陕西美食展会:生物实验设计思路例析

【例1】动物激素对动物的生长发育起着调节作用，请你利用下面提供的实验材料和用具，设计一个实验，证明甲状腺激素能促进动物的个体发育。

实验材料和用具：⑴蝌蚪15只（同种、同时孵化而来，体长约15mm）⑵新鲜水草⑶3只鱼缸（容积约3000ml左右）⑷甲状腺激素⑸甲状腺抑制剂⑹自来水（已晾晒过3—4天）⑺药匙若干⑻小网一个⑼培养皿⑽坐标纸（用来测量蝌蚪的体长）⑾鱼虫（用以喂食）[提示：每次投药为5mg，2天换水一次]

[例2]利用下面提供的实验材料，请设计实验证明经50℃处理的甲状腺激素是否还有生物活性。

实验材料和用具：30只发育程度相同，体重、大小都一致的小蝌蚪，水缸若干个，普通饲料，甲状腺激素，经50℃处理的甲状腺激素，漏勺，水藻若干，清水，天平，量筒等。

例题1：动物激素对动物的生长发育起着调节作用，请你利用下面提供的实验材料和用具，设计一个实验，证明甲状腺激素能促进动物的个体发育。

实验材料和用具：⑴蝌蚪15只（同种、同时孵化而来，体长约15mm）⑵新鲜水草⑶3只鱼缸（容积约3000ml左右）⑷甲状腺激素⑸甲状腺抑制剂⑹自来水（已晾晒过3—4天）⑺药匙若干⑻小网一个⑼培养皿⑽坐标纸（用来测量蝌蚪的体长）⑾鱼虫（用以喂食）[提示：每次投药为5mg，2天换水一次]

实验方法和步骤：

1、  别取3只洁净的玻璃鱼缸，编号为1、2、3号，内中分别倒入2000ml晾晒过的自来水、等量的水草，然后分别放入大小相同、生活力强的小蝌蚪各5只。

分析：要注意实验对照组的设立。例题中分别在三只鱼缸中进行的实验。而对照组的设立最重要的就是只能进行单因子对照，否则对照就完全失败。题中对三只鱼缸中蝌蚪的处理，除了投入药剂的情况外，其它处理方法如“2000ml水”、“等量的水草”、“大小相同”等均完全相同。

2、  1号缸投入甲状腺激素5mg；向2号缸投入甲状腺抑制剂5mg；3号缸不加入任何药品。以后每天投药一次，连续七天，药量同上。

分析：明确实验目的。本题为“证明甲状腺激素能促进动物的个体发育”。因此是一个验证性实验，实验中的单因子变量是甲状腺激素，除了投入药剂的情况外，其它处理方法均应相同。

3、  每天向每个缸内投入等量的活鱼虫进行饲喂；两天换一次水。

分析：“等量的活鱼虫”、“两天换一次水”是为了避免无关变量的干扰。为了保证实验的准确性和科学性，应尽量排除有可能影响实验结果的其它因素，如步骤1中的“洁净的玻璃鱼缸”、“晾晒过的自来水”、“生活力强的小蝌蚪”、步骤4中“迅速将蝌蚪放回”等。

4、  每两天观察一次，用小网将蝌蚪捞出放在培养皿中，再将培养皿放在坐标纸上测量其体长，观察其形态变化，前后肢生长情况及尾的变化等。观察测量后，迅速将每组蝌蚪放回原来饲养的培养缸内。

分析：应充分使用题目中提供的实验材料、器皿（也可能随意自拟），如题中的“小网”、“坐标纸”等，而且题目中提供的材料和器皿通常还能实验的设计起到一定的提示作用。

5、  记录观察测量结果，进行分析比较，得出实验结论。

分析：要注意给实验下结论时，一定要实事求是，实验能证明什么问题，就下什么结论，绝不能把你所掌握的知识，硬加到某一实验中作为实验结论。

例2：利用下面提供的实验材料，请设计实验证明经50℃处理的甲状腺激素是否还有生物活性 。

实验材料和用具：30只发育程度相同，体重、大小都一致的小蝌蚪，水缸若干个，普通饲料，甲状腺激素，经50℃处理的甲状腺激素，漏勺，水藻若干，清水，天平，量筒等。

实验步骤：1、取A、B、C三只大小相同的水缸，分别放入等量的清水和水藻；将30只发育程度相同，体重、大小都一致的小蝌蚪均分为三组，每组10只，分别用漏勺放入A、B、C三只水缸中。

分析：第一步设置的目的就在于设置控制变量，为更好地研究实验变量与反应变量之间的关系创造有利条件。这里水缸等大，蝌蚪等大且发育程度相同，数量相同等都是控制变量。

2、用天平称取三份等量的普通饲料，然后再称取等量的甲状腺激素和经50℃处理的甲状腺激素各一份，并分别混入两份普通饲料中。向A水缸中加入一份普通饲料；向B水缸中加入另一份混有甲状腺激素的普通饲料；向C水缸中加入一份混有经50℃处理的甲状腺激素普通饲料。

分析：这里运用了对照实验中的等组实验法，即将状况相同的对象分成了A组、B组和C组，并采用了三种不同的方法。A组为空白对照组，B组为条件对照组，C组为实验组。在设置实验变量时，也应注意保持控制变量的一致，即保持加入的饲料的量或各种制剂的量一致，如果这些控制变量不加以注意，也必将影响对实验结果的分析。

