安徽 吳志強(qiáng) 宋樹宿

高中生物的必修部分，概括起來是由四個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建起來的主線。即以細(xì)胞為核心的細(xì)胞系統(tǒng)、以遺傳與變異為主導(dǎo)的基因系統(tǒng)、宏觀和微觀視野下的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)和生物實(shí)踐與探究的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。其中，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是近年高考考查的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)部分。筆者將應(yīng)試中出現(xiàn)的一些常用實(shí)驗(yàn)方法簡單的總結(jié)為“一二三四”，以期為高三復(fù)習(xí)教學(xué)提供參考。

一、單一變量尋找實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡拇_認(rèn)是實(shí)驗(yàn)類試題解答的第一步，一般可通過對單一變量的分析將其找出。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的變量分別有自變量、因變量、無關(guān)變量三種。通常所說的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循單一變量原則中的單一變量就是指自變量。有的試題可以根據(jù)題目信息，直接寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｔ囶}中出現(xiàn)的“驗(yàn)證×××”或“探究×××”即為該實(shí)驗(yàn)的目的。也有些試題沒有相關(guān)的文字信息，而是給出實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象，要求考生推斷實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。這種試題的難度較前一種情況的難度要大些，試題考查的更多是理性思維。因此，在高三復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師首先需要引導(dǎo)學(xué)生確定實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量，再尋找自變量和因變量之間的關(guān)系，由此尋找并確定實(shí)驗(yàn)的目的。

【例1】圖1表示3株經(jīng)充分“饑餓”處理的長勢相同的同種植株，放在透光的不同鐘罩內(nèi)。

圖1

該實(shí)驗(yàn)的目的是_____________________________。

【答案】探究CO2濃度與光合速率的關(guān)系

【解析】

二、雙變量探究類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧解

具備初步探究一些生物學(xué)問題、恰當(dāng)評價(jià)和完善實(shí)驗(yàn)方案的能力是高考生物的能力要求之一?？荚囍谐３霈F(xiàn)同時(shí)探究甲、乙兩種變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的題目，其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般思路是：首先設(shè)計(jì)對照組，在甲、乙兩種變量都存在而且適宜的條件下或甲、乙兩種變量都不存在的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)一；其次設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，在單一對照的原則下，僅改變變量甲，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)二；僅改變變量乙，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)三；最后預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并進(jìn)行結(jié)果分析，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)一、二、三的現(xiàn)象，從以下四個(gè)方面分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：①如果實(shí)驗(yàn)一、二、三的現(xiàn)象相同，說明甲、乙兩種變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果均沒有影響；②如果實(shí)驗(yàn)二、三的現(xiàn)象相同，與實(shí)驗(yàn)一的現(xiàn)象不同，說明甲、乙兩種變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果均有影響；③如果實(shí)驗(yàn)一、二的現(xiàn)象相同，與實(shí)驗(yàn)三的現(xiàn)象不同，說明只有變量乙對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響；④如果實(shí)驗(yàn)一、三的現(xiàn)象相同，與實(shí)驗(yàn)二的現(xiàn)象不同，說明只有變量甲對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

【例2】酵母菌在氧氣充足條件下不能進(jìn)行酒精發(fā)酵，有同學(xué)認(rèn)為是氧氣抑制了酵母菌無氧呼吸，也有同學(xué)認(rèn)為是有氧呼吸產(chǎn)生的ATP抑制了酵母菌無氧呼吸。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究酵母菌在氧氣充足條件下不能進(jìn)行無氧呼吸的原因。

實(shí)驗(yàn)試劑和用品：錐形瓶、酵母菌細(xì)胞（試劑1）、質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的葡萄糖溶液、酵母菌破碎后經(jīng)離心處理得到的只含有酵母菌細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的上清液（試劑2）和只含有酵母菌細(xì)胞器的沉淀物（試劑3），ATP溶液、蒸餾水、其他常用器材和試劑。

完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）取錐形瓶等連接成如下三套裝置，依次編號(hào)為A、B、C。1號(hào)錐形瓶中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液，3號(hào)錐形瓶中加入澄清石灰水。

