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1、专题七 实验设计类实验大题过关本专题考情分析：从近几年的实验题在高考中的题型变化来看，借助实验方法创设新情境，侧重考查同学们对实验进行解释和分析的能力已成为命题趋向，其中设计型实验题更是热点。所谓实验设计，就是要求同学们设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计实验数据的处理方法及分析实验现象。它包括设计实验方案、设计实验步骤、设计实验改进方法等。实验设计，主要考查同学们是否理解实验原理，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。一、实验设计类大题相关知识必备：1实验设计的基本程序： 生物学是一门以实验为基础的自然科学。生物学的理论都是人们在科学探究的过程中通过实
2、验总结出来的，因此理解科学探究的一般过程是考生进行实验设计和实验分析的基本前提。科学研究的一般步骤是：观察到现象并提出问题针对问题作出假设设计并完成实验检验假设最后得出结论。在这一过程中，最为重要的是设计并完成实验检验假设。而设计实验，需要遵循以下程序：明确实验目的理解实验原理分析实验材料、用具设计实验步骤预期结果和分析。（1）明确实验目的：就是要知道做什么。（2）理解实验原理：实验原理通常有两种情况：一种实验原理是已学过的知识，要我们在自己的大脑中去找；另一种实验原理是新知识，在题干中给出，在审题时获取。（3）分析实验材料、用具：这一项既是限定，有时也是提示信息。（4）设计实验步骤：这是最关
3、键的一步，也是对审题能力和运用所学知识能力考查的重点内容。前面三步是为这一步做准备。在设计实验步骤时，应遵循以下原则：科学性、可行性、简便易行：所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。如：淀粉酶水解淀粉的顺序问题。“简约性和可行性”原则是指实验材料容易获得，实验装置简化，实验药品便宜，实验操作简便，实验效果明显并能在较短时间内完成。从实验目的、实验原理到材料用品的选择、实验操作等，都要符合实验者的一般认知水平，满足现有的条件，具有实验和完成实验的可能性。平行重复原则
4、：在同等条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度，排除实验结果的偶然性。对照原则：a设置对照的目的：对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比，即可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。b设置对照实验的原则：单一变量：在实验设计中仅仅改变实验中的某一项变量，其它因子不变，在此条件下，观察、研究该变量对实验材料和实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要做到前后一致且适宜实验的顺利进行。等量原则：包括装置、仪器、反应条件、所用药品的量、所用植物的生长状况、所用动物的年
5、龄、性别、体重等。c对照实验的类型：类型设置对照实验实例空白对照不给对照组以任何处理。如要验证甲状腺激素的作用， 则对照组动物不做任何处理， 让其自然生长。自身对照实验组和对照组都是在同一实验对象上进行。植物细胞质壁分离和复原实验，在同一装片中先后进行。对照组即正常的洋葱表皮细胞和实验组即质壁分离和复原的细胞是同一组细胞。条件对照给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组(饲喂甲状腺激素)， 乙组为条件对照(饲喂甲状腺激素抑制剂)；不饲喂药剂的是空白对照组。相互对照不单独设
