董建強

摘要：高考生物實驗題重點考查學生的實驗控制設計思路，生物實驗通過控制需要研究的因素來達到認識事物本質的目的，控制研究因素是生物實驗的靈魂?？刂蒲芯恳蛩厮罁?jù)原理的本質是減法原理和加法原理，靈活、巧妙科學地利用這兩個原理設計生物實驗有助于得出可靠、真實的實驗結果或結論。深刻理解和掌握這兩個原理能使學生在實驗問題解答上起到意想不到，事半功倍的效果。

關鍵詞：加法原理;減法原理;生物實驗;實驗設計

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2021）29-0032

實驗設計原理大多都是基于加法原理、減法原理之上， “加法原理”和“減法原理”是實驗設計過程中控制自變量的兩種原理。與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素的稱為“加法原理” ，而人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”。在實驗中科學設置處理才能減小或排除無關變量所造成的實驗誤差，確保結果準確，實驗題中經(jīng)常涉及加法和減法原理的運用。

一、加法原理設計實驗

通過給研究對象施加自變量進行適當干預，探索因變量[1]。即為了“探求結果” ，通過人為將某一變量添加，增加到實驗中逼迫研究對象暴露出某種現(xiàn)象、屬性、結果和本質，進而得出該研究因素在生物體中所起的作用。

例1：驗證“植物頂芽產(chǎn)生的生長素抑制側芽生長” ，選取長勢良好，生長狀況相同的多株幼苗，隨機分成 A、B、C、D4組，A 組幼苗不做任何處理，其他三組均去除頂芽。然后 B 組幼苗切口不做任何處理;C 組幼苗切口處放置不含生長素的空白瓊脂;D 組幼苗切口處放置含生長素的瓊脂。4組置于相同且適宜的條件下培養(yǎng)。

（1）對比 A 組和 B 組幼苗的預期結果，說明? 。

（2）對比 B 組和 C 組幼苗的預期結果，說明? 。

（3）對比 C 組和 D 組幼苗的預期結果，說明? 。

【答案】（1）頂芽抑制了側芽的生長（2）瓊脂本身對側芽生長沒有影響（3）對側芽生長起抑制作用的是頂芽產(chǎn)生的生長素

【解析】D 組雖沒有頂芽，采用了實驗設計的加法原理，通過切口處添加放置含生長素的瓊脂，驗證了植物頂芽產(chǎn)生的生長素能夠抑制側芽生長。

例2：某研究小組為了研究不同的酶抑制劑（可以抑制酶活性的一類物質）對酶活性的影響進行了相關實驗，其結果如圖所示， 回答下列問題：

（1）研究發(fā)現(xiàn)，競爭性抑制劑與酶結合后，底物不能再與酶結合;而非競爭性抑制劑與酶結合后，底物仍能與酶結合。據(jù)此推測，非競爭性抑制劑與酶結合的位點和底物與酶結合的位點（填“相同”或“不同”）。

（2）為驗證物質 X 屬于酶抑制劑，某研究小組將濃度為 m 的底物均分為甲、乙兩組， 甲組加酶，乙組中加入酶和物質 X。若甲組反應速率? （填“大于”或“小于”）乙組，則可驗證。在該實驗基礎上，若要進一步探究物質 X 是競爭性抑制劑還是非競爭性抑制劑，請設計實驗? （寫出實驗設計思路）。

【答案】（1）不同（2）大于實驗思路：在該實驗基礎上添加丙組，底物濃度大于 m ，加入酶和物質 X ，測定反應速率。

【解析】在基本實驗基礎上添加物質 X ，測定反應速率變化繪制坐標圖形，判斷物質 X 是哪一類抑制劑。

二、減法原理設計實驗

為了排除掉自變量對研究對象的干擾和影響， 同時盡量保持被研究對象的穩(wěn)定[2] ，即為了“追蹤求源” ，將某一變量人為地去除掉，看產(chǎn)生什么樣的結果，進而得出該研究因素在生物體中所起的作用。

例3：如設置 A 密閉裝置放入綠色植物和生石灰，設置 B 密閉裝置放入綠色植物和水。證明二氧化碳是光合作用原料的實驗組是? 裝置，A 裝置中生石灰的作用是?? ，A 和 B 組中有淀粉生成的裝置是? 。

【答案】 A?? 吸收掉空氣中二氧化碳? B

【解析】證明二氧化碳是光合作用原料利用了典型減法原理。

運用減法原理的典型實驗還有光合作用需要光、呼吸作用需要水、有些植物種子萌發(fā)需要光等等。

三、逐級遞減、逐級遞加設計實驗

有時通過逐級遞增或逐級遞減會使實驗設計邏輯性更好，說服力更強。

例4：證明不同的神經(jīng)中樞在大腦中的位置，就是通過逐級遞減的原理來證明，先破壞大腦左側部位，觀察出現(xiàn)癥狀;再破壞大腦右側部位，觀察出現(xiàn)癥狀;再破壞大腦中間部位，觀察出現(xiàn)癥狀， 逐步遞減進行。通過比較則很容易準確判斷出不同反射完成所涉及的神經(jīng)中樞在大腦中存在的位置及其作用。

四、同時運用減法原理和加法原理設計實驗

例5：探究胰島素的生理作用，選健康，生長狀況相同的多只小鼠，禁食處理后隨機分成甲、乙、丙、丁四組。甲組小鼠注射10ml 生理鹽水，乙、丙、丁三組注射10ml 胰島素溶液，一段時間后乙、丙、丁三組出現(xiàn)反應遲鈍、嗜睡等低血糖癥狀， 甲組未出現(xiàn)低血糖癥狀。

（1）乙、丙、丁三組小鼠出現(xiàn)低血糖癥狀后進行第二次注射， 乙組注射10ml 生理鹽水;為盡快緩解低血糖癥狀丙組注射10ml 某激素溶液、丁組注射某營養(yǎng)物質，問：丙組注射的激素是?? ， 丁組注射的營養(yǎng)物質是? 。

（2）第二次注射后，丙、丁兩組小鼠的癥狀都得到了緩解，緩解的機理分別是丙組?? ，丁組? 。

【答案】（1）胰高血糖素葡萄糖（2）胰高血糖素能促進非糖物質轉化為葡萄糖、促進肝糖原分解，升高血糖注射葡萄糖，直接升高血糖

【解析】乙、丙、丁三組小鼠第一次注射10ml 胰島素溶液后，血糖降低從而出現(xiàn)反應遲鈍、嗜睡等低血糖癥狀。第二次注射后丙組注射的激素是胰高血糖素，具有升血糖作用;丁組注射的營養(yǎng)物質是葡萄糖，直接補充血糖，使血糖濃度直接升高，癥狀得到緩解。兩次注射就是運用了兩個原理巧妙設計實驗。

另外， 同時運用兩個原理設計的典型實驗還有驗證鎂是植物生長的必需元素;研究甲狀腺激素在蝌蚪生長和發(fā)育中的作用等等，都大大增強了實驗準確性、說服力和可信度。

總之，深入理解掌握加法原理和減法原理的運用，通過對比實驗找到研究因素對實驗的影響，為科學的研究提供事實依據(jù)和直接依據(jù)。使學生對生物實驗獲得正確的認識，為學生解實驗題打開思路、激發(fā)靈感、拓展思維、豐富想象、提高科學素養(yǎng)提供保障。

參考文獻：

1趙占良.人教版高中生物課標教材中的科學方法體系[J].中學生物教學，2007（3）：4-7.

2王學宏.生物實驗設計的變量與控制[J].中學生物學 ，2006（11）：38.

（作者單位：河北省邢臺市內丘中學054200）