2010年高考生物实验设计题分类解析，本文主要内容关键词为：生物论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
生物学实验设计题是根据生物学实验和实验设计的要求，给出一定的条件，要求学生构思实验思路，或写出实验材料，方法步骤，预期实验结果，解释实验现象，对实验方案进行评价或完善的试题。这类试题主要考查学生综合运用基础知识和实验方法分析问题，建立解决一些简单问题方案的能力，它是高考的必考题型，也是热点题型。一般来说，一道实验题可能只涉及上述环节中的某一个或几个，例如有些题只要求写出实验步骤，有些题要求写出实验材料、步骤、预期实验结果并解释，有些题要求评价和完善实验方案等。本文以2010年高考实验题（限于篇幅，部分试题有删减）为例做以下分类解析，供学生复习参考。
一、选择实验器材型
实验器材的合理选择是实验成功的首要一步。在选择器材的过程中，首先要对实验目的和实验原理有一个全面正确的认识，更要对提供的器具与材料，或者自行选择的实验器材的功能、特点有全面的了解。
例1 （2010年湖南卷）若要在普通显微镜下观察到质壁分离、RNA和脂肪，下列四组材料中应选择的一组是()。
A.水稻胚乳和花生子叶
B.天竺葵叶和水稻胚乳
C.紫色洋葱和花生子叶
D.天竺葵叶和紫色洋葱
解析 本题要观察的三个对象都源于课本，对考生来说并不陌生，观察质壁分离最好是成熟的植物细胞，具有大的有色液泡。鉴定脂肪应选择脂肪含量高的材料，RNA观察中需要用吡罗红染色，因此实验材料的选择应是无色的，综合上述因素，选择的一组材料应是紫色洋葱和花生子叶。
答案：C
二、设计实验步骤型
根据实验原理构思实验思路，设计实验步骤，是探究活动的关键环节，也是高考试题中出现频率较高的内容。实验步骤的设计有补充完善型，如例2，此类题难度相对较小，也有完全自主型，如例3，此类题开放性程度大，灵活性更高，学生也更容易失分。在实验步骤的设计过程中，应遵循单一变量原则、对照原则、平行重复原则等，下面通过两例来加以说明。
例2 （2010年江苏卷）单细胞铜绿微囊藻大量繁殖可形成水华，受到广泛关注。下面是有关铜绿微囊藻的研究，请回答问题：
(1)利用配制的X培养液培养铜绿微囊藻8d，每天定时测定其细胞数量，发现铜绿微囊藻数量呈指数增长，短时间内产生大量个体，这是因为铜绿微囊藻具有______等特性。
(2)某同学用X培养液培养铜绿微囊藻时，加入粉绿狐尾藻（一种高等水生植物），结果铜绿微囊藻生长受到明显抑制，重要的原因是这两种生物在利用______等资源时存在显著的竞争关系。
(3)也有人提出假设：粉绿狐尾藻能产生化学物质抑制铜绿微囊藻的生长。请利用下列实验材料用具，完成实验设计，探究该假设是否成立。
材料用具：
铜绿微囊藻，粉绿狐尾藻，用于配制X培养液的各种无机盐，500mL锥形瓶，蒸馏水，显微镜，血球计数板，盖玻片，玻璃缸，微孔滤膜（可以除菌）等。
实验步骤：
①材料准备：在装有7000mL蒸馏水的玻璃缸中种植一定数量且生长良好的粉绿狐尾藻，在适宜条件下培养8d。准备接种用的铜绿微囊藻。
②培养液配制：______。
③实验分组：取锥形瓶6只，分为两组。______。
④接种与培养：______。
⑤观察与统计：每天定时用血球计数板对6只锥形瓶内铜绿微囊藻细胞进行计数，计算平均值，比较两组间的差异。
(4)若(3)中假设成立，则实验结果是______。
