摘 要：新课程高考较传统高考而言更侧重对学生综合分析问题能力的考查，因此高考生物实验设计题越来越呈现多样化、综合化、情景化。这种变化有利于改变目前学生死记实验结论的现象，有利于培养学生科学的思维方法，更有利于学生创新能力的培养，同时对教师的教学提出了更高的要求。如何更有效地解决学生对生物实验设计的困惑，本文就高考生物实验设计题解题技巧作出分析总结。
  关键词：高考生物  实验设计题  解题技巧
  新一轮高中课程改革强调重视对学生科学探究能力的培养，新课程高考更加注重对实验设计能力的考查。在高等学校选拔考试中实验设计题多以新问题、新情景展现，由于学生平时训练不够，加之对新情景的畏难心理，考试时往往找不到切入点，导致实验操作的语言表述层次不清；术语不准确；设计缺乏科学性、合理性；实验结果的预期和分析不到位，从而导致这类题的得分率低。针对上述情况，此文提出了实验设计题型常规的解题方法与技巧。
  一、背景资料
  生物科学探究实验一般步骤为六步：
  （一）、提出问题:在观察的基础上提出有意义的值得探讨的问题
  （二）、作出假设:根据某种现象或已有知识做出的未经验证的假设，做出的假设可能是一个正确的假设，也有可能是一个错误的假设，必须根据假设做实验来验证。
  （三）、实施计划：是完成假设和解决问题的最终途径，必须根据实验目的和提出的假设来具体设计实验的方法和步骤，在实验步骤设计中，必须遵循对照的原则。
  （四）、分析实验数据，最后得出结论：如实记录实验的事实，现象，数据，记录有实验变量引起的不同结论。再根据事实得出实验的最终结论。如果获取的结果与假设相符则可顶假设；如果结果与假设不相符则假设不成立。
  （五）、表达交流，写出实验报告。
　 这种方法适用中学遇到的生物设计实验.要进行实验，首先必须对研究对象所表现出来的现象提出某种可能的解释。也就是提出某种设想或假说，然后设计实验来验证这个设想或假说。可见，在科学的研究方法中，实验起着重要的作用。
  二、研究方法及成果
  高考生物实验设计题的能力要求高，难度较大，学生往往感到比较困难。从解题技巧的角度来看，总体上可以分以下几步进行：
  明确实验目的，确定实验类型→分析实验原理，确定实验思路→找准实验中的变量→设计实验步骤→预期结果与分析→得出实验结论。
  （一）、 明确实验目的，确定实验类型
　 首先认真阅读题目，明确实验目的，确定是探究类实验还是验证类实验。
　 探究实验室指根据预先假设，利用已有知识储备，根据提供材料所进行的探索类实验。该类实验的实验结果是未知的，结论也是未知的；验证性实验是指在一个设计完整的框架下来验证、检测实验结果能否达到实验原理所描述的结论的一类实验，该类实验的实验结果是已知的唯一的，实验的过程就是通过一定的实验手段达到预期的实验结论。根据实验目的的不同，可把实验分为验证性实验和探究性实验两大类型。验证性实验是已知原理，现象和结论的前提下，通过具体的实验来证明相应的生物学现象的实验方法。探究性实验是在不明实验结论的情况下，用己有的实验条件，通过控制实验变量来探究研究对象的未知属性，以及与其他因素的关系，依据实验现象推测出结论的实验方法。例如：为了验证甲状腺激素的生理作用，以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。验证性实验在题干中往往会出现“验证”或“证明”等字样。探究性实验的题干中往往会出现“探究”字样。探究性实验是指在假设的前提下，获取支持或推翻假说的实验，该类实验的实验结果是未知的，因而在实验前要对实验结果进行预期，并分析其原因，“若是……则说明……”是实验结果的表述形式, 实验的过程在于获取假说中有用的信息,探索实验的结论.