（2）A裝置的錐形瓶2中加入_______；B裝置的錐形瓶2中加入________；C裝置的錐形瓶2中加入____。

（3）A、B、C三套裝置均先持續(xù)通入氮?dú)? min，去除錐形瓶中的氧氣，再將A、B、C三套裝置分別作如下處理：A裝置________，B裝置________，C裝置________。

（4）將三套裝置放在溫度適宜（25～35℃）的相同條件下培養(yǎng)相同時(shí)間（8～10 h）。

（5）觀察_______，判斷三套裝置內(nèi)是否進(jìn)行無氧呼吸。

預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出相應(yīng)結(jié)論：

①_________________________________________；

②__________________________________________；

③_________________________________________；

④__________________________________________。

【答案】（2）10mL的試劑2、10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的葡萄糖溶液、2 mL 蒸餾水 10 mL 的試劑2、10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的葡萄糖溶液、2 mL的ATP溶液 10 mL的試劑2、10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的葡萄糖溶液、2 mL蒸餾水（試劑量需強(qiáng)調(diào)等量，對用量不作具體要求）

（3）持續(xù)通入N2持續(xù)通入N2持續(xù)通入空氣

（5）澄清石灰水是否變渾濁 ①若三套裝置內(nèi)3號(hào)瓶均變渾濁，則酵母菌無氧呼吸不受ATP抑制，也不受氧氣抑制 ②若A裝置內(nèi)3號(hào)瓶變渾濁，B裝置內(nèi)3號(hào)瓶不變渾濁，C裝置內(nèi)3號(hào)瓶不變渾濁，則酵母菌無氧呼吸既受ATP抑制，也受氧氣抑制 ③若A裝置內(nèi)3號(hào)瓶變渾濁，B裝置內(nèi)3號(hào)瓶變渾濁，C裝置內(nèi)3號(hào)瓶不變渾濁，則酵母菌無氧呼吸不受ATP抑制，受氧氣抑制 ④若A裝置內(nèi)3號(hào)瓶變渾濁，B裝置內(nèi)3號(hào)瓶不變渾濁，C裝置內(nèi)3號(hào)瓶變渾濁，則酵母菌無氧呼吸受ATP抑制，不受氧氣抑制

【解析】本題要求同時(shí)探究氧氣、有氧呼吸產(chǎn)生的ATP是否抑制了酵母菌無氧呼吸，酵母菌無氧呼吸的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，實(shí)際就是題中所提供的試劑2，根據(jù)方法提示，做三組實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)一：氧氣、有氧呼吸產(chǎn)生的ATP都不存在的條件下的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二：只有氧呼吸產(chǎn)生的ATP存在的條件下的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)三：只氧氣存在的條件下的實(shí)驗(yàn)

如下表：

注：“+”表示添加“－”表示沒有添加

三、三段分析實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理一般由三段組成，即自變量和因變量的關(guān)系＋因變量的觀測指標(biāo)＋實(shí)驗(yàn)具體過程的描述。自變量的作用（反應(yīng)）原理，即為什么這么做，需要教師在組織教學(xué)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生密切關(guān)注實(shí)驗(yàn)?zāi)康募邦}干信息，注意充分利用題干的提示或聯(lián)系教材基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確描述。因變量的檢測原理（或操作原理、現(xiàn)象原理），即為什么出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象。

【例3】根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)材料及用具，食品衛(wèi)生質(zhì)量檢驗(yàn)人員設(shè)計(jì)了一個(gè)檢測稻米新鮮程度的簡易實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模焊鶕?jù)過氧化氫酶活性的強(qiáng)弱來鑒別稻米是新稻米還是陳稻米。

材料、用具：新稻米、待測稻米、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的愈創(chuàng)木酚（氧氣存在時(shí)被氧化成紅褐色物質(zhì)，與氧濃度呈正相關(guān)）等。

實(shí)驗(yàn)步驟：

第一步：取兩支具塞試管，分別編號(hào)為A和B；A管內(nèi)放入適量的新稻米，B管內(nèi)放入等量的待測稻米。

第二步：用移液管分別向兩支試管內(nèi)加入等量且適量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的愈創(chuàng)木酚溶液，浸沒稻米，塞上試管塞，充分搖勻，靜置一段時(shí)間后，棄掉多余液體。