解析 本题第(3)小题考查了实验步骤的设计，实验的基本步骤已经列出，要求学生进行补充完善。实验思路：要探究粉绿狐尾藻是否能产生化学物质抑制铜绿微囊藻的生长，可用粉绿狐尾藻的培养液培养铜绿微囊藻，看其生长情况，如假设成立则对照组中铜绿微囊藻能生长，实验组受抑制。实验步骤中要求补充的是培养液的配制和分组后的操作。锥形瓶6只分两组，一组作为对照，一组是实验组，实验组所用的应是含粉绿狐尾藻产生的化学物质培养液，因此这种培养液应用玻璃缸中的水溶液配制X培养液，为了防止杂菌产生，可用微孔滤膜过滤。对照组，用蒸馏水配制X培养液。分组操作完成后，在6只锥形瓶中分别加入等量的铜绿微囊藻，并将上述培养瓶置于相同且适宜的条件下培养8d，该过程中运用了单一变量原则、平行重复原则。
答案：(1)个体小、世代周期短、无性生殖
(2)光照、无机营养、二氧化碳
(3)②用蒸馏水配制X培养液；用微孔滤膜过滤玻璃缸中的水，用滤液代替蒸馏水配制X培养液；③在对照组的3只锥形瓶中分别加入150ml用蒸馏水配制的X培养液，在实验组的3只锥形瓶中分别加入150ml用滤液配制的X培养液；④在6只锥形瓶中分别加入等量的铜绿微囊藻，并将上述培养瓶置于相同且适宜的条件下培养8d
(4)对照组铜绿微囊藻呈指数增长，实验组受抑制
例3 （2010年浙江卷）为研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化，请根据以下提供的实验材料与用具，写出实验思路，设计记录实验结果及原因分析的表格，并填入相应内容。
材料与用具：
兔红细胞稀释液、质量分数为1.5%的NaCl溶液、蒸馏水、试管、显微镜等。（要求：答题时对NaCl溶液的具体配制、待观察装片的具体制作不作要求）
(1)实验思路：
(2)设计一张表格，并将预期实验结果及原因分析填入该表中。
解析 本题第(2)小题属设计表格型，将在例7中一起进行分析。第(1)小题要求写出实验思路，与例2相比，本题是在没有提示的情况下要求学生写出全部实验步骤，因此它对学生的实验能力和文字组织能力都有较高的要求。解题的突破口是：明确实验目的和原理，从分析提供的材料用具入手。实验目的是：研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化。实验原理是：兔的生理盐水浓度为0.9%，在不同浓度的NaCl溶液中，其红细胞会发生相应的变化。实验的自变量是不同浓度的NaCl溶液，因变量是红细胞的形态，观察的指标是红细胞的形态变化。配制不同浓度的NaCl溶液是关键，利用题中提供的质量分数为1.5%的NaCl溶液，用蒸馏水稀释成不同梯度浓度的NaCl溶液。该实验中用兔红细胞稀释液作为对照组，因为此时的细胞形态正常，便于其他实验组的红细胞与它作比较。实验的最后一步是制作不同试管中的红细胞临时装片，并在显微镜下观察。通过以上分析，归纳出该实验思路的要点是：一配制不同浓度的NaCl溶液；二将红细胞稀释液与不同浓度的NaCl溶液混合；三制作临时装片，包括红细胞稀释液、蒸馏水以及不同浓度的NaCl溶液中的红细胞装片；最后在显微镜下观察，并做好记录。
答案：(1)实验思路：①用1.5%的NaCl溶液和蒸馏水，配制出NaCl质量分数为0.5%、0.75%、1%、1.25%的溶液；②取1～2滴兔红细胞稀释液于载玻片，制成临时装片，在显微镜下观察红细胞的形态。③取6支试管，标记为1～6，分别加入蒸馏水，0.5%、0.75%、1%、1.25%、1.5%的NaCl溶液各2mL，再取适量且等量的红细胞稀释液加入1～6号试管；④一段时间后，各取各试管中的溶液1～2滴制成临时装片观察红细胞的形态，并做好记录。
(2)
三、解释实验现象型
“能对实验现象和结果解释、分析和处理”是考试大纲对实验能力的一项具体要求。要对实验现象作合理、正确解释，首先必须理解实验原理，如例4与例5第(1)题，都是对实验现象和结果的解释，情景也相似，但实验现象不同，原理也不同，因此解决这类问题时，关键是把准实验原理。同时还应注意文字表达的准确性，避免词不达意。
