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【知识建构】
纵观2010年高考生物试卷，以实验为背景或题材的试题占很大比重，实验题能很好地考查同学们对知识的理解能力、实验设计分析能力和语言表达能力，是体现高考对能力要求的主要考查方式。从近几年高考理综生物卷来看，考题重在考查大家有关实验的设计思想。
一、变量的确认和控制
1. 变量的类型
生物学实验中的“变量”是指可被操纵的特定因素或条件。根据其在实验中的作用，可分为以下几种类型：（1）实验变量和反应变量：实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件；反应变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系；（2）无关变量和额外变量：无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验结果的因素或条件；额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量而引起的变化和结果。额外变量会对反应变量有干扰作用。
2. 控制变量的基本要求
在实验过程中，往往通过设置对照组，来说明某种因素对实验结果所造成的影响。实验中的某种因素就是我们在实验组中要设置的自变量，达到实验组与对照组形成对比。通过分析因变量，观察实验结果，最后得出实验结论。在实验过程中，无关变量要适宜且保持一致，防止额外变量出现，从而增强实验的说服力。
二、实验结果、结论的预期与分析
实验结果是由实验变量引起的变化，是实验所得到的直接现象，如测得的有关数据，实验对象呈现的特殊颜色、气味、形态和生理等方面的变化，因此实验结果是对实验现象的直接陈述。而实验结论是根据实验结果作出的一种推论，是在实验结果的基础上，根据已有知识，进行合理迁移，通过推理和判断，得出关于生命现象最本质的认识。一个正确的实验设计应该能够达到实验目的，即得出的结论就是实验目的。在实验设计中，要弄清实验目的是“验证”还是“探究”。如果是验证性实验，预测结果和得出的结论与实验目的一致，联系实验目的即可得出结论。如不少实验的结论就可直接在实验想要验证的内容中找到。若是探究性实验，预测的结果不惟一，一般从三个方面去预测：“变量促进结果；变量抑制结果；变量与结果无关”或“全肯定；全否定；一肯定一否定”。结论当然也不惟一。
三、如何对实验组和对照组进行确认
一般用生物实验设计中的条件控制原理即加法原理和减法原理进行了解释：加法原理就是设法给研究对象施加干扰（添加条件），使研究对象在被激发状态中反映其某些特征。简单地讲，就是与常态相比，人为增加某种影响因素，这种添加控制组为实验组。减法原理就是设法排除某种因素（减少条件）对研究对象的干扰，从而在比较纯粹的状态下反映对象。简单地讲，就是与常态相比，人为去除某种因素，这种去除控制组为实验组。
【考点例析】
例1 通用的蛋白质测试方法“凯氏定氮法”是通过测出含氮量来估算蛋白质含量，其含氮量一般不超过30%，而三聚氰胺的含氮量为66%左右，因此三聚氰胺也被人称为“蛋白精”。人和动物长期摄入三聚氰胺会造成生殖泌尿系统的损害、膀胱肾部结石。科研人员以鼠为实验材料，探究是三聚氰胺能否诱导大鼠的肾部结石发生。请完成下列实验：
（一）实验题目：探究三聚氰胺能否造成动物肾部结石。
（二）材料用具：大鼠若干只；普通饲料；一定浓度三种不同剂量的三聚氰胺溶液；蒸馏水；其他所需条件均满足（如何检测肾部是否有结石不做要求）。
（三）步骤设计：
第一步： 随机平均分成两组，并编号甲组、乙组，分别饲养；
第二步：甲组每天饲喂普通饲料伴三聚氰胺溶液；乙组每天饲喂 ；
第三步： ；
第四步：一段时间后，检查大鼠的健康状况，统计各组大鼠肾部结石的发生率。
解析 进行实验设计，首先要明确相关变量。该实验的实验变量为“饲喂普通饲料伴三聚氰胺溶液”和“饲喂等量普通饲料伴蒸留水”，反应变量是大鼠肾部结石的发生率，无关变量是每组大鼠的数量、身体健康、发育正常、年龄和体重相当以及在相同且适宜的条件下每组饲养的饲料数量和时间要相同，特别是无关变量的控制问题，同学们在答题时，很容易疏忽，从而出现漏答。
答案 第一步：选取身体健康、发育正常、年龄相当、体重相当的大鼠若干；第二步：等量普通饲料伴蒸留水；第三步：在相同且适宜的条件下饲养一段时间。
例2 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（略）
（3）结果预测与分析： 。
例3 一种以地下茎繁殖为主的多年生野菊分别生长在海拔10m、500m、1000m的同一山坡上。在相应生长发育阶段，同一海拔的野菊株高无显著差异，但不同海拔的野菊株高随海拔的增高而显著变矮。为检验环境和遗传因素对野菊株高的影响，请完成以下实验设计。
