生物实验设计，就是要求同学们能够根据实验原理，选择实验器材、安排实验步骤、进行数据处理及分析实验现象等。其主要考查学生是否理解实验原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情境下迁移知识的能力。
实验设计题是高考热点题型，所占分值也比较高。许多同学觉得解这类题目难以下手，有时只是心里明白，却无法用准确的语言文字表达出来。其实只要理清思路，找准方法，就能化难为易，取得好成绩。解答高考实验设计题可遵循以下思路：
一、仔细审题，弄清实验目的和要求
1.确定实验目的，找出要研究的问题，这一点题目中都会给我们提示，诸如“研究、验证、探究”等字眼后面往往是试题将要研究的问题，也就是实验目的。
2.对应实验目的，运用所学知识，找准实验原理。
3.要弄清实验类型，即要设计的实验是验证性实验还是探究性实验。
4.依据实验原理确定实验变量以及影响实验结果的无关变量。
5.确定实验器材，对于生物实验题中已提供的实验材料和用具，主要分析“有什么用”“怎么用”，一般应全部用上，不可遗漏，除非试题是让你选择使用或者自行确定实验材料和用具。
二、精心设计实验步骤，书写实验步骤的“三步曲”：
1.分组标号：包括分组（实验组、对照组，其中实验组如果有浓度梯度，至少要分三组，如果有必要，每组还要设多个相同处理）、编号、非条件处理等。
常用语言：选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组，分别编号为A、B、C……取两支试管，分别编号为甲、乙，各加入等量的某溶液；选择年龄、体重(性别)、健康状况相同的某种动物随机等量分组，分别编号为1、2、3……
本步骤强调分组的等量原则(器材的规格、生物材料的长势、分组的数量和随机性等)，编号可以针对实验器具，也可以针对实验材料，有的非条件处理需在条件处理之后，则需写在第二步。
2.设置实验组（有单一变量）和对照组（无单一变量）。
常用语言：在A组中加入“适量的”……在B组中加入“等量的”……
本步骤强调对照原则、各对照组条件处理的等量原则，通过“适量”和“等量”表达出来。在具体的实验设计中，可用具体的量，如“在A组中加入2 mL……在B组中加入2 mL……”
3.培养或观察：放在适宜且相同的条件下培养，一段时间后观察现象，记录结果。
常用语言：将两套装置放在“相同且适宜的环境中培养一段时间”(或相应方法处理，如振荡、加热等)
本步骤强调各组外界处理的等量原则，两套装置必须放在相同且适宜的环境中，这样的实验结果才有可比性。培养的时间可根据具体的实验确定，也可以用“一段时间”描述。
特别提醒： a.最佳的书写步骤是1→2→3；b.用规范性语言准确地描述。
三、通过对实验结果（现象）的处理，综合分析得出实验结论
实验结果即实验过程中观察到的实验现象或收集到的数据，实验结论则是通过对实验结果的分析得出的定性表述，结论要依据实验原理并与实验目的相对应。实验目的的类型不一样，结果和结论的写法就不一样。验证性实验一般有一种结论，而探究性实验可能有多种结论。
验证性实验：验证性实验的实验目的是“预料之中”的，因此结果和结论只有一种情况。结果即由所学知识或实验原理推出的现象，结论即实验目的。如“验证CO2是光合作用的必需原料”的实验，实验结果为：对照组叶片遇碘变蓝，实验组叶片遇碘不变蓝。结论为：CO2是光合作用的必需原料。
探究性实验：探究性实验是对未知的生物学现象进行探索，因此预期的结果及结论是所有可能出现的情况。其书写格式一般为“如果……则……”。如“探究光对种子萌发的影响”实验中，结果和结论会有以下几种情况：若相同时间内，在光下的一组比在黑暗中的萌发数多，则光对种子的萌发有促进作用；若在光下的一组比在黑暗中的萌发数少，则光对种子的萌发有抑制作用；若两组的萌发数相同，则光对种子的萌发没有影响。
四、回归检验
1.检查实验原理、原则：检查是否遵循实验原理；检查是否遵循实验设计的原则，如有无对照实验，看实验是否遵循单一变量原则。
