在37℃温水中的淀粉糊3 mL注入蒸馏水2 mL并振荡。(3)保持各自温度5 min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65℃后不影响其生物活性。(2)若经过65℃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。(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65℃后生物活性降低了。
【评价】本题主要是以温度对酶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10 mm厚池泥。
第二步：沿试管加池水至管口40 mm处。
第三步：
第四步：
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
(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的总渠道。平衡的生态系统主要是生产者、消费者、分解者三者处于一种动态平衡。它们之间的营养结构一旦被破坏就会打破平衡，导致生态系统的改变和破坏，所以微型生态系统内的动物不宜过多、过大，以免破坏食物链。制作好的人工生态系统应放在温度适宜、光照强度适宜的地方培养。这样植物才能进行光合作用，释放O2供需氧型生物呼吸之用，产生的有机物为消费者提供食物，同时吸收消费者、分解者呼出的CO2，保证生态系统内部的生产者、消费者和分解者之间的能量流动，物质循环较长时间地保持动态平衡，使其在一定时间内正常运转。
【答案】(1)第三步：往试管中放一根健壮的水草、适量的水蚤和一条活动能力强、体形相对小的鱼；第四步：试管口加橡皮塞后用凡士林严密封口；第五步：将试管放在温度适宜、光照强度适宜的地方培养；(2)池泥和池水；(3)小；可以减少O2和养料的消耗，容易建立生态平衡；(4)有稳定的能量来源，生产者为消费者和分解者提供有机物、能量和O2；消费者和分解者为生产者提供光合作用所需要的CO2；(5)设计一个试管内无水草，其他条件均与上述试管内的条件均相同的实验，观察水蚤和小鱼的存活时间。
【评价】本题依据生态系统稳定性的原理，考查了学生对生态系统结构和功能知识的理解和运用，以及根据题目的要求设计和完成简单实验方案的能力。
1.2开放型实验步骤设计
此类试题未给学生任何提示，需学生根据题目的要求，分析解决问题所依据的生物学概念和原理，自行设计完整的实验方案，具有一定的开放性。
【例3】据科学家估计，世界上每天至少有4种生物灭绝。如果世界上最后一只野羊刚死亡，请你为该野羊的“复生”献计献策。
【解析】要使刚死亡的生物“复生”，就要利用细胞的全能性，把死亡生物的细胞培育成个体。高度分化的动物细胞，从整个细胞来说，全能性受到限制，但是细胞核仍然保持全能性。可以把死亡野羊的细胞核取出来，移植到母山羊排出的去核卵细胞中，把组合的细胞放在培养液中，在适宜的条件下培养成初期胚胎，将初期胚胎移植到母山羊的子宫内，进一步发育并分娩出野羊。
【答案】实验步骤：
(1)低温保存野羊的遗体。
(2)准备好一定数量的母山羊。
(3)取出野羊体细胞的细胞核移植到母山羊排出的去核卵细胞中。
(4)把重组细胞放在培养液中，在适宜的条件下，培养成初期胚胎。
(5)将初期胚胎移植到母山羊的子宫内，进一步发育并分娩出野羊。
【评价】本题虽以拯救野生生物为背景，但是解题所用到的生物学知识(动物细胞核的全能性、核移植、胚胎移植)是课本上的基础内容，解答这类新情境问题时，应当仔细揣摩命题者的意图，做到处变不惊，联想所学过的生物学知识，问题便能迎刃而解，本题主要考查学生分析问题和解决问题的综合能力。
1.3探索型实验步骤设计
此类试题的特点是实验结果带有不确定性，要求学生在设计实验方案的基础上，从不同的角度、不同的侧面对实验现象、结果进行科学的分析，总结出所预测的所有结论，属难度较大的题目。
【例4】请利用所给的实验材料和用具设计一个实验，了解胚和胚乳细胞膜的活性是否相同。
(1)实验材料：10粒玉米种子、烧杯、刀片、酒精灯、石棉网、培养皿、标签、红墨水、玻片、放大镜。
(2)实验步骤：
(3)实验结果：
【解析】依据原理是活细胞的细胞膜具选择透过性。实验目的是探索胚和胚乳细胞膜的活性。因此应首先确定研究的变量(细胞膜的活性)，再设置对照实验。通过对照组和实验组比较，得出结论。
【答案】实验步骤：①取材：选择10粒新鲜、饱满、粒大的玉米种子，浸入水中使其吸胀。将每粒种子沿中线切开，平均分成两组。将第一组切开的种子放入烧杯里，置于酒精灯(隔石棉网)上加水煮沸lO min以上，使其死亡。②浸染：将两组种子分别放入两只培养皿里，贴好标签。分别向两只培养皿中注入等量稀释的红墨水3～5 mL。③清洗观察：用清水分别冲洗两只培养皿里的种子，直至洗净浮色为止。观察两只培养皿里的玉米种子剖面的着色情况。