（1）实验处理：春天，将海拔500m、1000m处的野菊幼芽同时移栽于10m处。
（2）实验对照：生长于10m、500m、1000m处的野菊。
（3）收集数据：第二年秋天测量株高 记录数据。
（4）预测支持下列假设的实验结果：
假设一 野菊株高的变化只受环境因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高 ；
假设二 野菊株高的变化只受遗传因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高 ；
假设三 野菊株高的变化受遗传和环境因素的共同影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高 。
解析 例2中第（3）问和例3中第（4）问都考查了实验结果预测与分析，但在表述方面却存在着明显的差异，这实际上是由两种实验设计题型决定的。从题干中的信息可知：例2为验证性实验设计，例3探究性实验设计。验证性实验的结果是预料之中的，故例2只表述验证的那个结论，其产生的原因大多是教材中已公认的相关理论。而探究性实验是对未知事件进行探究，其现象具有多样性，结果可能有多种，因此要充分考虑各种可能，保证探究的严密性和科学性。一般分三个方向预测：实验组与对照组结果相同、实验组呈强效应而对照组呈弱效应、实验组呈弱效应而对照组呈强效应。其产生的可能原因也是三种：因变量与自变量无关。因变量与自变量正相关、因变量与自变量负相关。故例3表述的有三种情况。
答案 例2 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。例3 （4）与10m处野菊株高无显著差异 与原海拔处（500m、1000m）野菊株高无显著差异 比10m处矮，比原海拔处高。
例4 为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是（ ）
①实验组 ②对照组 ③黑暗中培养 ④在光下培养 ⑤生长良好 ⑥生长不良
A. ②③⑤ B. ①③⑥ C. ①④⑤ D. ②④⑥
解析 对于该题为什么选B，很多同学心存疑虑。我们可以运用减法原理进行解释：小麦在自然条件下总是要见光的，因此，在光下生长应该为常态，而在黑暗中培养实际上是让光照处于缺少状态，运用的是减法原理。这样，在黑暗中培养应为去除控制组，即实验组；在光下培养应属于常态组，即对照组。
答案 B
纵观2010年高考生物试卷，以实验为背景或题材的试题占很大比重，实验题能很好地考查同学们对知识的理解能力、实验设计分析能力和语言表达能力，是体现高考对能力要求的主要考查方式。从近几年高考理综生物卷来看，考题重在考查大家有关实验的设计思想。
一、变量的确认和控制
1. 变量的类型
生物学实验中的“变量”是指可被操纵的特定因素或条件。根据其在实验中的作用，可分为以下几种类型：（1）实验变量和反应变量：实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件；反应变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系；（2）无关变量和额外变量：无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验结果的因素或条件；额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量而引起的变化和结果。额外变量会对反应变量有干扰作用。
2. 控制变量的基本要求
在实验过程中，往往通过设置对照组，来说明某种因素对实验结果所造成的影响。实验中的某种因素就是我们在实验组中要设置的自变量，达到实验组与对照组形成对比。通过分析因变量，观察实验结果，最后得出实验结论。在实验过程中，无关变量要适宜且保持一致，防止额外变量出现，从而增强实验的说服力。
二、实验结果、结论的预期与分析
实验结果是由实验变量引起的变化，是实验所得到的直接现象，如测得的有关数据，实验对象呈现的特殊颜色、气味、形态和生理等方面的变化，因此实验结果是对实验现象的直接陈述。而实验结论是根据实验结果作出的一种推论，是在实验结果的基础上，根据已有知识，进行合理迁移，通过推理和判断，得出关于生命现象最本质的认识。一个正确的实验设计应该能够达到实验目的，即得出的结论就是实验目的。在实验设计中，要弄清实验目的是“验证”还是“探究”。如果是验证性实验，预测结果和得出的结论与实验目的一致，联系实验目的即可得出结论。如不少实验的结论就可直接在实验想要验证的内容中找到。若是探究性实验，预测的结果不惟一，一般从三个方面去预测：“变量促进结果；变量抑制结果；变量与结果无关”或“全肯定；全否定；一肯定一否定”。结论当然也不惟一。