3、将A、B、C三个水缸分别放在相同的温度、光照等条件下进行培养，每隔一定时间进行观察和测量，比较其发育程度。

分析：对于生物实验，往往需要经历一定的时间才能完成，而生物的生长发育必然要受环境条件（如：光照、温度、氧气等）的影响，对于这些问题也应当注意。

可能的实验结果及结论（比较A、B、C三组的发育程度）：

①B=C>A,证明甲状腺激素经50℃处理后，对甲状腺激素的生物活性无影响。

②B>A=C，证明经50℃处理的甲状腺激素生物活性丧失 。

③B>C>A，证明经50℃处理的甲状腺激素还有部分生物活性 。

分析：对于一个实验设计题首先应认真分析实验目的，把握其性质：是验证性实验还是探究性实验？如果是探究性实验，就应当从所掌握的基础知识出发，全面推断实验可能发生的现象或结果。对实验现象的解释更应充分运用所学知识与原理并结合实验实际现象进行合理的解释。

在把握实验目的之后，要细心地去弄清题目的设计要求。否则尽管实验设计得很完美，但若不合题意，还是不能得分。如：

（1）鉴定高杆小麦是纯种还是纯种，题目中可能要求你用最简易的方法。你若用测交就错了。

（2）鉴定粟色雄马是否纯种，题目中可能要求是在一个配种季节里完成，你若将该马与一匹白色雌马交配则也是错的。

（3）怎样使用植物茎杆向一侧生长，题目中可能不准你用任何药剂和器具，你若用单测光或生长素处理则又错了。

（4）培育无籽果实，题目中可能要求你用秋水仙素，你若用生长素则也是不能得分的。

（5）比较两组动物的代谢速度快慢，给你的主要用具是钟表，你就不能转用其它用具（如：耗氧速度测定仪，天平等）。……等等。

6、实验设计题的解答要注意条理性。即要用代号明确标出实验步骤，如例题中的实验步骤序号“1、2、3、4、5、6”，如果没有明确的实验步骤，整个实验设计就会显得杂乱无章，没有条理。

7、在文字表述上要有技巧。如表述的语言要精练、应尽量使用题目中出现过的比较规范的表述、在使用器皿时用标记号（甲烧杯、A试管、1号培养皿……）来辅助，象上题中的“1、2、3号玻璃鱼缸”，这样在表达时一方面清晰明了，另一方面可以节省篇幅、节省时间。

8、要打草稿。在解答实验设计题时，最好能先在草稿纸上草拟，以求设计尽量完整并使卷面整洁。

9、说服自己。解答完毕要认真检查，对照实验目的查缺补漏，先说服了自己才能说服别人。

10、要分清实验的性质。一般把实验分成验证性实验和探究性实验良种类型。教材中的常规实验多为验证性实验，其特点是先有结论，然后用实验来验证结论。而探究性实验的特点是结论是通过实验探究而的得的，是在实验之后得出的。探究性实验的一般过程是：发现并提出问题；对问题的答案做出假设；为证实假设设计实验方案并对实验结果做出预期；实施实验方案；观察并记录实验现象和结果；将实验结果与预期对比；得出结论。

注意：一个实验的结论往往出现在该实验的目的要求之中，通常只要把实验目的稍加改动，就能得到实验结论。但要注意给实验下结论时，一定要实事求是，实验能证明什么问题，就下什么结论，绝不能把你所掌握的知识，硬加到某一实验中作为实验结论。如唾液淀粉酶把水解淀粉实验中，能否得出是“唾液淀粉酶把淀粉水解成了麦芽糖”的结论？从那个实验来看，只能说明液淀粉酶把淀粉水解了，而不能直接说分解成麦芽糖了。

例题3 (04广东)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考试要求，室温恒定。)

   (2)方法与步骤：

(3)结果预测与分析：

实验目的：验证甲状腺激素对动物的生长发育的影响

实验方法：对照实验法（注意区分对照组和实验组）

实验步骤：

①将两组雄性成年大白鼠分别标号为甲组和乙组，并分别用给出的仪器，测定与记录耗氧量和活动量②每天用灌胃器给予甲组鼠灌胃甲状腺激素溶液，给予乙组鼠灌胃等量的蒸馏水，饲养一定时间。③测定与记录甲、乙组鼠耗氧量和活动量

（3）结果预测与分析：①未给甲状腺激素时，甲、乙组鼠耗氧量和活动量相近。②给甲组鼠甲状腺激素后，其耗氧量和活动量均大于乙组鼠。结果表明甲状腺激素能够促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，提高神经系统的兴奋性，从而使动物的耗氧量和活动量增加。

 [附]现将与中学实验有关的一些最常见的经典性的实验方法汇总如下：

（1）化学物质的检测方法 

①淀粉——碘液②还原性糖——斐林试剂、班氏试剂③C02——Ca（0H）2溶液或酸碱指示剂④乳酸——PH试纸⑤02——余烬复然⑥无02——火焰熄灭⑦蛋白质——被蛋白酶分解

（2）实验结果的显示方法 

 ①光合速度——02释放量或CO2吸收量或淀粉产生量②呼吸速度——02吸收量或CO2释放量或淀粉减少量③原子途径——放射性同位表示踪④细胞液浓度大小——质壁分离

⑤细胞是否死亡——质壁分离⑥甲状腺激素作用——动物耗氧量，发育速度等⑦生长激素作用——生长速度（体重变化，身高身长变化）⑧胰岛素作用——动物活动状态⑨菌量——菌落数或亚甲基蓝褪色程度

（3）实验条件的控制方法①增加水中氧气——泵入空气或吹气或放入绿色植物②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水、其他密封材料凡士林、石蜡③除去容器中CO2——NaOH溶液④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境⑤除去叶中叶绿素——酒精加热⑥除去光合对呼吸干扰——给植株遮光⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光⑧血液抗疑——加入柠檬酸钠⑨线粒体提取——细胞匀浆离心⑩骨的脱钙——盐酸溶液