  例1、（2012广东卷）食品种类多，酸碱度范围广。生物兴趣小组拟探究在食品生产应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：
　　（1） pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。据图12可知，_________更适宜作为食品添加剂，理由是________。蛋白酶的活力可用________的量来表示。

　　
　　（2）该蛋白酶的提取工艺流程如下：
　　
　　

　　兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。结果显示，酶保护剂浓度在0.02-0.06mol/L范围内，酶活力较高；提取液pH在6.0-8.0范围内，酶活力较高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂的美活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并确定以此为探究课题。请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。
　　【答案】（1）木瓜蛋白酶 由图可以看出，木瓜蛋白酶的活性不随PH的变化而变化 
　　单位时间内 底物消耗（产物产生）
　　（2）课题：探究酶保护剂的最适浓度和提取液的最适PH

　　
　　
　　
　　
　　
　　
  解析:（1）审题结合图形和文字，在题目中已经提供了信息“食品种类多，酸碱度范围广”所以选择的食品添加剂应该有广的酸碱适应范围，从图形中，我们可以看出木瓜蛋白酶的适应范围最广，所以可以选作食品添加剂。酶的活力，我们一般用酶催化的底物消耗量或者底物生成量来表示。
  （2）实验设计，我们应该明确实验目的，这里的实验目的是为了探究酶保护剂的最适浓度和提取液的PH值，所以我们可以将酶保护剂的浓度和提取液的PH值作为自变量，因变量为单位时间内底物的消耗量
  （二）、分析实验原理，确定实验思路
  实验原理就是实验设计的理论依据，正确理解实验原理是实验设计成败的关键。实验材料的选择、实验装置的确定、实验步骤和实验方法的安排都不是随意的、盲目的，而是有其实验原理作为依据的。实验现象和实验结果的预期也是依据实验原理而作出的。根据实验原理，对照实验目的，通过初步分析，在头脑中搜寻教材上或曾做过的实验模型，初步形成大致的实验方案和思路。
  （三）、找准实验中的变量，选择实验方法
  1、明确实验的变量。实验过程中可以变化的因素称为变量，它可分为：
  实验变量：又称自变量，是指实验中由实验者操纵的因素或条件，即人为改变的变量。
  反应变量：又称因变量，是指由实验变更所引起的变化结果。
  无关变量：它是指实验中除实验变量以外的影响实验结果及现象的因素或条件。无关变量不是指与实验结果无关的量，而是指与该实验目的无关的因素，它通常包括：实验材料的状况与用量、实验试剂的浓度与用量、实验的外界条件、实验所需时间、影响实验结果检测的因素等等。实验过程就是实验者操纵自变量，获取因变量，并严格控制无关变量的过程。一般来说无关变量越多，实验设计就越复杂。
  例如“探究温度对淀粉酶活性的影响”中，低温（冰块）适温（60℃）高温（100℃）就是自变量，酶活性的改变则是因变量，而除实验变量外，试管的洁净程度、酶的用量、淀粉浓度、反应时间长短等等则是无关变量。
  例2、（2012江苏卷）为探究低浓度NaHSO3溶液水稻光合速率的影响，某研究小组做了如下实验，请完成实验报告并回答下列问题：
　 （1）实验报告　
  ①材料用具：
乳熟期的温室盆栽，1mmol/L NaHSO3
溶液、蒸馏水、喷壶、光合分析测定仪等。
  ②实验步骤：
  第一步：选取若干——的水稻植株随机平均分成甲、乙两组，甲组为对照组，乙组为实验组。
  第二步：每天傍晚分别将等量的——、——喷洒在甲、乙两组的水稻叶片上，次日上午测定光合速率。

  ③结果与分析：
  实验结果见图1，经分析可以得出的结论是————。
  （2）研究发现NaHSO3增加了叶片内叶绿体形成ATP的能力，推测其作用部位是叶绿体的——，进而加快对图2中——（填字母A～D）物质的利用。
  （3）研究小组利用上述条件设计实验，证明了0.2mol/L硫酸甲酯吩嗪（PMS）和1mol/LNaHSO3效应相同，两者共同处理既不存在累加效应，也无抑制效应。请在答题卡的指定位置用要柱形图绘制出实验结果（实验光照强度为1000molm-2s-1）。
答案：

  （1）②株型、长势、叶片均一　　蒸馏水　　　
   1mmol/L NaHSO3溶液
  ③不同光照强度下代浓度NaHSO3溶液可提高水稻光合速率
  （2）类囊体　　A、B、D（3）见右图
  解析：（1）该实验中自变量为是否喷施NaHSO3溶液，因变量是水稻光合速率，其它为无关变量，在实验过程中要排除无关变量对实验结果的干扰，所用实验材料的株型、长势等条件要基本相同；实验操作分对照组和实验组，对照组喷洒一定量的蒸馏水，实验组喷洒1mmol/LNaHSO3溶液；③根据图1，在不同光照强度下，喷洒NaHSO3溶液的植株光合速率均高于喷洒蒸馏水的对照组，说明NaHSO3溶液在不同光照强度下均能提高水稻植株的光合速率。
  （2）光合作用的光反应阶段可以产生ATP，场所在叶绿体的类囊体薄膜上；图2中A表示二氧化碳，B表示C3，C表示光合作用产物糖类，D表示C5，光反应增强，ATP和[H]增多，可促进暗反应过程中C3的还原进而促进二氧化碳的固定和C5的利用。
  （3）根据题中信息，0.2μmol/L的硫酸甲酯吩嗪和1mmol/L的NaHSO3溶液效应相同，可促进水稻光合作用效率，但二者无累加效应和抑制效应，即二者混合使用效果和分别使用的效果是一样的。据此信息结合图1可作出对应的条形图。
  2、 明确实验应遵循的四大原则。
  （1）、科学性原则:实验的科学性原则包括实验原理、实验选材、实验方法、实验过程、实验结果的科学性。
  （2）、单一变量原则:一个实验变量对应观测一个反应变量,实验设计中要遵循单因子变量原则,即控制其它无关因素不变,只改变其中一个变量(自变量),观察其对实验结果的影响.