实验结果：①“对照组”煮熟的种子剖面上，胚和胚乳都染成红色；“实验组”只有胚乳变红。②种子的胚是活细胞，胚乳是死细胞，胚和胚乳细胞膜的活性不同。
【评价】本题以细胞膜的选择透过性知识为载体，考查学生运用所学的生物学知识，分析解决生产实践和社会生活中新问题的能力。明确实验目的，确定实验原理。遵循单一变量的实验原则，选择实验材料，设计实验步骤，预测实验结果，是解答此类题目的关键。
1.4验证型实验步骤设计
“验证”意味问题本身已是一个生物学事实。涉及的实验一般学生未做过，是让学生进行整体实验的分析和对有关信息和结果的解释，考查学生总体的实验能力。
【例5】请根据下列材料设计一个证明唾液淀粉酶是蛋白质的实验。
实验材料：0.1g/mL的NaOH溶液、0.01g/mL的CuSO4溶液、生鸡蛋、水、小烧杯、试管、滴管、脱脂棉、镊子、玻璃棒。
实验步骤：
【解析】鸡蛋蛋清主要成分是蛋白质，唾液中除水外主要成分是酶。蛋白质在碱性溶液中与CuSO4反应能产生紫色物质(蛋白质的双缩脲反应)，如能证明唾液淀粉酶能发生双缩脲反应，即可证明唾液淀粉酶的化学本质是蛋白质。
【答案】实验步骤：①制备蛋清：取生鸡蛋一个，打破蛋壳，取少许蛋清注入小烧杯中，加入30mL清水，用玻璃棒调匀。②取唾液：用清水将口漱净，口含一块脱脂棉，片刻后取出将其中唾液挤到小烧杯中。③对比实验：取2支试管，编上号。在1号试管中注入2mL蛋清液，在2号试管中注入2mL唾液，然后向2支试管中各加入2mL0.1g/mL的NaOH溶液，振荡。再向2支试管中各加入2～3滴O.01g/mL的CuSO4溶液，振荡。④结果观察：振荡后，静置一会儿，观察到1号和2号试管中都出现紫色。
该实验证明唾液中存在着与蛋清相同的成分，即蛋白质。而唾液中除水外主要成分是唾液淀粉酶，即唾液淀粉酶的本质是蛋白质。
【评价】本题是一个知识延伸迁移的验证性实验，掌握蛋白质的鉴定实验是设计此题的基础，设立对照实验是解决问题的关键。只有全面掌握与教材实验有关的知识，才能避免知识的遗漏，正确解答与教材相关的各种问题。
2.设计实验方案的解题策略与评价
题目给出实验目的及一些附加条件，让学生设计实验方案，写出实验原理。解答这类题目应首先根据题目的要求和给出的条件，确定所考查的知识点及相关的实验原理，构思相关的生物情景，然后再设计便于操作的实验方案。
2.1开放型实验方案设计
此类试题一般不提供实验设计器材，要求学生根据所学知识，确定解决此类试题的原理和方法。原理不同，设计的方案亦不同，具有较大的灵活性。
【例6】已知纯种的粳稻和糯稻杂交，F1全为粳稻。粳稻中含有直链淀粉遇碘呈蓝黑色(其花粉粒的颜色反应也相同)，糯稻含支链淀粉，遇碘呈红褐色(其花粉粒的颜色反应也相同)。现有一批纯种粳稻和糯稻，以及一些碘液。请设计实验方案验证基因的分离规律(实验过程中可自由取用必要实验器材，基因用M和m表示)。
实验方法： 。
实验步骤：
实验预期现象：
实验现象的解释：
实验结论：
【解析】对基因分离规律的验证，主要有3种方法：测交法、自交法和F1花粉鉴定法。
【答案】方案一：
实验方法：采用测交法加以验证。
实验步骤：(1)首先让纯合的粳稻与糯稻杂交，获取F1杂合粳稻。(2)让Fl代杂交粳稻与糯稻测交，观察后代性状分离现象。
实验预期：测交后代出现两种不同表现型且比例为1：1。
实验现象解释：依据测交使用的糯稻为纯合体只产生一种含糯性基因(m)的配子，后代既然出现两种表现型，即粳稻和糯稻，则F1必然产生两种类型的配子，即M和m。
实验结论：F1中含有M和m基因，且M和m这对等位基因在F1产生配子的过程中必然随同源染色体的分开而分离，最终产生了两种不同的配子，从而验证了基因的分离规律。
方案二：
实验方法：运用F1花粉鉴定法。
实验步骤：(1)首先让纯种粳稻和糯稻杂交。获得F1杂合粳稻。(2)F1开花时取其一个成熟花药，挤出花粉，置于载玻片上，滴一滴碘液并用显微镜观察。
实验预期：花粉一半呈蓝黑色，一半呈红褐色。
实验现象解释：F1在产生配子的过程中产生了一种含M基因的配子(蓝黑色)和一种含m基因的配子(红褐色)。
实验结论：由此说明，F1在减数分裂产生配子的过程中所含的等位基因M和m随同源染色体的分开而分离，并最终形成了两种不同的配子。从而直接验证了基因的分离规律。
方案三：
实验方法：采用自交法加以验证。
实验步骤：(1)首先让纯合的粳稻与糯稻杂交，获得F1杂合粳稻。(2)让Fl杂合粳稻自交，观察后代性状分离现象。
实验预期：自交后代出现两种不同表现类型且比例为粳稻：糯稻＝3：1。
实验解释：依据自交使用的粳稻为杂合体，同时含有M和m基因，因此表现为粳稻。在F1进行减数分裂形成配子时，产生了含有基因M和m的两种雌配子和两种雄配子，无论是雌配子还是雄配子基因M：m都接近1：l，雌雄配子的结合机会是相等的。因此，上述两种雌雄配子的结合所产生的F2便出现了两种表现型，粳稻：糯稻＝3：1。