6、对照组，而是几个实验组相互对照。植物向重力性生长的向性实验中将玉米种子放置在不同的方向而起到相互对照的作用。（5）预期实验结果和分析实验结果，就是通过实验得到的东西，可以以不同的形式表示：如文字叙述、曲线、表格、图示等。根据所设计的实验步骤预测可能出现的实验结果并进行分析得出相应的结论。2实验设计基本思路（1）准确把握实验目的：看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果，是探究性实验还是验证性实验。（2）明确实验原理：要解决题目所给的问题，需用到生物学上什么原理或题干所给信息。（3）确定实验思路：根据原理对实验作出假设，并充分利用实验材料设计实验思路。（4）精心设计实验步骤：根据以上实验
7、目的、原理和思路，设计合理的实验装置和实验步骤操作步骤。并设置好实验组和对照组，遵循单一变量原则。并将观察到的现象如实记录下来。（5）准确预期实验结果并分析此外，在叙述实验步骤及预期结果时，语言文字要简明。实验步骤一般不宜连续描述，往往要分段叙说；试管、烧杯等要给予编号。二、考查中经常出现的关键解题知识点1填充类实验题填充类实验题，一般给出了具体材料及条件，要求补充实验原理或完成实验操作的部分步骤，并预期结果、分析原因。这类试题涉及整个实验的大体过程已给出，要求同学们进一步完善或者补充相关的内容，重在考查对实验原理的理解以及对实验操作步骤和实验结论的分析理解能力。填充类实验题能够综合考查考纲要
8、求的多种能力，在近几年的考题中，全国卷、卷，重庆卷、天津卷等多有涉及，请同学们备考2013年时应引起足够重视。解题策略：解这类题时应注意：题干的内容是解题的关键，一定要认真阅读，理解其本质；题干中有图示的，要仔细观察图示内容，寻找出相应的原理、规律；对已经提示的实验过程、实验步骤要认真分析，理解其设计思想，按照其实验思想去补充和完善。2探究类实验题设计类实验题是一类重点考查同学们的实验探究能力及分析、解决问题能力的实验题，可分为条件开放型和结论开放型两种。设计类实验题一般提示较少，要求同学们独立设计实验思路和方案，验证生物学有关事实。这类题具体地从实验设计、对设计的分析、对数据的解读和解释、对
9、实验结果的分析与评价、对应用前景的预测等方面进行考查，实际上是考查同学们综合分析问题的能力，有利于改变同学们死记硬背实验结论的现象，给同学们更大的思维拓展空间，有利于培养同学们科学的思维方法，提高同学们的科学素养和创新能力。这种类型的试题要求考生根据一定的条件或提示，自行设计拟定课题名称，设计实验步骤，预测实验结果，对同学们而言这类试题难度较大。解题策略：解这类题时需注意：1明确实验目的、原理及实验要求，以便确定答题方向。2明确所给实验仪器及试剂、材料的操作及用途。3设计实验步骤要遵循对照原则和单一变量原则；另外还要注意实验的准备工作、实验的操作顺序、实验现象的观察以及实验结果的验证分析等。3
10、综合类实验题 综合类实验是对教材实验的总结变革，是对前述所列实验类型的延伸和拓展，它旨在创新，但又不脱离教材；它意在综合，但又不偏离生物学知识的整合。综合类实验设计主要新在题目的素材，新在提供了一个全新的情境，但仔细分析，又不难发现与所学和平时所学有蛛丝马迹的联系。事实上，素材仅仅是考查同学们能力的载体，不管是什么样的素材，不管是什么样的命题，其归根结底都是以学科理论知识为基础，变的是情境，不变的是知识，考查的是能力。解题策略：解这类题时需注意：1重视对教材实验的复习，清楚实验目的、原理，熟悉实验器材；2掌握实验方法和步骤，重视实验结果及分析，学会从正、反两个方面进行推导；3能正确处理数据，对