  （3）、对照性原则:实验中必须严格控制无关变量,防止无关变量对实验结果的干扰,而消除无关变量对实验结果影响的有效方法就是设置对照。
  ①空白对照：是指不做任何实验处理的对象组，如“淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组加了淀粉酶，而对照组只加等量的蒸馏水，起空白对照。
  ②条件对照：给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理（不是所研究的实验处理因素），如“动物激素饲喂小动物”实验中,其实验设计方案是：甲组：饲喂甲状腺激素 (实验组)； 乙组：饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组)； 丙组：不做任何处理(空白对照组)。显然,乙组为条件对照。该实验既设置了条件对照,又设置了空白对照, 通过比较、对照,更能说明实验变量---甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育。
  ③自身对照：实验与对照在同一对象上进行,即不另设对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验,则是典型的自身对照。实验处理前的对象状况为对照组,实验处理后的对象变化则为实验组。
  ④相互对照：指不另设对照组,而是几个实验组相互对照。如 “温度对淀粉酶活性的影响的实验”中,所采用的就是相互对照,较好地平衡和抵消了无关变量的影响,使实验结果更具说服力。
  （4）、等量原则：
  对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。具体来说有如下四个方面：
  ①所用生物材料要相同 即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面要尽量相同或至少大致相同。
  ②所用实验器具要相同： 即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。
  ③所用实验试剂要相同： 即试剂成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题。
  ④所用处理方法要相同如：保温或冷却：光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。
  3、 熟悉常见的实验方法
  ⑴、根据颜色来确定某种物质的存在：
淀粉+碘液(蓝色)；还原性糖+斐林试剂(砖红色)；脂肪+苏丹Ⅲ(橘黄)或+苏丹Ⅳ(红色)；
蛋白质+双缩脲试剂(紫色)等等
  ⑵、用荧光标记法来证明细胞膜具有一定的流动性
  ⑶、同位素示踪法：光合作用产生氧气的来源；光合作用中二氧化碳的去向；噬菌体侵染细菌实验证明DNA是遗传物质；DNA的复制是半保留复制
  ⑷、获得无籽果实的方法:用适宜浓度的生长素处理花蕾期已去雄的子房，如无籽蕃茄、 诱导染色体变异，如无籽西瓜。
  ⑸、确定某种激素功能的方法：饲喂法，切除注射法，阉割移植法，切除口服法。
  ⑹、确定传入、传出神经的功能：刺激+观察效应器的反应或测定神经上的电位变化。
  ⑺、植物杂交的方法：
　 雌雄同花：花蕾期去雄+套袋 +开花期人工授粉+套袋
　 雌雄异花：花蕾期雌花套袋+开花期人工授粉+套袋
  ⑻、确定某一显性个体基因型的方法：测交； 该显性个体自交。
  ⑼、确定某一性状为显性性状或隐性性状的方法：
  具有一对相对性状的纯合体的杂交/自交，观察后代是否有性状分离。
  ⑽、确定某一个体是否具有抗性基因的方法：即抗性接种实验确定小麦是否具有抗锈病基因，用锈病菌去侵染，一段时间后，观察有无锈斑出现。
  ⑾、育种的方法：杂交育种；诱变育种；多倍体育种；单倍体育种；基因工程育种；细胞工程育种等。