实验结论：F1在进行减数分裂形成配子时，所含等位基因M和m随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随着配子遗传给后代，从而验证了基因的分离规律。
【评价】本题以粳稻和糯稻的杂交遗传为背景，以基因分离规律、自交、测交、淀粉鉴定等基础知识为载体，主要考查学生课本知识运用能力。
2.2基本操作流程方案设计
此类题目常出现在生物工程和遗传育种中，一般给出了培育新品种或生产新产品所需的原材料，要求学生通过分析题目所给出的条件，确定育种或生产生物工程产品所依据的生物学原理，并设计出最佳实验流程图或遗传图解。
【例7】请写出用一株基因型为AaBb的水稻培育出显性纯合体的最佳方案，用图解表示。
【解析】常见的育种方法有：杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种和基因工程育种等。杂交育种所需要的时间长；诱变育种虽能加速育种的进程但目的性较差，有利变异少，需要大量处理供试材料，才能达到预期的结果；多倍体育种能使染色体数目成倍地增加，这一个特点不符合本题培育的目标；通过基因工程和细胞工程培育新品种，是将决定其他生物优良性状的遗传物质定向引入农作物中，使外源基因在农作物体内表达，也无法获得基因型为AABB的纯合体水稻。由于单倍体育种具有速度快、纯度高的特点，因此，单倍体育种是解决此题的最佳方案。
【答案】具体设计过程如下图所示。
【评价】此题考查的杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种、花药离体培养、秋水仙素的作用等，属于知识应用题。解题的关键是掌握这4种育种方法的优缺点，再根据题目要求寻找最佳方案。主要考查学生的审题能力和分析比较能力。
【例8】生产上培育无籽果实经常采用以下两种方法：(1)用适宜浓度的生长素溶液处理未授粉的番茄花蕾，使子房发育成无籽番茄。(2)用多倍体育种的方法获得无籽西瓜。现有某地明年需要种植大批无籽西瓜，请用最经济快捷的方式为其解决秧苗问题(用流程图简要表示)。
【解析】要想在短期内大批量地培育无籽西瓜秧苗，必须采用植物组织培养技术。植物组织培育是无性繁殖的一种类型，其理论基础是植物细胞具有全能性。优点为：①能使后代保持亲本的一切性状(无籽性状等)；②无菌操作，一般不必考虑培育过程中因变异而引起后代性状的改变；③从植物上取材少，培育周期短，繁殖率高，便于工厂化生产、自动化管理。
【答案】组织培育的过程可以概括如图所示：
【评价】此题以无籽西瓜幼苗的培育为背景，考查学生对植物组织培养技术的理解和运用，属知识应用型题。
2.3评价型实验方案设计
此类题目具有明确的实验目的，并列举了若干套解决问题的方案，要求学生依据所掌握的生物学知识，分析评价已知方案的优缺点，并说明原因或进一步设计出可行的方案。
【例9】下图为某个学生根据体细胞杂交技术设计的生产破伤风杆菌抗体的方案。据图回答：
(1)该方案的目的是
(2)该方案能达到预期效果吗？如果不能，请设计出可行的方案。
【答案】（1）目的：生产破伤风杆菌抗体；（2）不能。可行的方案如下图所示。
【解析】破伤风杆菌抗体的生产过程，是制备单克隆抗体的一个实例。制备单克隆抗体的过程中应用动物细胞融合与动物细胞培养技术。动物细胞融合产生的杂交瘤细胞具有双方细胞的遗传物质，能够产生特异性抗体，在体内外培养条件下能大量繁殖。杂交瘤细胞产生特异性抗体的前提是B淋巴细胞受到抗原的刺激形成效应B淋巴细胞。而本题方案没有将抗原注射到小鼠体内，无法得到能产生破伤风杆茵抗体的效应B淋巴细胞。再者，诱导细胞融合筛选出杂交瘤细胞后，应培养杂交瘤细胞，从中挑选出能够产生所需抗体的细胞群，继续培养，以获得足够数量的细胞。然后在体外条件下进行大规模培养或注射到小鼠腹腔内增殖，才能从细胞培养液或小鼠的腹水中，提取出大量的单克隆抗体。而该实验方案把融合产生的杂交瘤细胞直接进行体内或体外培养，没经过筛选并大量培养能产生破伤风杆菌抗体的细胞。因此该方案达不到预期的目的。
【评价】本题从应用知识的角度，考查学生对单克隆抗体制备知识的掌握情况，及用实验流程设计简明实验方案的能力。
2.4探索型实验方案设计
一般探索型实验方案设计题，实验结果是一个未知数，几种不同的可能性导致不同的预期结果。此类题具有一定的开放性，重点考查学生的设计思路和对实验结果的分析预测能力，必须对预期的实验结果分几种情况讨论，解答此类实验题要求学生思维要有条理性和开放性。
【例10】某中学实验室有柑橘60个、塑料桶若干个、松树叶适量、保鲜袋数个、医用APC(保鲜剂)、温度计、台秤或天平、量筒、空调机，请设计一个实验方案，在室温25℃的条件下，研究松树叶是否具有保鲜作用？