例4 （2010年全国卷1）从某植物长势一致的黄化苗上切取等长幼茎段（无叶和侧芽），自茎段顶端向下对称纵切至约3/4处。将切开的茎段浸没在蒸馏水中，一段时间后，观察到半边茎向外弯曲生长，如图1所示。若上述黄化苗茎段中的生长素浓度是促进生长的，放入水中后半边茎内、外两侧细胞中生长素浓度都不会升高。请仅根据生长素的作用特点分析半边茎向外弯曲生长这一现象，推测出现该现象的两种可能原因。
图1
原因1是______。原因2是______。
解析 本题题干部分文字较多，蕴含信息丰富，需要考生认真读题，获取有效信息。本题中的信息有：
(1)长势一致的黄化苗说明刚开始半边茎内外侧生长素浓度一致；
(2)幼茎段无叶和侧芽，说明不会产生生长素；
(3)放入水中后半边茎内、外侧生长素浓度都不会升高，也就不考虑生长素的横向运输；
(4)仅根据生长素的特点分析，答题方向为：①生长素作用的两重性——同一器官对不同浓度生长素的反应不同，低浓度促进生长，高浓度抑制生长；②同一植物的不同器官对不同浓度生长素反应不同（不同器官对生长素的敏感程度不同）；
(5)黄化苗茎段中的生长素浓度是促进生长，说明不考虑生长素作用两重性，只考虑两侧促进作用不同，同一浓度不同的促进作用只能从敏感性不同考虑。
答案：原因1：内侧细胞的生长素浓度比外侧细胞中的高，所以内侧细胞生长更快；
原因2：内外两侧细胞中的生长素浓度相同，但该浓度更有利于内侧细胞的生长（其他合理答案也可）。
四、预期实验结果型
在设计实验时，需要根据实验原理，推测可能出现的结果，这称为预期。如果是验证性实验，一般有明确的结论，实验结果或结果预测往往是题干要求我们“干什么”这句话。如果是探究性实验，则需要预测到几种可能出现的结果，其解答格式多用“如果…，则…”的形式表达。不论是唯一结论还是几种可能结果，都应根据每道题的实验原理作出灵活的判断，不应该僵化教条。
例5 （2010年湖南卷）从某植物长势一致的黄化苗上切取等长幼茎段（无叶和侧芽），将茎段自顶端向下对称纵切至约3/4处后，浸没在不同浓度的生长素溶液中，一段时间后，茎段的半边茎会向切面侧弯曲生长形成弯曲角度（α）如图2甲，与生长素浓度的关系如图2乙。
图2
请回答：
(1)从图乙可知，在两个不同浓度的生长素溶液中，茎段半边茎生长产生的弯曲角度可以相同，请根据生长素作用的特性，解释产生这种结果的原因，原因是______。
(2)将切割后的茎段浸没在一未知浓度的生长素溶液中，测得其半边茎的弯曲角度
，从图乙中可查到与对应的两个生长素浓度，即低浓度(A)和高浓度(B)。为进一步确定待测溶液中生长察的真实浓度，有人将待测溶液稀释至原浓度的80%，另取切割后的茎段浸没在其中，一段时间后测量半边茎的弯曲角度将得到
。请预测与相比较的可能结果，并得出相应的结论：______。
解析 本题(1)是解释实验现象产生的原因，(2)是预期实验结果。
(1)由乙图可以看出：随着生长素浓度的增加，茎的弯曲程度先增加后减小，同一弯曲度（如图中）对应两个生长素浓度（一高一低），产生这一结果的原因是：生长素的作用具有两重性，最适生长素浓度产生最大α值，在高于和低于最适生长素浓度时有可能出现相同的弯曲生长，从而产生相同的α值。
(2)采用假设演绎法求解：若原浓度为低浓度(A)，将其稀释80%后，实验结果应为小于（这是因为稀释80%后的生长素浓度更加远离最适浓度）；若原浓度为高浓度(B)，将其稀释80%后，实验结果应为大于（这是因为稀释80%后的生长素浓度更加接近最适浓度）。
答案：(1)生长素的生理作用具有双重性，最适生长素浓度产生最大α值，高于最适浓度时有可能出现与低于最适浓度相同的弯曲生长，从而产生相同的α值。
(2)若小于，则该溶液的生长素浓度为A；若大于，则该溶液的生长素浓度为B。
例6 （2010年安徽卷）面对去冬今春我国西南部分地区严重旱情，生物兴趣小组同学查阅资料发现，摩西球囊霉菌可以与植物根系形成共生体，能提高干旱条件下植物体内活性氧的清除能力，增强抗旱性。请完成实验设计，探究接种摩西球囊霉菌是否具有提高紫花苜蓿（牧草）的抗旱能力。