2.检查实验过程：有没有科学性错误、是否违背实验原理、语言文字表达是否应用专业术语，一定要避免方言、俗语在答案中出现。
3.检查实验器材：是否“物尽其用”，一般情况下，题目所给的器材都有用，除特殊说明外不允许额外添加实验器材，如有的同学一时疏忽把生理盐水换成了蒸馏水，这样就额外为实验添加了材料，不符合实验要求。
4.检查实验结果是否合理：一般情况下实验结果要符合实验原理，验证性实验一般只有一种结论，而探究性实验可能有多种结论，都需要与实验目的相对应。
五、题例领悟
【典例1 】 为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。
（1）材料和用具：日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。
（实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作要求，室温恒定。)
（2）方法与步骤：_______________。
（3）结果预测与分析：_________________________________。
【解析】（1）确定是验证性实验还是探究性实验：该实验为验证性实验。
（2）确定实验目的、实验原理、观察指标：
实验目的：验证甲状腺激素的生理作用。
实验原理：甲状腺激素能加速物质的氧化分解，使耗氧量增加；提高神经系统的兴奋性，使活动量增加。
观察指标：大白鼠的耗氧量和活动量。
（3）确定自变量、因变量、无关变量：
自变量：甲状腺激素和蒸馏水。
因变量：大白鼠的耗氧量和活动量。
无关变量：鼠龄、温度、药剂量、灌胃次数等。
（4）设计实验步骤：
分组标号：包括分组、编号、非条件处理等。
①将日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠分为两组并分别标记为甲组和乙组，然后分别用耗氧量测定装置、小动物活动测定仪测定与记录大白鼠的耗氧量和活动量。
设置实验组（有单一变量）和对照组（无单一变量）：
②每日用灌胃器给甲组大白鼠灌喂甲状腺激素溶液，给乙组大白鼠灌胃等量的蒸馏水，饲养一段时间。
培养或观察：
③定期测量与记录甲、乙两组大白鼠的耗氧量和活动量。
（5）结果预测与分析：
实验目的中有“验证……”，因此本实验是验证性实验，结果和结论只有一种情况。
实验结果预测：未给甲状腺激素时，甲、乙两组大白鼠的耗氧量和活动量相近。 给甲组大白鼠甲状腺激素后，其耗氧量和活动量均大于乙组。
结果分析：甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，提高神经系统的兴奋性，从而使耗氧量和活动量加大。
【答案】 见解析中的加粗部分
【典例2】 某校生物兴趣小组为了“探索海洋动物和淡水动物血浆渗透压的高低”，想要做一个探究实验。他们现已得到了两类动物的血液，并已离心分离出这两类动物的血浆各50 mL，请你帮助设计实验以完成研究任务。
（1）本实验的目的是_______________________。
（2）设计依据的实验原理：在半透膜两侧存在浓度差时，会发生__________________。
（3）应准备的仪器有___________________________。
（4）实验的步骤：_______________________________。
（5）可能的结果及相应结论：
①____________________________。
②___________________________________。
③_________________________________________。
【解析】（1）确定实验目的。题目中有“探索”字眼，由此可确定本实验是探究性实验，实验的目的是探索海洋动物和淡水动物血浆渗透压的高低。