【解析】本实验是探究松树叶是否具有保鲜作用，必须同正常保存和使用保鲜剂处理过的柑橘进行对照，比较保鲜期的长短，从而判断松树叶是否具有保鲜作用。
【答案】实验方案：(1)将柑橘分成重量相等的甲、乙、丙3等份，称好每份的重量。(2)分组处理：甲组不经任何处理，用一塑料桶把一份柑橘装好，室温保存；乙组在一塑料桶底铺上适量松树叶，放上一层柑橘再铺一层松树叶；如此重复直至把一份柑橘放完，上面再用松树叶覆盖好，室温保存。丙组用适量医用APC(保鲜剂)溶解于蒸馏水中配成一定浓度的溶液，把一份柑橘放入，浸泡适当的时间。取出后晾干水分，用保鲜袋包装好放入塑料桶中室温保存；(3)观察和记录。利用空调机将室温调节为25℃，定时观察各组的情况，做好详细地记录。结果分析：在3组处理中，若乙组保鲜期接近于甲组，说明松树叶无保鲜作用；若乙组保鲜期优于甲组而不如丙组，说明松树叶具有保鲜作用；若乙组的保鲜期优于丙组则说明松树叶具有良好的保鲜作用。
【评价】本题以松树叶是否具有保鲜作用这一现实问题为出发点，考查了学生设计对照实验、分析实验现象、预期实验结果的能力。
3.纠错和改进实验设计的解题策略和评价
此类试题主要考查学生对实验设计的严密性和科学性的把握，并以此为媒介，引导学生探求解决问题的思路、方法，进一步培养学生的科学素质和实验思维能力。
3.1方法的纠错和改进
此类试题给出了实验目的、步骤和结论，但因实验方法不当，使实验结论失去可信度，还需要指出纰漏加以完善。
【例11】某生物科技小组为了证明镁和钾都是植物生活所必需的元素，他们设计了如下实验：
(1)配制溶液：①配制完全营养液甲。②配制无镁、钾的营养液乙。
(2)培养植株：将长势相似、数量相同的两组玉米幼苗分别种植在两个盛有沙土的容器内，分别浇灌甲和乙营养液。
(3)观察记录：定期观察记录幼苗生长状况。
(4)结果结论：①一定时间后，发现浇甲营养液的玉米生长旺盛，浇乙营养液的玉米弱小瘦黄。②镁、钾元素是植物生活必需的矿质元素。
请分析该实验方案有无纰漏？若有请指出纰漏，再写出你的设计思路。
【解析】该题的实验原理是溶液培养法，实验的目的不同，营养液的成分不同。若要证明钾或镁是植物必需的矿质元素，实验组植株必须只在缺钾或缺镁的培养液中培养。将植株放在同时缺镁、钾的营养液中培养，这样不但违背了单一变量的原则，而且与溶液培养法的原理不相符。把实验组和对照组都种植在盛有沙土的容器中，因沙土中有可能含有铁和钾元素，导致实验方案缺乏严谨性和科学性。此实验方案还缺少植株缺镁、钾后加入缺少元素恢复生长的过程，实验方案不够完善。
【答案】该实验方案有三处错误：错误一：乙液配置有误；错误二：沙土栽培错误；错误三：缺少对症状植株恢复的步骤；
正确的实验方案为：
(1)配制溶液：①配制完全营养液甲。②配制无镁的营养液乙。③配制无钾的营养液丙。
(2)培养植株：将长势相似、数量相同的3组玉米幼苗分别种植在3个盛有洗净沙砾的容器内，分别浇灌甲、乙、丙营养液。
(3)观察记录：定期观察记录幼苗生长状况。
(4)结果：一定时间后，发现浇甲营养液的玉米生长旺盛，浇乙、丙营养液的玉米弱小瘦黄。在乙营养液中补充镁元素，在丙营养液中补充钾元素，一段时间后，这两组营养液中的玉米幼苗又恢复正常。
（5）结论：镁、钾元素是植物生活必需的矿质元素。
【评价】这是一道以溶液培养法的基础知识为载体，设计改进实验方案的实验题。主要考查学生对植物必需元素的理解和运用，以及对题给信息的分析和处理能力。
3.2控制条件的纠错和改进
此类试题主要考查学生对实验条件如温度、pH、O2浓度、物质的质和量的把握。实验条件不同，所得的结论各异。这类题目对于检测学生的审题能力和实验分析能力具有较好的效果。
【例12】为了证实“甲状腺激素及甲状腺抑制剂对蝌蚪发育的影响”，某同学制定下列方案：
a.取两个玻璃缸分别编号为1号、2号；
b.在两个玻璃缸中，分别加入等量(且适量)的水和新鲜水草，然后在每个玻璃缸中分别放入lO条发育状况不同的蝌蚪；
c.向l号缸投放含甲状腺制剂的饲料，2号缸投放含甲状腺抑制剂的饲料；
d.每天分别向两缸中投放一些饲料；
e.每隔一段时间观察一次，观察时用小网将蝌蚪捞出放在培养皿中，再将培养皿放在坐标纸上(1 mm×1 mm)，观察并且测量蝌蚪的体长变化(前肢和后肢的生长情况，尾的变化等)。上述实验设计方案中，有一些明显的设计缺陷或不足，请你修改并完善该设计方案。
(1)该设计方案的明显缺陷是
，因此，a过程应该为(只需陈述修改内容，下同)
；
c过程应该为
(2)方案中存在着引起实验误差的不妥之处，b过程的不妥之处应该改为
；d过程的不妥之处应该改为
【解析】本题考查了甲状腺激素和甲状腺抑制剂的生理作用。应设两组对照实验，一组为条件对照，在饲料中加入甲状腺抑制剂.一组为空白对照，只加入普通饲料。通过对照组和实验组实验结果比较，才能充分说明实验组中所施加的因素——甲状腺激素的生理作用，否则只用条件对照无法说明问题。实验设计应遵循单一变量的原则，对实验条件要严格控制，如蝌蚪的大小，投放饲料和药剂的量，否则实验不易成功。