第三步：將兩支試管中浸有1%愈創(chuàng)木酚的稻米分別倒入兩個(gè)對應(yīng)編號(hào)的培養(yǎng)皿中，用鑷子攤開，然后，用移液管吸取體積分?jǐn)?shù)為1%的過氧化氫分別滴入培養(yǎng)皿內(nèi)，使所有稻米都浸有過氧化氫。

第四步：一段時(shí)間后，用放大鏡觀察兩培養(yǎng)皿中稻米的顏色變化。

預(yù)期結(jié)果及結(jié)論：A培養(yǎng)皿中的新稻米呈紅褐色。B培養(yǎng)皿中的待測稻米若顏色很淺或幾乎無色，則是陳稻米；若待測稻米顏色也呈紅褐色，則是新稻米。

請據(jù)此準(zhǔn)確書寫本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理：______________。

【答案】植物體內(nèi)的過氧化氫酶在有過氧化氫存在時(shí)，能使某些酚類物質(zhì)(如愈創(chuàng)木酚)氧化成紅褐色物質(zhì)，其顏色的深淺與過氧化氫酶活性呈正相關(guān)

【解析】實(shí)驗(yàn)原理可以依據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒牧蠒鴮?，也可以在?shí)驗(yàn)完成后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的過程和步驟等書寫。其內(nèi)容一方面?zhèn)戎赜趯懗鰹槭裁催@樣操作，另一方面?zhèn)戎赜趯懗鰹槭裁闯霈F(xiàn)這樣的現(xiàn)象。這里面涵蓋了自變量作用的科學(xué)依據(jù)、操作自變量的原理和因變量獲得的原理等。依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍?，本?shí)驗(yàn)的自變量為過氧化氫酶活性的強(qiáng)弱，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)材料、用具可知，因變量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的愈創(chuàng)木酚氧化后的顏色變化。因此，實(shí)驗(yàn)原理可概括為①植物體內(nèi)的過氧化氫酶在有過氧化氫存在時(shí)，能使愈創(chuàng)木酚氧化成紅褐色物質(zhì)；②愈創(chuàng)木酚氧化后顏色的深淺與過氧化氫酶活性呈正相關(guān)。

四、四步規(guī)范書寫實(shí)驗(yàn)步驟

每年的高考中都會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類的試題，有的需要寫實(shí)驗(yàn)思路、有的直接要求完善實(shí)驗(yàn)步驟。通過對這些試題的考查暴露出最多的問題就是考生的書寫和表達(dá)能力的缺失。因此，在平時(shí)的復(fù)習(xí)中，教師要尤為關(guān)注對實(shí)驗(yàn)步驟的規(guī)范書寫。

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)范的步驟大致可分為四步：（1）材料分組編號(hào)(設(shè)置對照實(shí)驗(yàn))，這里需要注意材料應(yīng)具有同一性，分組應(yīng)具有隨機(jī)性，編號(hào)應(yīng)具有規(guī)范性；（2）對不同的對象施以不同的處理(控制自變量)。施加實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，需遵循對照原則和單一變量原則，如實(shí)驗(yàn)組添加試劑時(shí)，對照組須添加等量蒸餾水，有時(shí)須添加等量的該實(shí)驗(yàn)生物的等滲溶液；（3）給予相同且適宜的條件(控制無關(guān)變量)，排除或隔離無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)效果的影響。例如在驗(yàn)證生長素能促進(jìn)果實(shí)發(fā)育的實(shí)驗(yàn)中，一組要求無生長素，需在開花前用紙袋將雌花套住，隔離外來花粉的干擾；（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察與記錄(因變量的預(yù)測)。將兩套或多套裝置放在相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)（或用相應(yīng)方法處理，如振蕩、加熱等），一段時(shí)間后觀察現(xiàn)象并做好記錄（一般是計(jì)算出平均值），如A組中出現(xiàn)了……現(xiàn)象，B組中出現(xiàn)了……現(xiàn)象，或A組比B組……