  ⑿、测定种群密度的方法：样方法； 标志重捕法。等等…
  （四）、设计实验步骤
  第一步：实验准备：实验准备包括实验器材、实验药剂、实验材料的准备等。
 　（1）实验器材的准备：包括根据实验要求，合理选择器材；对器材进行编号；利用实验器材连接好实验装置等。
　 （2）实验药剂的准备：包括根据实验要求，合理选择实验药品；利用提供的药品配制实验所需试剂等。
　 （3）实验材料的准备：包括根据实验要求，合理选择实验材料；均分实验材料，利用实验中提供的材料获取实验中所需的材料。如观察植物细胞有丝分裂实验中，提供的实验材料是洋葱，而所需材料是具有分生能力的组织，因而应先培养洋葱根尖。
　 要点提示：
　 第一步：取——套规格相同的器材(或取长势相同的某种生物材料随机平均分成——份)分别标记为A、B…，并分别加入等量的……本步骤强调分组的等量性原则(器材的规格、生物材料的长势、分组的数量和随机性等)，编号可以针对实验器具，也可以针对实验材料，有的非条件处理需在条件处理之后，则需写在第二步。
　 第二步：实验操作：设置实验组(单一变量)和对照组,控制好无关变量.
　 要点提示:在A组中加入适量的……在B组中加入等量的……
　 本步骤强调对照性原则、各对照组条件处理的等量性原则，通过“适量”和“等量”表达出来。在具体的实验设计中，可用具体的量，如“在A组中加入2 ml……在B组中加入2 ml……”。需要注意的是：一组加入试剂时，如另一组不需加入试剂，则必须加等量的蒸馏水或相应不影响实验结果的溶液；如果用试管做实验，实验中加入试管的各溶液的总量一般不超过10 mL。另外，要注意单一变量原则，即本步处理的变量只能有一个。
　 第三步：实验结果的观测和记录:
　 要点提示:将——套装置放在相同且适宜的环境中培养 (或相应方法处理，如振荡、加热等), 一段时间后观察实验现象,并记录实验结果。本步骤强调各对照组外界处理的等量性原则， 套装置必须放在相同且适宜的环境中，这样的实验结果才有可比性。培养的时间可根据具体的实验确定，也可以用“一段时间”描述。
  实验设计时,应尽可能地使实验现象明显,易于观察,①对于能直接观察到的实验现象,直接写出观察到的实验现象②对于不能直接观察到的实验现象,应设计出能检测到实验结果的方法。加入一些试剂,使其产生气泡、沉淀、显色反应等；对实验材料进行染色处理等。③对于不能用肉眼观察到的显微现象，应利用实验材料制成装片，在显微镜下观察实验结果。
  总之，实验设计能充分发挥学生的创造性思维，对生物学问题进行初步探究，从而设计出合理、科学、严密的实验方案，真正提高学生的科学素养。
  （五）、预期结果与分析
  实验结果是指实验过程中所观察到的各种现象和收集到的数据，即反应变量。要根据实验目的和原理全面、准确地预测实验结果。对于验证性实验，由于已知结果和结论，因此，结果只有一个。通常还需设计表格如实记录各组实验数据。对于探究性实验，实验结果往往是不确定的，把可能出现的结果都应考虑在内，结果有多个。
  （六）、得出实验结论。
  实验结论是通过对实验结果（或现象）的分析而得出的理论概括或一般规律。对于验证性实验，由于实验结果预期唯一，所以，结论也只有一个，那就是肯定实验目的。对于探究性实验，对应它的多个结果，写出多个结论即可。
  总之: 实验分析和设计题的来源有教材中的实验情景，有对教材理论问题和社会实践问题的理论化探索，也有对生物学经典实验过程的再发现和再证实。开放性的设计实验是一种全新的试题，怎样使学生在短的时间内掌握其方法，值得积极探索，但实验设计总的基本原则是不变的。即是要把科学性、合理性、实用性、严谨性、一致性、可重复性等有机结合起来，设计实验可多样化。要打破定势思维，使学生的思维具有开放性，体现出创新意识和创新能力，从而促进学生的思维的发展和创新能力的培养。因此，在高中生物的教学中不仅要让学生掌握实验的基本知识和技能，更重要的是掌握分析实验和设计实验的方法，从而自觉地运用到实际生活中，独立地解决新问题。