11、结果进行整理与计算，得出正确结论，且能处理非预期现象；4从中获得基本实验技能，体悟科学的思维方法，提高在不同情境下的知识迁移能力。 三、分析典型例题，明确考题类型1. 填充类实验题【例1】研究发现，家兔的毛色是受R、r和Y、y两对等位基因控制的。其中，基因R决定黑色素的形成；基因Y决定黑色素在毛皮内的分布；没有黑色素的存在，就谈不上黑色素的分布。这两对基因分别位于两对同源染色体上。育种工作者选用纯合的家兔进行了如下图的杂交实验：请分析上述杂交实验图解，回答下列问题：(1)控制家兔毛色的两对基因在遗传方式上 (符合；不完全符合；不符合)孟德尔遗传定律，其理由是 。(2)表现型为灰色的家兔中，基因
12、型最多有 种；表现型为黑色的家兔中，纯合子基因型为 。(3)在F2表现型为白色的家兔中，与亲本基因型相同的占 ；与亲本基因型不同的个体中，杂合子占 。(4)育种时，常选用某些纯合的黑色家兔与纯合的白色家兔进行杂交，在其后代中，有时可得到灰色兔，有时得不到灰色兔，请试用遗传图解说明原因?(答题要求：写出亲本和杂交后代的基因型和表现型，并试作简要说明) (5)科学家研究还发现，家兔毛的形态有直毛和卷毛之分，长度有短毛和长毛之分。现有一只直立短毛雌家兔和一只卷曲短毛雄家兔杂交，后代的雌雄家兔都表现为直立短毛。假设后代的数量足够，能否确定两对性状的显隐性?为什么?【解析】(1)因为这两对基因分别位于两
13、对同源染色体上，所以它们的遗传符合自由组合定律。(2)通过题干内容可知R Y 为灰色，R yy为黑色，rrY_、rryy为白色，故灰色家兔中最多有4种基因型：RRYY、RrYY、RRYy、RrYy，黑色纯合子的基因型为RRyy。(3)由杂交实验可知，亲本中白色家兔的基因型为rryy，F2中rrY_占3/16，rryy占l16，故白色家兔中，rryy占1/4。(4)因为纯合子的白色家兔有两种基因型：rrYY、rryy。所以分别让二者与纯合黑兔杂交，其后代的表现型不一样。【答案】（1）符合 在等位基因分离的同时，位于非同源染色体上的非等位基因发生自由组合 （2）4 RRyy (3)1/4 2/3
14、(4)说明：如果基因型为RRyy的黑色家兔与基因型为rryy的白色家兔进行杂交，后代中不会出现灰色兔。说明：如果基因型为RRyy的黑色家兔与基因型为rrYY的白色家兔进行杂交，后代中可出现灰色兔。 (5)可以判断直毛对卷毛为显性，不能判断短毛和长毛的显隐性关系。直毛家兔与卷毛家兔杂交，后代数量足够多的情况下只表现为直毛，说明卷毛基因是隐性；短毛家兔和短毛家兔杂交，后代只表现为短毛。如果短毛为显性，只要亲本中有一只为纯合子，后代均为短毛；如果短毛为隐性，后代一定只表现为短毛，所以不能判断短毛和长毛的显隐性关系。 【点评】本题以实验过程为背景，考查遗传学的基础知识，属典型的填充类试题。此类试题尽管
15、属实验题，但落脚点仍在课本的基本知识点。好多同学一看到实验设计题就乱了阵脚，其实大可不必。填充类实验题的常见类型有以下三种：（1）原理补充型：对于这类试题，解题时的关键是分析题目中所依据的原理，进而分析与实验原理有关的如对照组实验、重要实验步骤、重要实验装置、完善实验所用的方法等，在此基础上进行补充、完善。其实，原理补充型实验设计所涉及的原理有很多都是教材中的原理、知识的迁移，只要掌握了教材中的基础实验原理，举一反三，解这类题将不再困难。如“设计实验验证唾液淀粉酶是蛋白质”这一实验的实验原理同教材中的常规实验“生物组织中蛋白质的鉴定”的实验原理是相同的，因此可依据双缩脲试剂与蛋白质的显色反应来设计实验进行验证，其主要的实验步骤、药品选择、方法等与“蛋白质的鉴定”是相类似的。(2)完善步骤型：对于这类试题，首先要想到给原实验补上对照组，这是很易忽略的，关键是要对题干内容进行分析。(3)结论补充型：对于这类试题，一是要注意不能被实验本身的复杂性所迷惑，往往题目要求补充的都是最基础、最简单的结论或基本实验知识；二是要注意语言的简洁、准确；三是要注意实验的比较、分析，在此基础上得出相应的结论。2. 探究类实验题【例2】为探究二氧化硫对植物叶片的影响，请根据所给材料和用具(品)设计出实验的方