三、如何对实验组和对照组进行确认
一般用生物实验设计中的条件控制原理即加法原理和减法原理进行了解释：加法原理就是设法给研究对象施加干扰（添加条件），使研究对象在被激发状态中反映其某些特征。简单地讲，就是与常态相比，人为增加某种影响因素，这种添加控制组为实验组。减法原理就是设法排除某种因素（减少条件）对研究对象的干扰，从而在比较纯粹的状态下反映对象。简单地讲，就是与常态相比，人为去除某种因素，这种去除控制组为实验组。
【考点例析】
例1 通用的蛋白质测试方法“凯氏定氮法”是通过测出含氮量来估算蛋白质含量，其含氮量一般不超过30%，而三聚氰胺的含氮量为66%左右，因此三聚氰胺也被人称为“蛋白精”。人和动物长期摄入三聚氰胺会造成生殖泌尿系统的损害、膀胱肾部结石。科研人员以鼠为实验材料，探究是三聚氰胺能否诱导大鼠的肾部结石发生。请完成下列实验：
（一）实验题目：探究三聚氰胺能否造成动物肾部结石。
（二）材料用具：大鼠若干只；普通饲料；一定浓度三种不同剂量的三聚氰胺溶液；蒸馏水；其他所需条件均满足（如何检测肾部是否有结石不做要求）。
（三）步骤设计：
第一步： 随机平均分成两组，并编号甲组、乙组，分别饲养；
第二步：甲组每天饲喂普通饲料伴三聚氰胺溶液；乙组每天饲喂 ；
第三步： ；
第四步：一段时间后，检查大鼠的健康状况，统计各组大鼠肾部结石的发生率。
解析 进行实验设计，首先要明确相关变量。该实验的实验变量为“饲喂普通饲料伴三聚氰胺溶液”和“饲喂等量普通饲料伴蒸留水”，反应变量是大鼠肾部结石的发生率，无关变量是每组大鼠的数量、身体健康、发育正常、年龄和体重相当以及在相同且适宜的条件下每组饲养的饲料数量和时间要相同，特别是无关变量的控制问题，同学们在答题时，很容易疏忽，从而出现漏答。
答案 第一步：选取身体健康、发育正常、年龄相当、体重相当的大鼠若干；第二步：等量普通饲料伴蒸留水；第三步：在相同且适宜的条件下饲养一段时间。
例2 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（略）
（3）结果预测与分析： 。
例3 一种以地下茎繁殖为主的多年生野菊分别生长在海拔10m、500m、1000m的同一山坡上。在相应生长发育阶段，同一海拔的野菊株高无显著差异，但不同海拔的野菊株高随海拔的增高而显著变矮。为检验环境和遗传因素对野菊株高的影响，请完成以下实验设计。
（1）实验处理：春天，将海拔500m、1000m处的野菊幼芽同时移栽于10m处。
（2）实验对照：生长于10m、500m、1000m处的野菊。
（3）收集数据：第二年秋天测量株高 记录数据。
（4）预测支持下列假设的实验结果：
假设一 野菊株高的变化只受环境因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高 ；
假设二 野菊株高的变化只受遗传因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高 ；
假设三 野菊株高的变化受遗传和环境因素的共同影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高 。
解析 例2中第（3）问和例3中第（4）问都考查了实验结果预测与分析，但在表述方面却存在着明显的差异，这实际上是由两种实验设计题型决定的。从题干中的信息可知：例2为验证性实验设计，例3探究性实验设计。验证性实验的结果是预料之中的，故例2只表述验证的那个结论，其产生的原因大多是教材中已公认的相关理论。而探究性实验是对未知事件进行探究，其现象具有多样性，结果可能有多种，因此要充分考虑各种可能，保证探究的严密性和科学性。一般分三个方向预测：实验组与对照组结果相同、实验组呈强效应而对照组呈弱效应、实验组呈弱效应而对照组呈强效应。其产生的可能原因也是三种：因变量与自变量无关。因变量与自变量正相关、因变量与自变量负相关。故例3表述的有三种情况。
答案 例2 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。例3 （4）与10m处野菊株高无显著差异 与原海拔处（500m、1000m）野菊株高无显著差异 比10m处矮，比原海拔处高。
例4 为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是（ ）
①实验组 ②对照组 ③黑暗中培养 ④在光下培养 ⑤生长良好 ⑥生长不良
A. ②③⑤ B. ①③⑥ C. ①④⑤ D. ②④⑥
解析 对于该题为什么选B，很多同学心存疑虑。我们可以运用减法原理进行解释：小麦在自然条件下总是要见光的，因此，在光下生长应该为常态，而在黑暗中培养实际上是让光照处于缺少状态，运用的是减法原理。这样，在黑暗中培养应为去除控制组，即实验组；在光下培养应属于常态组，即对照组。
答案 B