（2）找准实验原理。由题干“在半透膜两侧存在浓度差时……”可以确定本实验的原理是在半透膜两侧存在浓度差时，会发生渗透作用。
（3）确定实验器材。本实验是让自行确定实验材料和用具，组装渗透装置要用到烧杯、半透膜、细线等。
（4）设计实验步骤。根据书写实验步骤的“三步曲”设计实验步骤如下：
①先将淡水动物的血浆倒入烧杯中；②用半透膜封住长颈漏斗的口，用细线将半透膜扎紧；③将海洋动物的血浆倒入漏斗中，将漏斗浸入到烧杯中(即淡水动物的血浆中)，使漏斗管中的液面与烧杯中的液面平齐；④一段时间后观察漏斗管中液面的变化。
（5）本实验是探究性实验，实验结果和结论不是唯一的。本实验可能的结果及相应结论有三种：
①若液面上升，则说明海洋动物的血浆渗透压高于淡水动物的。
②若液面不变，则说明海洋动物的血浆渗透压与淡水动物的相等。
③若液面下降，则说明海洋动物的血浆渗透压低于淡水动物的。
【答案】 见解析中的加粗部分。
【典例 3】 生物进化的实质是种群基因频率的改变，其中影响种群基因频率的因素有很多，如自然选择、基因突变、基因重组、遗传漂变等。某中学生物研究小组为探究人工选择对种群基因频率是否有影响，选择了纯种长翅果蝇和残翅果蝇进行实验。已知果蝇的长翅（B）对残翅（b）为显性，基因位于常染色体上。实验过程如下：
①选择一只纯种雄性长翅果蝇与一只雌性残翅果蝇进行杂交，获得子一代雌雄果蝇；
②让子一代果蝇连续自由交配5次，同时在每一代中都除去残翅果蝇；
③当子六代所有长翅果蝇自由交配后，统计子七代中长翅果蝇和残翅果蝇在种群中的百分比；
④根据残翅果蝇的百分比计算出B、b基因在种群中的基因频率，得出结论。
请分析回答：
（1）该实验过程的设计是否科学？请说出你的理由。
（2）若让你对此实验过程进行改进，请设计出改进后的步骤。
①选择一只纯种雄性长翅果蝇与一只雌性残翅果蝇进行杂交，获得子一代雌雄果蝇；
②将F1分成甲、乙两组，让其分别______________________；
③当F6分别自由交配后，分别统计_________________________________；
④根据甲、乙两组中残翅果蝇百分比，分别计算出___________________________。
（3）请预期这种人工选择对种群基因频率的影响。
【解析】 本题是比较典型的实验评价题，先从以下5个方面考虑：
①看有无对照实验，如果有，看对照实验的设计是否合理：本实验无对照实验。此实验应该分为两组，甲组无人工选择，乙组有人工选择。
②看实验是否遵循单一变量原则：本实验没有对照实验，所以没有单一变量。
③看实验步骤的顺序是否合理，步骤是否完整：不合理、不完整。应该对甲组不进行人工选择，让子一代果蝇连续自由交配6次，统计子七代中长翅果蝇和残翅果蝇在种群中的百分比；根据残翅果蝇的百分比计算出B、b基因在种群中的基因频率，得出结论。
④看是否采取正确的方法进行实验结果的检测和记录：正确。
⑤看对实验结果的预测与分析是否合理：本实验不合理，不能得出实验结论。实验结果应该分别统计甲、乙两组子七代中长翅果蝇和残翅果蝇在种群中的百分比，根据甲、乙两组中残翅果蝇的百分比，分别计算出甲、乙两组中B、b基因在种群中的基因频率，比较得出结论。
【答案】 （1）不科学，没有对照实验。 （2）②连续自由交配5次，同时将乙组在每一代中都除去残翅果蝇 ③甲、乙两组子七代中长翅果蝇和残翅果蝇在种群中的百分比 ④甲、乙两组中B、b基因在种群中的基因频率，比较得出结论 （3）这种人工选择将导致B基因的频率增大，b基因的频率减小。
解答实验设计题，首先，要认真审题，理清题目要求；其次，遵循实验设计原则精心设计实验步骤；再次，综合分析实验结果，得出结论；最后，回归检验，以确定实验的科学性和正确性。平时要注意总结实验设计题的一般解答模式，当再次遇到新情境实验设计题时也能灵活变通，理清解题思路，最终取得好成绩。
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