【答案】（1）该实验设计方案的明显缺陷是缺少空白对照；在a过程再加1个玻璃缸编为3号（或：取三个玻璃缸分别编号为1号、2号、3号）；c过程应为：在3号缸内，投放和1号、2号缸数目大小相同的蝌蚪、普通的饲料，不加任何药剂，作为空白对照，来增强实验的可信度和说服力。（2）b过程中“发育状况不同的蝌蚪”应改为“同时孵化出的发育状况相同的蝌蚪”；d过程中的“一些饲料”应改为“等量饲料”。
【评价】本题以“甲状腺激素促进幼小动物发育”的知识为背景，综合考查了实验设计的两个基本原则——“对照原则”和“控制单一变量原则”。还考查了学生应用生物学基本知识分析和解决有关问题的能力。
【例13】有人对促进植物开花是否与生长素萘乙酸(NAA)有关进行了实验研究，过程如下：
方法：取水仙球茎24个分成两组。
操作见下表：
组名 处理方法
对照组 水仙球茎不剥去鳞茎，不加NAA，让其自然生长
实验组 剥去鳞茎，仅取出花苞，共得18个，消毒后种于MS培养基中，其中加入NAA (O.1mg/L)，每瓶种一个
实验结果：实验组除个别瓶污染外，其余均在一周时破苞开花，而对照组则比实验组晚开花一个半月。请回答问题：
(1)本实验可得到的结论是什么？
(2)本实验是否有不妥之处？若有，请指出不妥之处。再设计出一套合理的实验方案。
【解析】实验组花苞用NAA处理，一般在一周时开花，而对照组花苞未用NAA处理，结果比实验组花苞开花晚一个半月。可见，生长素NAA的确能促进植物开花，而从实验设计的科学性角度出发。
【答案】（1）结论：生长素NAA能促进植物开花。（2）本实验存在诸多不妥之处：①本实验在分组时应将24个球茎随机均分成两组，而不是对照组6个，实验组18个。②从鳞茎内取出的花苞放在培养基上能提前开花，鳞茎内花苞开花晚可能是鳞茎内有抑制花苞发育的物质存在。因此对照组的水仙球茎也应剥去鳞茎或保留实验组的鳞茎。③实验组种于MS培养基中，而对照组自然生长，开花早晚也可能与培养基有关。因此实验组和对照组都应种于MS培养基或都让其自然生长。
根据以上分析可构建出如下实验方案：①取生长发育状况相同的水仙球茎24个，随机均分成两组。②将水仙球茎消毒后种于MS培养基中，每瓶种一个。③实验组中加适量的0.1 mg/L的NAA，对照组不加NAA，然后放在相同温暖的地方培养，定期观察两组水仙球茎的生长发育状况。
【评价】教材仅介绍了生长素能促进植物生长的知识，并未提及生长素NAA能促进植物开花。而本题是以新知识为背景，考查学生对实验设计过程中单一变量的理解和应用，及对实验结论推理和判断能力。
3.3实验程序的纠错和改进
此类题目给出了实验操作的一系列步骤。要求学生分析评价解题程序的科学性和规范性。找准解题切入点，避开误区，设计最佳实验方案。
【例14】为验证pH对唾液淀粉酶活性的影响，某位学生设计如下：
(1)在1～3号试管中分别加入O.5％的新鲜可溶性淀粉液2.O mL。
(2)分别向l～3号试管中加O.5％唾液1.O mL。
(3)向1号试管注入1.0 mL蒸馏水，向2号试管注入质量分数为5％的NaOH溶液1.0 mL，向3号试管注入质量分数为5％的HCl溶液1.0 mL。
(4)振荡这3支试管，使试管内的液体混合均匀。然后，将3支试管下半部浸入60℃左右的热水浴中，保持5 min。
(5)在3支试管中加入2.O mL斐林试剂振荡后，将3支试管的下半部放入盛有热水的大烧杯中，用酒精灯加热，煮沸1min。观察3支试管中溶液的变化情况，记录结果。
该学生的设计方案，有无不妥之处？若有请改正并指出原因。
【解析】唾液淀粉酶可使淀粉水解成麦芽糖，麦芽糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。关于pH对酶活性影响的实验中，操作时必须先将酶置于不同环境条件下(加清水、加NaOH溶液、加HCl溶液)，使酶的活性发生改变，然后再加入可溶性淀粉液。如果改变顺序，先加可溶性淀粉液和唾液淀粉酶溶液，后放入不同环境中，则会因酶还没有接触NaOH溶液和HCl溶液，活性很高，使3支试管中都有还原糖(麦芽糖)生成，最终会出现3支试管中溶液均变成砖红色，看不到pH对酶活性的影响。
【答案】该实验的实验步骤顺序有误，正确顺序应为：(2)→(3)→(1)→(4)→(5)。因为一旦将(1)提前，在酶还没有失去活性的情况下，会使淀粉分解产生还原糖，使3支试管中溶液均变成砖红色，导致实验失败。
【评价】验证pH对酶活性的影响，一定要先使酶的活性发生改变后，再加入淀粉，否则会影响实验效果。做这类题时，应依据教材实验方案和自己做实验的经验，进行分析判断，从中找出错误并加以改正。
3.4实验方案的纠错和改进