【例4】1928年英國細(xì)菌學(xué)家格里菲思想研制出能夠抗肺炎雙球菌的疫苗。肺炎雙球菌初次進(jìn)入小鼠體內(nèi)后，一般先要經(jīng)過吞噬細(xì)胞的攝取和處理，將其內(nèi)部隱藏的抗原決定簇暴露出來，并傳遞給T細(xì)胞。T細(xì)胞釋放淋巴因子作用于小鼠體內(nèi)的B細(xì)胞，B細(xì)胞進(jìn)而增殖分化為漿細(xì)胞，漿細(xì)胞產(chǎn)生抗肺炎雙球菌的抗體發(fā)揮免疫效應(yīng)。有人設(shè)想抗R型細(xì)菌的抗體也能抗S型細(xì)菌（R型細(xì)菌可以作為S型細(xì)菌的疫苗）。請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一想法：

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證抗R型細(xì)菌的抗體也能抗S型細(xì)菌（R型細(xì)菌可以作為S型細(xì)菌的疫苗）。

實(shí)驗(yàn)原理：動(dòng)物體受到外界抗原性物質(zhì)刺激后可以產(chǎn)生特異性抗體，將抗原消滅。

實(shí)驗(yàn)材料：實(shí)驗(yàn)小鼠若干只、S型活菌、R型活菌、生理鹽水、注射器等（提示：可用生理鹽水配制一定濃度的活菌液，但濃度和劑量不作要求）。

實(shí)驗(yàn)過程：

①__________________________________________；

②__________________________________________；

③_________________________________________。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：甲組小鼠存活，而乙組小鼠死亡，說明抗R型細(xì)菌的抗體也能抗S型細(xì)菌（R型細(xì)菌可以作為S型細(xì)菌的疫苗）。

【答案】①取實(shí)驗(yàn)小鼠若干只，均等地分成兩組，分別編號(hào)為甲組和乙組

②在甲組小鼠體內(nèi)注射用生理鹽水配制的R型活菌液1 mL，在乙組小鼠體內(nèi)注射生理鹽水1 mL

③一段時(shí)間后，再分別給甲、乙兩組小鼠注射用生理鹽水配制的S型活菌液1 mL，觀察兩組小鼠的生活狀況

【解析】通過對實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡姆治?，可知本?shí)驗(yàn)的自變量是抗R型細(xì)菌抗體的有無。再依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)：對小鼠進(jìn)行分組編號(hào)，如將小鼠均等地分為甲、乙兩組；然后一組施以變量（注射一定量的用生理鹽水配制的R型活菌液）處理，另一組注射等量生理鹽水作為對照組；一定時(shí)間后，分別對兩組小鼠注射一定量的用生理鹽水配制的S型活菌液，觀察兩組小鼠的生活狀況。

五、結(jié)語

高中生物實(shí)驗(yàn)按照不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)出現(xiàn)不同的類別。如按實(shí)驗(yàn)類型可分為顯微觀察類、驗(yàn)證鑒定類、調(diào)查模擬類和探究設(shè)計(jì)類；按考查角度可分為實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?、?shí)驗(yàn)方法和操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論；按高考題型可分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)、評價(jià)和修正性實(shí)驗(yàn)；按試題題材類型可分為文字信息類、曲線數(shù)據(jù)類和表格數(shù)據(jù)類。無論是哪種類型，都需要考生具備生物科學(xué)探究和理性思維等核心素養(yǎng)。這些都是《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》的課程目標(biāo)之一。

高中生物教材中提供了形式、內(nèi)容豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)材料。實(shí)驗(yàn)既是深受學(xué)生喜愛的課堂教學(xué)形式，也是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力、分析問題和解決問題等科學(xué)探究能力的有效途徑。因此，教師要積極利用教材中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)素材來組織高三復(fù)習(xí)教學(xué)，遵循從扎牢基礎(chǔ)知識(shí)到提高解題技能到內(nèi)化規(guī)律方法的過程。充分重視對學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的養(yǎng)成，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)踐活動(dòng)過程中，改變教學(xué)方式，敢于創(chuàng)新，更好更快地幫助學(xué)生形成科學(xué)觀點(diǎn)和批判性思維，讓學(xué)生掌握科學(xué)的方法和技能，提高科學(xué)探究能力。