从2001年至2005年高考来看，实验设计题已经成为生物学高考实验题的重点。高考大纲能力要求中明确指出：同学们应具备对实验现象和结果进行解释和分析的能力，能对一些生物学问题进行初步的探究性研究。下面笔者就实验设计应遵循的原则和实验题的类型谈谈自己的看法。
一、实验设计的原则
1.对照原则
在实验中需设置对照组与实验组进行对比，以对比来显示实验的效果。通过设置对照实验，既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。
（1）空白对照。即相对于实验组不给对照组以任何处理。但实际上并不是不加处理，只是不加实验因子。如要验证甲状腺激素的作用，则对照组动物不做实验处理，让其自然生长；而对实验组饲喂甲状腺激素制剂或甲状腺抑制剂，以观察甲状腺激素的作用。
（2）相互对照。不单独设置对照组，而是几个实验组相互对照。如在“比较过氧化氢酶和Fe3+催化效率”实验中，分别用过氧化氢酶和Fe3+催化过氧化氢分解，进行相互对照，得出酶的高效性的结论。
（3）自身对照。对照和实验均在同一对象上进行。如1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，即进行“饥饿”处理。然后把此叶片一半遮光，一半曝光。经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，从而成功地证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。本实验曝光处为实验组，遮光处为对照组，对照与实验用的是同一个叶片。
（4）标准对照。不设对照组，用标准值或正常值做对照的方式。如血常规化验单。
2.单一变量原则和等量原则
即实验所得出的现象是由于单一因子变化所引起的。强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量。只有这样，当实验组和对照组出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的。因此，在设计对照组实验时，首先要确定变量并加以正确设置，至于将哪一个作为变量则很容易确定，即要验证哪一个因素则把它作为变量。如探索pH对淀粉酶活性的影响，则应将pH作为变量；验证光合作用需要光，则应将光作为变量；验证光合作用需要二氧化碳，则应把二氧化碳作为变量，等等。
等量原则强调除了变量之外，一切对实验结果有影响的无关变量必须相同。例如，在“探索pH对酶活性影响”的实验中，单一变量是pH，除pH外的其他一切对酶活性有影响的无关变量（如温度），不但要相同，而且要适宜，即要给予酶活性所需的适宜温度，而不能控制在低温或高温条件下的等量。
3.随机取样原则
在选取实验材料作为实验组与对照组时要遵循的原则。通常随机选取、混匀量取。在以动物为实验材料时，往往陈述为：随机选取体重相同、身体状况相似的同种动物分成若干组；在以植物为实验材料时，往往陈述为：随机选取长势相同的某种植物若干株分别给予不同的处理。
4.平行重复原则
平行重复原则要求控制某种因素的变化强度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。如孟德尔从生物（豌豆）的性状出发，揭示出了遗传的基本规律——基因的分离定律。最初他采用了纯种高茎豌豆与纯种矮茎豌豆作为亲本进行杂交，得出结论。其后，孟德尔用同样的实验材料——豌豆又做了其他六对相对性状的杂交实验，观察了数千株豌豆的杂交情况，并且对每一对相对性状的实验结果进行了统计学分析，最后都得出了同样的结果：子一代只表现出显性性状，子二代出现了性状分离现象，并且显性性状与隐性性状的数量比接近于3∶1。显然，这个实验的自变量是豌豆不同对的相对性状，因变量是子一代只表现出显性性状，子二代出现的性状分离比都接近于3∶1。由于经过多次平行重复实验，得出的结论基本一致，因而孟德尔认为这是一个普遍的规律。总之，遵循平行重复原则，目的是为了排除偶然性，使实验结论更加科学、可靠。
二、试题类型分析
从实验试题的认知层次分析，一般分为识记、理解和综合应用三个层次。
1.识记层次的实验试题
一般都是以高中生物教材上的内容作为命题的基本素材，不要求同学们有一个复杂的推理过程，只要求能在问题情景中加以识别。
例1 下面是以小麦为材料所进行的实验，请回答有关问题。
（1）将发芽种子的研磨液置于试管中，加入班氏试剂，并________，试管中出现红黄色。说明发芽的种子中含有________。
（2）在盛有10 mL3%过氧化氢溶液的试管中，加入新鲜的发芽小麦种子研磨液时，试管中有大量气泡生成，将点燃的卫生香插入试管，火焰变得明亮，这个实验证明发芽的小麦种子中含有________。
（3）在利用小麦叶片进行“叶绿体色素的提取与分离”实验时，将盛有叶绿体色素的提取液的试管经静置后置于透射光和反射光下，依次呈________和________。