题目中给出了若干实验设计的方案，要求学生评价给定的设计方案，并根据题目的要求，设计出自己的思路。解题时需通过阅读原材料，找出解题的关键，再根据题目中所涉及的生物学概念和原理，构建出自己的思维体系。
【例15】为了“鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液”，两位同学根据所给的材料和用具进行了实验设计，请分析这两个实验思路是否有不妥之处？再写出你的设计思路，并分析实验结果。
实验材料用具：一瓶10％蔗糖溶液，一瓶30％的蔗糖溶液，250mL烧杯一只，半透膜制成的透析袋一只，刻度玻璃管一支，细线一根，支架一个。
(1)实验方案一：将10％的蔗糖溶液倒入烧杯中，将30％的蔗糖溶液灌满透析袋，将刻度玻璃管插入袋内溶液中，用线将袋口和玻璃管扎紧。将插有刻度玻璃管的透析袋放入有溶液的烧杯中，垂直固定于支架上，记录玻璃管液面的刻度，一段时间后，观察玻璃管的液面刻度，确定液面是升还是降。
(2)实验方案二：将一瓶蔗糖溶液倒入烧杯中，将另一瓶蔗糖溶液灌满透析袋，用一根细线将袋口扎紧后，放入有溶液的烧杯中，固定于支架上，用另一根细线系住刻度玻璃管的一端并垂直固定于支架上，另一端放入盛有溶液的烧杯中，记录玻璃管液面的刻度。一段时间后，观察玻璃管上的液面刻度，确定液面是升还是降。
【解析】解答这类实验设计题，可按以下步骤进行：明确实验目的→分析实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果并分析。本实验目的是鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，原理是渗透作用。
必须具备两个条件：一是具有一层半透膜；二是半透膜两侧的溶液具有浓度差。分析实验原理时要注意题目所给的条件(半透膜制成的透析袋，两种不同浓度的蔗糖溶液)，结合有关渗透知识(水分子总是从溶液浓度较低的一侧通过半透膜向溶液浓度较高的一侧渗透)，根据实验目的、实验原理和本题提供的实验器材，确定实验思路：必须将两瓶浓度不同的蔗糖溶液分别置于透析袋的两侧，通过观察渗透作用现象来判断溶液的浓度。
【答案】不妥之处：
实验方案一：把这两瓶待测浓度的蔗糖溶液当成已知浓度的蔗糖溶液来设计实验，混淆了已知与未知的条件，实属本末倒置。
实验方案二：已知条件给出了一根细线，而实验中却用了两根细线，不符合题目条件要求。刻度玻璃管放入盛有溶液的烧杯中，刻度玻璃管内外溶液无压力差，液面不会发生变化。
正确的实验设计方案为：
(1)将一瓶蔗糖溶液倒入烧杯中；
(2)将另一瓶蔗糖溶液灌满透析袋，将刻度玻璃管插入袋内溶液中，用细线将袋口和玻管扎紧；
(3)将插入刻度玻管的透析袋放入有溶液的烧杯中，垂直固定于支架上，记录玻璃管液面的刻度；
(4)一段时间后，观察玻璃管上的液面刻度，确定液面是升还是降。
结果分析：如果液面升高，则透析膜中的溶液是30％的蔗糖溶液，烧杯中的溶液是lo％的蔗糖溶液；反之，可推断透析袋中是10％的蔗糖溶液，烧杯中的是30％的蔗糖溶液。
【评价】解此类题关键是要分析题目给出了哪些已知条件和待定条件，并注意实验设计时除非条件允许，否则不能随意增加实验试剂和材料。
4.开放型实验设计的解题策略与评价
开放型实验设计是指具有明确的实验目的，但是答案具有不确定性或者条件不唯一或者解题方法多样的试题。这类试题常以基础知识为背景设计而成，要求学生自己选取相关的知识或方法来解答，主要考查学生的基础知识掌握程度、归纳推理能力和逆向思维能力。为加强对开放型试题的研究，现将这类试题分类剖析如下：
4.1方法开放型
这种类型的试题要求学生根据题目所设条件和要求，寻找切合实际的多种解决问题的途径，变学生的单向思维为多向思维，从而考查学生的灵活性、流畅性和广阔性。
【例16】某些科研人员在农科站研究奶牛，发现牛厩中的苍蝇很多，影响了牛群的健康，人们用DDT溶液喷洒在牲口圈内和牛身上，DDT是一种杀虫剂，能杀死几乎所有苍蝇。但一周后，苍蝇的数目再次增加，工人再次喷洒DDT，得到类似于第一次喷洒的结果——多数苍蝇都死了，然后苍蝇的群体再次扩大，工人又一次喷洒DDT，经过4～5次重复喷洒后，DDT能杀死的苍蝇越来越少直至最后全无杀虫效果。
据此回答下列问题：
(1)有人认为可能是所使用的DDT本身失效了，请你提出一个方案检验这个假设。
(2)有人认为是DDT对苍蝇的抗药性差异进行了选择，是适者生存，不适者被淘汰，请你设计一个方案检验这个假设。
