生物实验设计与评价

生物科学是一门实验科学，因此生物实验一直是生物学高考必出的内容。从近几年的实验题在高考中的题型变化来看，借助实验方法创设新情境，侧重考查学生对实验进行解释和分析的能力已成为命题趋向，其中设计型实验题更是热点。 所谓实验设计，就是要求学生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方法及分析实验的现象。它包括设计实验方案、设计实验步骤、设计实验改进方法等。 实验设计，主要考查学生是否理解实验原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情境下迁移知识的能力。

一、 实验设计的四个原则

1.对照性原则：

在实验设计中，通常设置对照组，通过干预或控制研究对象以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。

实验设计中可采用的对照方法很多，除了有阳性对照、标准对照、自身对照、相互对照之外，通常采用空白对照的原则：即不给对照组以任何处理因素。值得强调的是，不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的，实际上对对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素。

2.随机性原则：实验设计中的随机化原则，是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。

3.平行重复原则：平行重复原则，即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。上述随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行重复的原则就是为解决这个问题而提出的。

4.单因子变量原则： 单因子变量原则，即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。二、实验设计的基本方法

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。看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果。

2.明确实验目的原理：明确实验到底要解决什么问题，要用到生物学上什么原理。 3.确定实验思路：就是根据原理对实验作出假设，并对可能产生的现象作出预期，并充分利用实验材料设计实验思路。

4.设计实验步骤：根据上述实验目的、原理和思路，设计出合理的实验装置和实验操作步骤。要思考题目中所给出的实验材料和试剂分别起什么作用？怎样运用？要注意：一是题目中给出的实验试剂和材料一般应充分利用；二是除非题目条件允许，否则不能自己随意增加实验试剂和材料。由于实验设计是一种开放性试题，可能存在多种实验步骤，但一般应遵循以下几个要求：简便性、可行性、安全性和精确性。

5.记录实验现象和数据：在实验中将观察到的现象如实、准确地记录下来。除了用文字进行记录外，还可以用数据或符号进行记录。

6. 分析得出结论：

根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，归纳出一般概括性判断，并用文字、图表、绘图等方法作一个简明的总结。

以上只是解答一般综合实验设计题的一般思考方法。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。 三、 实验设计题型类析

1.设计实验方案：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，解答这类题首先要根据题目的要求和给出的条件，确定和书本相关的知识点及实验原

理，构思相关的生物情境，然后再设计便于操作的实验方案。

例1 设计一个于室外空旷处进行的，在不用任何药剂、装置合乎触及幼苗的情况下，使幼嫩植株长成如图示形态的实验方案，并说明实验原理。

(1) 实验方案

(2) (2)实验设计原理

解析：这是来源于生活中的习题，可采用的方法很多，如利用向光性生长等，但题目作了许多限制，因此根据生活常识可设计为将正常生长的植株花盆侧放在地上，待其弯向上方生长后，再摆正花盆。其原理为利用茎的背地性生长的特性。 2.设计实验步骤：根据题目要求给定的器材以及实验提出的目的，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。要求教学中要强化实验，培养学生根据实验试题的要求和有关原理设计出简单实验方法的能力，以及通过分析和综合、比较和论证，选择解决问题的最佳方案的评价能力。例2 现提供新鲜柑桔60个，塑料桶(篮) 数个，松树针叶适量，蒸馏水、清水、无色透明保鲜袋若干，医用APC(保鲜剂) 、温湿计、台式天平、量筒、空调机等。请你设计一个实验方案，在室温24℃的条件下，研究松树针叶是否有保鲜作用。解析：(1)将柑桔分成甲、乙、丙三等份，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(篮) 把一份柑桔装好，放在室内桌架上。乙组：在一塑料桶(篮) 底铺上适量的松树针叶，放上一层柑桔再铺上一层针叶，如此重复直至把一份柑桔放完，上面再用松针叶覆盖好，放室内保存。丙组：用适量医用APC(保鲜剂) 溶解于蒸馏水配成一定浓度的溶液，把一份柑桔放入浸泡适当的时间。取出后晾干水分，用保鲜袋包装好放塑料桶(篮) 中保存。(3)观察与记录。利用空调机将室温调节为24℃，定时观察各组出现斑点和软腐的情况，做好详细的记录。试验进行到柑桔完全失去食用价值时结束。(4)实验结果分析。在三组处理中，只要乙组的柑桔保鲜期优胜于甲组，说明松树针叶有保鲜作用，而乙组的保鲜期接近、相等或优于丙组，则说明松树针叶有良好的保鲜作用。

3.设计实验改进方法：此类试题主要考查学生对实验设计的严密性和科学性，并以此为媒介，引导解决问题的最佳方法，进一步培养学生的科学素质和科学能力。 例3引起50%左右细胞发生初始质壁分离的浓度，我们称之为细胞液的等渗浓度。为了测定洋葱表皮细胞的等渗浓度，有人把剪成小块的洋葱表皮细胞分别(等量) 依次放入下面各组溶液中，并记录结果如表（１）：(1)该洋葱表皮细胞的等渗浓度为多少？(2)如果再给你4组实验材料，请设计出可以更精确地测出细胞等渗浓度的方法。解析：这类试题并不单纯以实验能力为考查目的，而是以实验作为问题情境，考查学生的综合分析能力。根据题设条件可知该洋葱表皮细胞的等渗浓度为0.5-0.6mol/L之间。如何设计一个更加精确的测定方法，从题中的设计思路推知，可采用缩小各组蔗糖溶液的浓度梯度加以测定。因此可分别配置浓度为0.52mol/L、0.54mol/L、0.56mol/L、0.58mol/L的4组蔗糖溶液进行类似实验。或先配置浓度为 0.55mol/L的蔗糖溶液进行实验，如果发生初始质壁分离的超过50%，则再配置0.53mol/L的蔗糖溶液，如果没有达到50%，则再配置 0.58mol/L的蔗糖溶液。依次类推，先后进行4次实验。 4.综合实验设计型：这类试题完全为开放性试题，其条件、方法和方案均具有不确定性。要求根据题型要求自行设计。例4 某地种、养殖品种及生产的某些因素如表（２）。请依生态学原理，选择种、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，如有必要请做简要说明) 。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循环利用为基准点。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入沼气池发酵产生沼气，供家庭生活使用。沼渣供植物作肥料，植物草茎可作为养殖动物的饲料。施肥要求用农家肥，防止环境污染不用化肥。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。其参考设计方法如图（３）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。