（4）小麦根吸水能力最强的部位是________区。用显微镜观察此区的徒手纵切片，可见到该区已分化出木质部，其中输送水分的是________。
2.理解层次的实验试题
这类试题不是课本实验的机械重复和再现，一般要求同学们根据课本中的实验基本原理和方法，在新的实验情境中分析和解决问题。
例2 （1）当显微镜目镜为10×、物镜为10×时，视野中被相连的64个分生组织细胞所充满，若将显微镜物镜转换为40×，则视野中可检测到的分生组织细胞数为（）。
A.2个B.4个C.8个D.16个
（2）为了研究小麦染色体的数目、大小和特征，应以显微镜观察并计数小麦根尖的分生区处于________期的细胞染色体。若以适宜的秋水仙素处理培育中的小麦幼苗根部，则此根尖分生组织细胞的染色体与处理前相比较，其数目________。
（3）若利用小麦的根毛细胞进行质壁分离实验，由于观察的细胞无色透明，为了取得更好的观察效果，调节显微镜的措施是_____________________________________。
（4）现有在培养皿中萌发至3 cm的小麦幼苗，罩以侧面开一个小孔的纸盒，胚芽鞘弯向小孔生长。请设计一个实验方法，在细胞水平上证明，向光的一侧细胞生长慢，背光的一侧细胞生长快_____________________________________。
3.综合应用层次的实验题
这类题目的难度较大。一般要求同学们根据实验原理和实验目的，设计实验步骤、预测实验结果，或对实验结果提出合理的解释等。它不仅仅考查同学们对生物学知识掌握和理解的程度，对图表识别能力、绘图能力和文字表达能力均有较高的要求。这种题型在近年高考卷中逐渐增多，说明对实验的考查已逐渐由知识型过渡到能力型。
例3 在普通饲料中加入添加剂可以加速家禽和家畜的生长和增重。某饲料公司新近开发出两种新型饲料添加剂1号和2号，委托某生物学小组试验这两种饲料的效果。请你为该小组设计一试验方案，方案中应包括：
（1）试验具体步骤；
（2）用直角坐标图直观地表示和比较试验结果；
（3）试验要求在5周内结束。
实验室有一批体重为15 g左右的小白鼠，可按需选作为试验
动物。
例4 萝卜储藏根组织细胞中是否存在蛋白质和DNA？某生物小组对此进行研究，他们从网上查阅资料得知：①蛋白质在10%
NaCl溶液中可以沉淀形式析出；②在蛋白质溶液中，加入双缩脲试剂，溶液呈特有颜色；③DNA溶于10%NaCl溶液但在95%酒精中呈白色絮状沉淀，析出。
实验材料：白萝卜
实验用具：粉碎机、烧杯、漏斗、试管、滤纸、玻棒、镊子、载玻片、天平、纱布。
药品及试剂：蒸馏水、NaCl、95%酒精、甲基绿染液、双缩脲试剂、蛋白质样品。
请你根据所提供的条件参与实验设计并完成实验。
（1）实验处理：__________________________________________。
（2）提取：______________________________________________。
（3）鉴定及结果：________________________________________。
（4）讨论：
①蛋白质在萝卜储藏根组织细胞中所起的作用是___________。
②DNA主要来自萝卜储藏根组织细胞的___________________。
参考答案 1.（1）加热至沸腾 还原性糖 （2）过氧化氢酶 （3）绿色 红色 （4）根毛 导管
2.（1）B （2）有丝分裂中 增加一倍 （3）缩小光圈或缩小光圈换平面反光镜 （4）取弯曲处纵切片制成玻片标本，用显微镜观察并测量向光侧和背光侧的细胞长度
3.（1）具体步骤：
①选取体重大致相似的健康小鼠，随机分为3组，每组若干只；
②A组饲料为普通饲料，加添加剂1号，B组饲料为普通饲料，加添加剂2号，C组为普通饲料，不加添加剂，作为对照组；
③在试验开始时称重，以后每周称重1次，记录每组的平均体重；
④3组小白鼠在相同条件下饲养，每天给予充足的水分和饲料。
（2）直角坐标图如图所示。
4.（1）取50 g白萝卜洗净切块，加水
30 mL，用粉碎机粉碎，通过纱布将匀浆过滤
（2）①向经纱布过滤得到的滤液中加入10 mL NaCl，直至沉淀析出。经滤纸过滤，将滤纸上的沉淀物放入试管中，加入1 mL蒸馏水，振荡，用于蛋白质鉴定；
②在除去蛋白质的滤液中，加入95%酒精，用玻棒轻轻搅拌，见有白色絮状沉淀产生，经滤纸过滤，用镊子将滤纸上的絮状沉淀置于载玻片上，用于DNA鉴定
（3）①在用于蛋白质鉴定的试验试管中，加入双缩脲试剂，产生呈色反应，同时将蛋白质标准样品和1 mL蒸馏水放入另一试管中，加入双缩脲试剂产生呈色反应。观察到两试管中的颜色基本一致，说明试验试管中有蛋白质的存在；
②在用于DNA鉴定的载玻片上，滴加甲基绿染液，DNA呈现蓝绿色，说明该白色絮状沉淀为DNA；
③通过对白萝卜储藏根匀浆过滤液的检测，说明有蛋白质和DNA的存在
（4）①是细胞膜等生物膜的结构成分，酶等功能蛋白质的组成部分，也是糊粉粒等储存蛋白质的成分
②细胞核