【解析】本题考查了达尔文的自然选择学说，在自然选择学说中：生存斗争是动力，遗传和变异是内因，选择是定向的，变异是不定向的，定向选择的最终结果是适者生存，不适者被淘汰。根据变异的不定向性，我们可知苍蝇的个体存在着抗药性的差异，有的抗药性强，有的抗药性弱，经过DDT处理进行选择，就把抗药性强的个体选育出来，这样一代一代地选择下去，苍蝇中就保留了具有强抗药性的个体。为了说明苍蝇对DDT的抗药性的差异是自然选择的结果，必须设计人工选择实验作为对照。在人工选择的实验中每一个家系设为两组，一组用DDT处理，观察苍蝇的抗药性，决定保留还是淘汰；另一组不做处理，用来证明抗药性的产生是生物在突变的基础上进行选择的结果，而不是因为使用了DDT的缘故。
由于DDT对苍蝇的长期选择，使苍蝇的抗药性越来越强，导致DDT无杀虫效果。为了说明DDT对苍蝇无效，不是DDT本身失效所致，我们可以通过对照实验加以证明，也可通过化学方法解决。
【答案】(1)方法1：用DDT在非实验区实验，看能不能杀死苍蝇。如果能杀死，证明DDT没有失效；如果不能杀死，证明DDT失效。
方法2：用化学方法分析DDT的化学成分，看是否发生改变。若发生变化，说明DDT失效；若未发生改变，说明未失效。
(2)方案设计如下：
将苍蝇分成两组。
甲组：混合饲养，自由交配，每代都用DDT处理，并且逐渐加大剂量，培养lO代。
乙组：分成若干瓶，每瓶中放一对，并繁殖为一个家系。将每个家系平均分成两瓶，A瓶放DDT，B瓶不放DDT。若A瓶中苍蝇死亡率高，这个家系淘汰不要；若A瓶中苍蝇死亡率低，则将B瓶留下来，再一对一对分开，让其繁殖成若干家系，再按前法分成两瓶，并分别处理饲养，继续选留死亡率低又没有经过DDT处理的类型。每经过一次测试和选择，都增加DDT的剂量。如此经过l0次选择，比较甲、乙两组苍蝇的抗药性是否相同。若相同，可说明苍蝇是在突变的基础上经过自然选择产生了抗药性；若不相同，则说明不是DDT选择的结果。
【评价】本题借助达尔文的自然选择学说的知识，不仅考查了学生的设计实验方案，检验实验假设的能力。还以现实生活为背景，考查了学生分析实验原理，总结实验结论，设计对照实验的能力。
4.2条件开放型
这种类型的试题具有明确的实验目的，根据学生的已有知识可找到多种解决问题的途径，要求学生选择其中部分条件设计实验方案。主要考查学生灵活运用所学知识解决新情境中新问题的能力。
【例17】某生物科技活动小组的同学想知道，夏日池塘的水滴中是否有生物生存，但找不到合适的方法。请你根据已学过的知识，利用实验室的条件，设计一个实验方案加以证明。
【解析】生物与非生物的区别是：生物具有6个基本特征，而非生物不具有这6个特征。夏天池塘的水滴中主要有单细胞的原生动物，因此必须借助显微镜制作临时装片观察，根据如下几点判断：(1)看是否对外界刺激产生反应；(2)在显微镜下看是否有细胞结构(在显微镜下能够看到细胞壁、细胞膜、细胞质中的叶绿体、细胞核等结构)；(3)看是否能够自主运动；(4)看是否进行分裂生殖。只要符合上述一种或几种条件都可判断生物的存在。
【答案】实验方案：(1)任取池塘中的一滴水制成临时装片；(2)用低倍显微镜观察视野中有无细胞结构、细胞分裂或某种物体的运动；(3)在装片的一侧滴加生理盐水，另一侧滴加清水，观察有无物体的定向运动。结论：(1)存在有细胞结构，能繁殖，能自主运动，能对刺激作出反应的某些特征，则判断有生物的生存；(2)不存在上述任何特征，则证明无生物生存。
【评价】本题通过设置具体的情境考查生物的基本特征，要求学生深入研究题目的内部联系，找出能够得到结论的各种条件。使学生“灵活运用”是这类试题突出的特点。
4.3结论开放型
答案开放型试题从不同角度不同层面分析有不同的答案。既能考查学生对基础知识的掌握程度和灵活运用能力，又能考查学生知识的迁移和重组能力。
【例18】已知H2O2酶广泛存在于动物、植物组织中，它能催化H2O2的分解反应。锈铁钉上的Fe3＋也能催化H2O2的分解。现有新鲜的肝脏研磨液、锈铁钉、3％的H2O2溶液以及量筒、滴管、试管夹、三角架、试管若干、酒精灯、烧杯、剪刀。请用这些实验材料和用具设计实验来证明：肝脏研磨液中是否含有H2O2酶；若有，请用所给条件继续设计实验证明该酶的一种特性。
实验步骤：
第一步：取3支干净的试管，编号为A、B、C，各加入3mL 3％的H2O2溶液。
第二步：
实验现象：
实验结论：
【解析】本实验的原理是无机催化剂Fe3＋和H2O2酶都可以催化H2O2分解成水和氧。因此可以通过对照实验来证明肝脏研磨液中是否有H2O2酶。根据酶具有高效性、专一性和需要适宜的条件等特点。根据题目所提供的条件只能证明酶的高效性和酶的活性受温度的影响。①若证明酶的高效性。可在以上设计的基础上，比较A、B试管产生气泡的速度或冒气时间长短(短的是因为酶很快将H2O2分解完了)，即可证明酶的催化效率高于无机催化剂，具有催化的高效性。②若证明酶的活性受温度的影响，应在原实验步骤的基础上，另设一个对照组D组，在D组试管中加入煮沸的肝脏研磨液，比较A、D试管的反应速率，足以证明酶在高温下失去活性，即酶的活性受温度的影响。
【答案】第二步：在A试管中加入少许新鲜的肝脏研磨液，在B试管中加入锈铁钉，C试管中不加任何物质(作为空白对照)。
