解读实验目的、实验原理及结论

广东

生物学是一门实验的科学。生物学的许多规律、结论是通过实验得出的，生物在高考中与实验有关的考查内容通常可以达到30%。除了《考试大纲》中要求的19个必修实验外，还有隐含在教材中的生物科学发现史、正文内容的许多佐证、旁栏知识及课后练习、人教版选修1的实验等大量的隐性实验。生物学实验是复习备考要重点关注的内容。而对于实验往往从实验目的、实验原理、实验步骤或实验思路、实验结果及结论等方面进行考查。本文将从实验目的、实验原理、实验结论三方面以理论和例题的形式进行讲解，尽可能全面地解读实验考查的这三个方面。

一、实验目的

实验目的是实验内容的重要组成部分，是教学实践活动的目标和指南，也是创新意识和创新能力的发源地。实验目的是通过自变量和因变量的关系确定的，所以在确定实验目的时，先要确定实验的自变量和因变量，确定这两个变量后，实验目的就“呼之欲出”了。在试题中，部分题目会直接给出实验目的，也有些题目则考查实验目的（或探究课题）。

如（2015年，重庆卷，第10题节选）小麦的穗发芽影响其产量和品质。某地引种的红粒小麦的穗发芽率明显低于当地白粒小麦。为探究淀粉酶活性与穗发芽率的关系，进行了如下实验。

（1）取穗发芽时间相同、质量相等的红、白粒小麦种子，分别加蒸馏水研磨、制成提取液（去淀粉），并在适宜条件下进行实验。实验分组、步骤及结果如下……

由于此题明确给出实验目的，因此本题的考查重点应该是如何控制自变量，如何检测因变量以及如何书写实验思路和结论等。而对于没有直接给出实验目的的题目，考生需要认真分析实验的自变量和因变量，有些实验是单自变量和单因变量；有些实验是双自变量和单因变量；有些实验是单自变量和双因变量。接下来笔者进行逐一分析。

1.单自变量和单因变量

本类实验的实验目的相对简单，总结规律如下：探究自变量对因变量的影响。

【例题1】某研究人员对水稻幼根做了如下的实验。

①将生长状况相同的200粒刚萌发的水稻种子平均分为甲、乙、丙、丁4组，分别放在浓度为0、5、10、15 umol/L的脱落酸溶液中处理1天后，转至培养皿中培养，培养条件适宜且相同；

②培养至第3天后；

③实验结果如图1所示；

图1

【分析】由①和图1结果可分析得出题中的自变量和因变量，其中自变量为不同浓度的脱落酸溶液，因变量为水稻幼根生长发育的情况。故实验目的：探究不同浓度的脱落酸对水稻幼根生长发育的影响。

2.双自变量和单因变量

【例题2】

图2

由图2可知图中自变量为温度和pH，因变量为反应物剩余量/相对量，其可反映酶的活性。故实验目的：不同温度下，探究pH对酶活性的影响。

如果横坐标改为pH，曲线改为温度，那么实验目的应该改为不同pH下，探究温度对酶活性的影响。

3.单自变量和双因变量

【例题3】科研人员研究6-BA（一种植物激素）对拟南芥根生长发育的作用机理，进行了如下实验。

图3

【分析】找出本题的自变量和因变量，自变量为6-BA的浓度，因变量为侧根和主根的生长发育情况。故实验目的：探究不同浓度的6-BA对拟南芥主根和侧根生长发育的影响。

二、实验原理

实验原理是实验设计的依据和思路。实验基本原理是设计性实验的基础，在研究实验时，只有明确实验原理，才能真正掌握实验关键点、操作要点，进而进行实验的设计、改造和创新。

实验原理的书写应遵循三个原则：①操作与自变量之间的关系；②自变量如何影响因变量；③因变量与观测指标的关系。即：操作→自变量→因变量→观测指标。

1.操作与自变量的关系

【例题4】比较H2O2酶在不同条件下的分解情况，某同学做了如下实验：

实验过程：①2支试管中，分别注入100 mL H2O2。

②分别向两支试管中滴加2滴肝脏研磨液和FeCl3溶液，测定单位时间的气泡数量。经多次重复实验，所得平均数据如表1：

表1

请回答：该实验的原理是____________________________________ 。

【分析】本题考查H2O2酶的活性，而试管中滴加的为肝脏研磨液，故应该说明“肝脏中含有H2O2酶”，对应实验原理书写原则中的第①点；分析自变量（催化剂的种类）是如何影响因变量（H2O2的分解速率），对应实验原理书写原则中的第②点；分析因变量的检测指标，即观察单位时间气泡的数量，对应实验原理书写原则中的第③点。

【答案】H2O2溶液分解可产生氧气，其在不同类型催化剂作用相同时间后产生的氧气量也不同。通过观察单位时间气泡的数量推测不同催化剂的催化效果。

2.自变量与因变量内在关系及如何检测因变量

【例题5】（2008年，四川卷，第30题节选）为确定人体在运动时呼出气体中的CO2浓度是否比静止时高，某同学进行了如下探究：

作出假设：人体在运动时呼出气体中CO2的浓度比静止时高。

实验过程：①在3个烧杯中，分别注入100 mL蒸馏水，测定其pH。

②实验者在安静状态（静坐2 min）、中度运动（步行2 min）以及剧烈运动（跳绳2 min）后，立即分别向上述3个烧杯的水中吹入等量气体，测定pH。经多次重复实验，所得平均数据如表2：

