桂威

近几年高考中，生物试题对实验设计的考察愈加重视。考试大纲要求考生在理解实验目的、原理、方法的基础上，运用实验设计的方法和技能解决真实问题;高考评价体系也引导我们，生物学作为自然科学类学科，实验设计能力是实践操作能力群的考察重点。笔者在研究近几年高考实验设计题的基础上，通过对一些题目的整理和改编，总结了这类题型的一般解题步骤和策略。

一、明确实验目的

实验设计要解决的首要问题，是判断实验的类型：这是一个探究性实验还是验证性实验？这两类实验的根本区别是有无先给出明确的实验结论，而不能机械地寻找“探究”“验证”等词来确定实验类型。

对于探究性实验，它要根据现有的科学事实、理论，判断、探究未知生物学新问题，可能存在多种假设与结论。如2017年全国Ⅰ卷第29题，要求用给定的材料和方法确定一种新病毒的类型。结合题干中对病毒分类方法的说明，可知其本质是“探究”该病毒遗传物质是DNA还是RNA，因此这是一个探究性实验。

对于验证性实验，它要验证、证明已知的生物学事实，因其结论是已知的，故不存在假设。如2019年全国Ⅰ卷第29题，题目首先就给出了“干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的”这个科研结论，所以这是一个验证性实验。它的创新之处在于结论采用“不是……，而是……”的形式，两个分结论均需要验证。

二、理清实验变量

理清实验的三种变量及其相互关系，是做好实验设计题的关键。实验变量可以根据题目内容分析确定，多数直接来自实验目的，有些隐含在实验原理中。“拆开”实验情境的包装后，应以实验目的为方向，排除无关变量的影响，搭建自变量通向因变量的桥梁。有多组对照的实验中，根据研究因素的不同，自变量和无关变量还可以相互转换。

例1 （2010年天津卷第8题改编）某生物兴趣小组取小鼠若干只，手术切除它们的垂体和胰腺，一段时间后将其随机均分为四组，分别注射相关激素及生理盐水，结果如下图。

（1）请为他们的实验探究拟定课题名称：_____________。

（2）每次注射不同激素時应按小鼠当时体重乘以单位体重注射量计算，同种激素注射量应保证比例_____________。本实验的无关变量还有：_____________（答两点）。

分析：该实验结果用坐标曲线图的形式呈现，找准各组对应的变量及其相互关系后，实验目的可概括为“探究自变量对因变量的影响”。改编后设置的几个小问题，着重考察对实验目的的理解，以及对实验变量的控制。课题的名称拟定，就是根据实验目的简洁、准确地表述研究的具体问题。控制实验变量，一要注意取材的随机性与科学性，二要遵循实验设计的对照原则与单一变量原则。

答案：（1）探究胰岛素和生长激素对小鼠生长（体重）的影响;  （2）相同且适宜  小鼠品种、健康状况、日龄（饲养天数）、药物注射天数等（任写两点，合理即可）。

三、明晰实验原理

实验原理是设计实验的理论依据，它来自题干的提炼总结或者学科基本知识，往往也是对课本的迁移运用。我们需要明晰两个方面的原理：一是自变量对因变量的具体影响，这就需要结合实验情境与相关生物学知识分析其影响的过程及结果;二是因变量的观察与检测，也就是在实验材料、方法等的选取时就要明晰实验结果检测的方法与原理。

例2（2019年全国Ⅲ卷第29题改编）植物主要以铵态氮（NH4+）和硝态氮（NO3-）的形式吸收氮元素。已知当营养液中同时存在NH4+和NO3-时，作物甲对其中一种离子的吸收量大于另一种。请设计实验验证植物甲的这种偏好性，要求简要写出实验思路。

分析：首先，实验目的与其说是“验证”作物甲对NH4+和NO3-的吸收具有偏好性，不如说是“探究”该作物对这两种离子的吸收有无差别，这样在实验设计与结果预测上更方便、直观;然后，要对同一营养液中NH4+和NO3-的吸收进行实验，营养液的配制（以NH4NO3为唯一氮源）和对照组的设置（组内相互对照与自身对照）是关键;最后，要判断作物对一种离子的吸收量比另一种多，直接检测植物体内相关离子或其合成产物的含量均不科学，实验结果检测的方法及其原理也是动笔之前需要考虑清楚的。

答案：实验思路：将作物甲培养在以硝酸铵（NH4NO3）为唯一氮源的营养液中，一段时间后检测并比较营养液中NH4+和NO3-剩余量。

四、条理书写实验过程

完整的实验过程一般包含以下步骤：取材—分组编号—设置对照—条件处理—观察记录。实验设计题一般重在方法和思路，书写时可以将其中一些步骤精简合并，使答案简洁而层次分明。

1.取材

题目中如果给定了部分材料和用具，这对解题往往是思路的提示，也是方法的限制;如果需要自主选择，关键材料往往是重要采分点;遗传实验设计中甚至要结合实验目的，通过杂交等方法创造、选择合适的实验材料。

2.分组编号

根据实验中的变量，将实验材料和用具随机均分为若干组，并编号标记。如将长势相同的植物材料，年龄、体重相同的实验动物，或者多支相同且干净的试管等分组编号。

3.设置对照

根据实验变量设置对照，施加自变量为实验组，不施加自变量为对照组;根据实验目的和材料，除了常见的空白对照外，有时候可以采用相互对照或者自身对照。

4.条件处理

将设置对照后的各组材料，在相同且适宜的条件下进行处理。除自变量不同外，要控制好无关变量的条件。

5.观察记录

选择科学而明显的观测指标，观察实验现象，记录实验数据。

五、准确匹配结果与结论

1.预期实验结果

实验结果是实验中所观察和记录的现象、数据等，考场上学生是根据现有知识和经验预期实验结果。实验设计中应选用简洁直观、现实可行的方法，这样实验结果更加明显、准确。

2.得出实验结论

实验结论是分析实验现象和结果后推导得出的普遍事实或规律。验证性实验可对应实验目的和唯一结果，概括提升后作出唯一肯定性结论;探究性实验可根据不同条件和对应结果，采用“若……则……”的形式分类来写。

【注：本文系广东省教育科研“十三五”规划课题“新高考背景下利用生物原创试题培养学生高阶思维能力的研究”（课题编号：2016YQJK067）的研究成果。】

责任编辑    黄博彦