材料用具：
紫花苜蓿幼苗，摩西球囊霉菌菌种，栽培土（经灭菌处理的田间土与河沙混合，体积比9∶1），大小一致的花盆。
方法步骤：
(1)每个花盆中放置栽培土3kg，并将花盆平均分成A、B两组。
(2)A组各花盆中______，B组各花盆中______。
(3)将等数量的幼苗移栽于各花盆中，置于______条件下培养。
(4)六周后，______处理10d，每天观察，记录并统计______。
结果预测与分析：______。
解析 本题方法步骤中，需要设置对照实验，要遵循单因子变量原则（确定接种与不接种摩西球囊霉菌为单因子变量）、条件一致原则（要置于适宜且相同的条件下培养）等。预测结果，须从提高抗旱能力和不能提高抗旱能力两个方面分析。
答案：(2)接种等量的摩西球囊霉菌菌种 不接种（或接种与A组等量的经灭菌处理的摩西球囊霉菌菌种）；
(3)适宜且相同；
(4)干旱（或停止浇灌）紫花苜蓿死亡率（或存活率，或存活天数）。
结果预测与分析：A组紫花苜蓿死亡率明显低于B组。这可能是接种摩西球囊霉菌提高了紫花苜蓿的抗旱能力。（或A组紫花苜蓿死亡率等于或高于B组。这可能是接种摩西球囊霉菌不能提高紫花苜蓿的抗旱能力。）
五、设计记录表格型
生物实验中要记录相应的实验现象和实验数据，设计用于记录实验现象或数据的表格是近几年高考中经常出现的试题。首先要明晰自变量、因变量、观察指标，然后设计表格，表格应尽可能地体现直观、简约、美观的特点。
例7 （2010年上海卷）分析有关科学探究的资料，回答问题。
豆科作物的根瘤菌能够固氮，而禾本科植物不能。所以在农业实践中，将豆科植物和禾本科植物间作以提高禾本科植物的产量。研究发现产量提高与土壤中吸收氢气的细菌有直接关系，为探究其中的具体机制，进行以下三个实验。
实验一 略 实验二 略
实验三 土壤中吸收氢气的细菌（氢氧化细菌）是否有促进植物生长的作用，继续探究。
假设：氢氧化细菌可以促进植物生长。
供选材料：1.2m×2m的实验田，小麦种子，氢氧化细菌菌株A1，B1，C1，D1，E1；非氧化细菌菌株A2，B2，C2，D2，E2；大肠杆菌。
实验方案：用不同的菌株分别拌种，种植在实验田中，一段时间后记录小麦初生苗的相关数据。
实验结果：平均胚根长度(mm)，根相对生长(%)。
A1：平均胚根长度13，根相对生长163；
E2：平均胚根长度8，根相对生长100；
D2：平均胚根长度8，根相对生长100；
B1：平均胚根长度30，根相对生长375；
C2：平均胚根长度8，根相对生长100；
C1：平均胚根长度12，根相对生长150；
D1：平均胚根长度33，根相对生长413；
E1：平均胚根长度20，根相对生长250；
A2：平均胚根长度8，根相对生长100；
B2：平均胚根长度3，根相对生长38；
大肠杆菌：平均胚根长度8，根相对生长100。
针对假设对上述数据进行统计处理，用合适的表格表达。
结论：综合以上三个实验的结果可见，土壤中的氢氧化细菌在促进植物生长中起重要作用。
解析 本题与例3第(2)小题相似，均要求学生设计表格，但两题又有不同，例3的表格只需列出组别、可能的结果、原因分析，以便实验观察时记录。本例要求学生对题中的数据进行统计处理，重在处理，如果学生只是将A1至E2的所有数据按平均胚根长度、根相对生长罗列一张表格，将不会得分，因此考生在答题时应仔细读题，明确题目要求，准确作答。在表格设计时，应体现表格的简明性和直观性。将菌株类型分氢氧化细菌菌株、非氧化细菌菌株、大肠杆菌三类，计算三类菌株平均胚根长度、根相对生长的范围及平均值，记入表格。
本题不仅考查了学生的实验能力，同时也考查了学生处理信息、分享、交流信息的能力，是一道能力立意较高的试题。