生物實驗設計應該有章可循

高中生物學主要研究生物的結構與功能的關系，從細胞器→細胞→組織→器官→個體→種群→群落→生態系統，逐一揭示生物的奧秘。而這一切又是建立在實驗的基礎上的。生物學各層面的結構相當于“反應器”，其功能往往是相應結構所能完成的“生理生化反應”。當給生物的結構施加某一變量，這一結構在其完成功能后就會出現相應的應變量，即:“自變量→結構→功能→應變量”，生物實驗的設計由此而展開。一個生物實驗一般由六個部分組成:實驗目的、實驗原理、實驗材料與用具、實驗步驟、實驗結果及實驗結論等。實驗的每部分一般都可分解為內在的生化反應和外在的觀測指標兩個方面。

注:完成實驗步驟一般分為三步:①一般為分組后加入相同的生物結構等;②創設單一變量;③在相同且適宜的環境中培養一般時間。①③中都強調“相同”是為了控制無關變量。

可見，實驗的六個部分有著十分密切的內在聯系。我們根據實驗原理可推導出實驗的目的、實驗的結論和對實驗現象的解釋;根據實驗結果可推導出實驗所需的材料用具、實驗步驟和實驗的結論。高考題以能力立意，以實驗為載體，對考生的知識與能力進行全面的考查。在高考實驗設計題中，實驗材料和用具是已知的，讓全體考生在相同的實驗條件下完成相關實驗，一般以考查實驗步驟、實驗結果或實驗結論為主，有時也考查實驗原理。現舉二例來說明。

例1.(2009高考理綜全國卷2第32題)請用所給的實驗材料和用具，設計實驗來驗證哺乳動物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有專一性。要求完成實驗設計、補充實驗步驟、預測試驗結果、得出結論，并回答問題。

實驗材料與用具:適宜濃度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4種溶液，斐林試劑、37℃恒溫水浴鍋、沸水浴鍋。

(1)若“+”代表加入適量的溶液，“-”代表不加溶液，甲、乙等代表試管標號，請用這些符號完成下表實驗設計。

注:乙、丙、丁試管中“+”、“-”原題要求考生完成。

(2)實驗步驟:

①按照上表中的設計，取試管、加溶液。

……

[分析]本實驗已知實驗目的和實驗材料與用具:

根據實驗各部分的內在聯系，可以推理得出實驗原理、實驗步驟、實驗結果和實驗結論:

例2.(2007高考理綜全國卷2第30題)為了確定生長素類似物促進扦插枝條生根的適宜濃度，某同學用兩種濃度的生長素類似物分別處理扦插枝條作為兩個實驗組，用蒸餾水處理作為對照組進行實驗，結果發現三組扦插枝條生根無差異。回答下列問題:

(1)參考該同學的實驗，在下一步實驗中你應該如何改進，才能達到本實驗的目的?請說明理論依據。

(2)略。

[分析]本實驗已知的是實驗的目的和材料用具，實驗原理和實驗結果則“半隱半現”。

理論依據“半現”的是:“生長素類似物促進扦插枝條生根有適宜的濃度”，根據已有的實驗結果“三組扦插枝條生根無差異”，說明這兩種溶液都不是適宜的濃度，不是過高就是過底。從而可推導出“半隱”的是:“濃度過高或過低都不能促進生根”。同理，根據理論依據“生長素類似物促進扦插枝條生根有適宜的濃度”，可推導出實驗結果“半隱”的是:“適宜濃度是多少才能促進扦插枝條生根”。兩個“半隱”的部分就是要求考生回答的內容。在完成了實驗原理和實驗結果后才能完成實驗的改進，也就是實驗步驟。

按“適宜濃度生長素類似物促進扦插枝條生根”，可建立相應的坐標圖(圖一);根據實驗結果中“三組扦插枝條生根無差異”，則三組必須在同一水平線上，從而建立另一坐標圖。將蒸餾水處理的設為A組，較低濃度處理的設為B組，較高濃度處理的設為C組，在坐標圖中標出(圖二)。

最后，將兩圖合二為一是解題的關鍵。兩圖合并后，A組在原點，那么B、C組該分布在哪兒呢?這就可能有三種情況:一是兩組都在圖一的左側(如圖三)，也就是說，這兩種濃度都比適宜濃度低，需要配制更高的濃度才能更好地促進生根;二是兩組都在圖一的右側(如圖四)，也就是說，這兩種濃度都比適宜濃度高，需要配制更低的濃度才能更好地促進生根;三是分別在圖一的兩側(如圖五)，也就是說，低的偏低，高的偏高，需配制兩者之間的濃度才能更好地促進生根。只有這樣，問題才能得到完美的解決。