实验现象：A试管中产生大量气泡，B试管中产生少量气泡，C试管中无反应。
实验结论：比较A、B、C 3支试管的反应情况，可说明肝脏研磨液中含有能催化H2O2分解的物质，即含有H2O2酶。
【评价】此题要求学生在证明肝脏研磨液中含H2O2酶的基础上，进一步设计实验探索酶的一种特性。根据题目提供的条件，结合所学知识可知答案有两个，只需学生设计出其中的一个即可。这种类型的开放题能够激发学生的思维，为教与学提供更大空间，也可以培养学生学习的主动性和创造性。
4.4综合开放型
这种类型的试题只给出一定情境，表现为条件、方法和结论开放的若干组合，要求学生在新情境中自行设计相应的条件、方法和结论。
【例19】某地种植、养殖品种及生产的某些因素如下表。请依据生态学原理，选择种植、养殖生物各两种，设计一个良性循环的生态系统(以物质循环示意图方式展示，如有必要请作简要说明)。
种植 玉米、小麦、棉花、苹果
养殖 猪、鸡、牛、鸭
施肥 农用肥、化肥(25 kg/亩)
虫害 玉米螟、粘虫、棉铃虫
农药 适量
【解析】本题要求学生运用生态学知识，根据生态平衡原理，设计一个良性循环的生态系统，其条件、方法和方案具有不确定性。其要点是做到投入少，产量高，要有效避免或减轻环境污染，要以生物能转化的废弃物利用为基准点。根据题设要求，种植和养殖可随意选取两种，同时可考虑设置沼气池将秸秆和粪便放入沼气池发酵产生沼气，供家庭生活使用，沼气渣供植物做肥料，植物草茎作为养殖动物的饲料。施肥要求用农家肥。防止环境污染。同样为避免环境污染，治理虫害不用农药，而采取生物防治方法，甚至可采用转基因技术，将抗虫基因导入农作物体内，从而具备抗虫功能。
【答案】参考设计方法如图所示。
说明：可用性引诱剂、害虫天敌等生物防治方法防治害虫。
【评价】此类试题，给学生以较大的思考空间，有回旋余地，不同学生根据自己的知识水平和能力可得出不同的答案，激发和保护了学生的创新思维，培养了学生的创新意识。
5.关于实验装置实验题的解题策略与评价
此类试题多属理科综合实验题，不仅考查学生对生物学科主干知识的掌握，还考查学生对学科间知识的综合运用。能充分地体现新课程标准中“用图表介绍研究方法和结果，阐明观点”这一能力要求。常见的有实验装置的改进、实验装置的连接和实验装置的设计等几种基本题型。
5.1实验装置的改进
题目中给出了为证明实验结论所设计的实验装置，要求学生根据实验的原理和目的，指出实验装置设计的不当之处，并加以改进。
【例20】下图是一位学生设计的实验，用来证明CO2是光合作用的主要原料。
(1) 请指出该装置的主要错误。
① ；
② ；
③ ；
④ 。
(2)如需对照实验，请描述对照实验的设计。
【解析】该同学设计的装置是为了证明“CO2是光合作用的主要原料”。由于光合作用的产物中有淀粉，因此可通过碘遇淀粉变蓝这一特性来检验实验结果。为了消除叶片中原有淀粉对实验结果的影响，应首先让实验装置中的植物进行48 h的饥饿处理，消耗原有的淀粉，然后把植物平均分成两组，实验组装置中放入盛有Ca(OH)2溶液的小烧杯，除去装置中 CO2，对照组中无Ca(OH) 2溶液，有CO2，其他实验条件两组完全相同。由于光质和光照强度都影响ATP和[H]的数量，从而影响淀粉的形成。而光合作用只利用红橙光和蓝紫光，几乎不利用绿光，故原装置中绿色玻璃瓶应换成无色玻璃瓶。为增加淀粉的生成量，使实验现象更明显，应从多个方向照光。
【答案】（1）原装置错误有：①应用黑暗处理48 h的植物；②不用绿玻璃，应用无色玻璃瓶；③光照方向应从各个方向照射；④应设计对照实验。
（2）对照实验设计：对照实验的实验条件与改正后的实验装置基本相同，只是没有Ca(OH) 2溶液[加与 Ca(OH) 2等量的H2O]，这样实验组(无CO2)和对照组(有CO2)除有无CO2这一实验条件不同外，其他实验条件完全一样，将实验组和对照组的叶片取出，经酒精煮沸脱色后，滴加等量碘液，实验组不变蓝，对照组变蓝，从而证明CO2是光合作用的主要原料。
【评价】本题考查影响光合作用的条件，在能力方面，主要考查学生运用所学的基本知识分析、理解图示信息和解答有关问题的能力。
5.2实验装置的连接
此类试题为生化结合题，题目只给出了几组实验装置，要求学生通过分析各装置的作用，把各组实验装置连接起来，从而达到解决问题的目的。该类题常出现在研究光合作用和呼吸作用的实验中。
【例21】利用下列装置（图），设计一个测定呼吸作用的装置图。要求：所给装置均要用到，必要时只能重复使用所给三个装置中的其中一个。
(1) B装置图中药品所起作用是
(2) C装置图中药品所起作用是
(3)A装置用不透光玻璃罩罩住植物是因为
(4)用字母表示测定呼吸作用的最佳程序为
【解析

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