表2

请回答：

（2）该实验的原理是_____________________________________________ 。

【分析】由于人体在运动时消耗能量增加，细胞呼吸加强，产生二氧化碳的量增加，所以呼出二氧化碳的量增加，故人体在运动时呼出气体中二氧化碳的浓度比静止时高；对应实验原理书写原则中的第②点；因为二氧化碳在水中溶解后使水的pH下降，所以可以以水的pH变化作为测量指标，从而推测呼出气体中二氧化碳浓度的变化。对应实验原理书写原则中的第③点。

【答案】CO2在水中溶解后使水的pH下降，人在不同运动状态下产生的CO2不同，溶于水后也会导致pH不同，通过测定水pH的变化，可以推测呼出气体中CO2浓度的变化。

三、实验结论

实验结论应指向实验目的，也是对实验结果的合理推测和分析。一个完整的实验结论应该包括两部分内容，第一、对实验目的做出判断，即自变量对因变量有无影响；第二、分析自变量如何影响因变量。而后者又可以分四种情况：自变量促进因变量；自变量抑制因变量；一定范围内自变量促进因变量，而超过该范围后，自变量不再影响因变量；一定范围内自变量促进因变量，而超过该范围后，自变量抑制因变量。

【例题6】（2017年，北京卷，第31题节选）疟原虫是一种单细胞动物。它能使人患疟疾，引起周期性高热、寒战和出汗退热等临床症状，严重时致人死亡。

（5）临床应用青蒿素治疗疟疾取得了巨大成功，但其抗疟机制尚未完全明了。我国科学家进行了如下实验。

表3

据此可以得出的结论是__________________________________ 。

【分析】许多学生在做本题时，想直接得出结论，但这种答题模式往往会出错。正确的做法应该是首先考虑本题的实验目的，在实验目的的基础上再得出结论。本题的实验目的：探究青蒿素对疟原虫和仓鼠细胞线粒体膜电位的影响。故本题的实验结论应该为青蒿素对疟原虫线粒体膜电位有影响，而对仓鼠细胞基本无影响。在此基础上要进一步分析总结得出本实验的结论。

【答案】青蒿素对线粒体膜电位的影响存在物种间的差异

在平时的考试中，一个完整的实验题不止设置一类问题，但只要分析清楚实验的原理、目的、结论，所有设问基本可以得到解答。最后笔者结合例题7综合分析实验类题目中涉及的文中提到的三方面问题。

【例题7】（2013年，全国卷Ⅱ，第29题）已知大麦在萌芽过程中可以产生α-淀粉酶，用GA（赤霉素）溶液处理大麦可使其不用发芽就产生α-淀粉酶。为验证这一结论，某同学做了如下实验：

表4

（1）α- 淀粉酶催化_________ 水解可生成二糖，该二糖是___________ 。

（2）综合分析试管1和2的实验结果，可以判断反应后试管 1 溶液中的淀粉量比试管 2 中的___________ ，这两支试管中淀粉量不同的原因是____________ 。

（3） 综合分析试管2、3和5的实验结果，说明在该实验中 GA 的作用是_______________ 。

（4）综合分析试管 2、3 和 4 的实验结果，说明__________________。

【分析】分析该实验的自变量：

试管1和试管2的自变量：有无胚；

试管2、3、4的自变量：赤霉素的浓度。试管5为空白对照。

分析该实验的因变量与观测指标：

因变量：α-淀粉酶的量；

观测指标：在反应体系中先加淀粉液再加碘液，用碘液的颜色变化反映淀粉的剩余量，从而反映α-淀粉酶的量。

本题实验原理的分析：由自变量与因变量的内在关系，可知“大麦种子的胚可以产生α-淀粉酶；赤霉素能促进未萌发（无胚）种子产生α-淀粉酶”。由因变量与观测指标的关系可知“α-淀粉酶可以水解淀粉；淀粉液遇碘液呈蓝色，且淀粉液浓度越高，蓝色越深。”

本题实验目的与实验结论分析：一、通过试管1、2、5可探究大麦种子的胚是否可以产生α-淀粉酶。分析可知“试管1中加碘颜色浅→淀粉少→淀粉酶多”“试管2中加碘颜色深→淀粉多→淀粉酶少（与空白对照相同）”，可得本组的实验结论是大麦种子的胚可以产生α-淀粉酶。即题目要验证的第一个结论——“已知大麦在萌芽过程中可以产生α-淀粉酶”；二、通过试管2、3、4、5可探究赤霉素对无胚大麦种子产生α-淀粉酶的影响。分析可知“试管4中加碘颜色最浅→淀粉最少→淀粉酶最多”，与试管2、3、5对照可得本组的实验结论是GA溶液处理大麦可使其不用发芽就能产生α-淀粉酶。GA浓度越高，效果越好。即题目要验证的第二个结论——“用GA（赤霉素）溶液处理大麦可使其不用发芽就产生α-淀粉酶”。

【答案】（1）淀粉 麦芽糖 （2）少 带胚的种子保湿后能够产生α-淀粉酶，使淀粉水解（3）诱导种子生成α-淀粉酶 （4）GA浓度高对α-淀粉酶的诱导效果好

实验目的与实验原理及实验结论是生物实验类题目考查的重点，本文通过例题的形式逐步对存在的各种情况进行分析，从而使复杂的实验简单化，简单的实验规律化，希望学生能在实验题方面有所进步，也为一线老师的教学提供一定的参考。