第37講實驗原則與設計第十單元實驗原則與設計[考綱點擊]1.能獨立完成考綱規定的教材實驗,包括理解實驗的目的、原理、方法和操作步驟。2.具備驗證簡單生物學實驗的能力,并對實驗現象和結果進行解釋、分析和處理。3.具有對一些生物學問題進行初步探究的能力，包括運用觀察、實驗與調查、假說演繹、建立模型與系統分析等科學研究方法。4.能對一些簡單的實驗方案作出恰當的評價和修訂。第十單元實驗原則與設計1．完整的實驗設計一般包括實驗題目、________、預期、_________觀察和收集數據、__________、推論、評價、交流等。2．科學探究的一般過程為：觀察、_________________→_______________→設計、完成實驗→分析數據，_______________→交流、表達和再探究。假設實驗提出問題分析作出假設得出結論3．探究實驗設計時要遵循三大原則：科學性原則、_______________和_______________。4．實驗過程中可以變化的因素稱為__________，生物學實驗中常涉及的類型有_______________、_______________和無關變量。5．實驗一般程序：分組編號→_______________→條件處理→_______________→_______________。對照原則單一變量原則變量自變量因變量設置對照觀察比較得出結論1.研究細胞核的功能，把蠑螈的受精卵橫縊成有核和無核兩部分。(

)2.比較過氧化氫在不同溫度條件下的分解實驗，該實驗的自變量是FeCl3溶液與肝臟研磨液。(

)3.探究Ca2＋的主動吸收，使細胞外Ca2＋濃度大于或小于細胞內Ca2＋濃度。(

)4.探究酵母菌培養過程中的呼吸方式，其因變量是是否產生了CO2。(

)√×××5.探究生長素促進插條生根的最適濃度的實驗中，需設置不同濃度生長素與清水組作對照。(

)6.觀察二氧化硫對植物的影響，可用兩組實驗相互對照：一組玻璃罩內放入植物，并加入低濃度二氧化硫氣體，另一組玻璃罩內放入相同的植物，并加入高濃度二氧化硫氣體。(

)√×考點一實驗設計原則物質Y的有無菠菜種子的萌發率用物質Y處理相同且適宜統計分析兩組菠菜種子的萌發率甲組菠菜種子的萌發率低于乙組，說明物質Y可解除物質X對菠菜種子萌發的抑制作用[解析]該實驗的自變量是物質Y的有無，因變量是菠菜種子的萌發率。實驗步驟中，應先用物質X處理菠菜種子一段時間,然后進行不同的處理，最后統計分析菠菜種子的萌發率。不做處理組的萌發率低于物質Y處理組的萌發率，證明物質Y可解除物質X對菠菜種子萌發的抑制作用。實驗名稱自變量因變量無關變量探究溫度對淀粉酶活性的影響不同溫度(至少三種)酶的活性(加碘液后溶液顏色的變化)pH、底物量、酶量、試管的潔凈程度、反應時間、操作程序等實驗名稱自變量因變量無關變量探究pH對過氧化氫酶活性的影響不同pH(至少三種)酶的活性(氣泡的數量或帶火星的衛生香燃燒的猛烈程度)溫度、底物量、酶量、試管的潔凈程度、反應時間、操作程序等探究酵母菌的呼吸方式氧的有無CO2生成量(澄清石灰水的渾濁程度);是否有酒精產生(用重鉻酸鉀檢測)葡萄糖溶液，石灰水的量、溫度、pH、錐形瓶的潔凈程度等模擬探究細胞表面積與體積的關系瓊脂塊體積的大小物質運輸的效率瓊脂塊的一致性、NaOH溶液的量、浸泡的時間、測量的準確性等實驗名稱自變量因變量無關變量探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度不同濃度的生長素類似物扦插枝條的生根數量或根長度實驗材料的一致性、生長素類似物濃度的準確性、處理時間的一致性等探究培養液中酵母菌數量的動態變化時間酵母菌種群數量培養液的成分、培養條件、空間等探究水族箱中的群落演替時間群落的演替水族箱的培養條件和環境等C實驗變量實例分析解析:在探究溫度對酶活性影響的實驗中，溫度是自變量，pH是無關變量，A錯誤；在模擬探究細胞大小與物質運輸關系的實驗中，正方體瓊脂塊的體積是自變量，B錯誤；在探究酵母菌呼吸方式的實驗中，酒精是無氧呼吸的產物，是因變量，氧氣的有無是自變量，D錯誤。C解析:驗證光合作用能產生淀粉的實驗中，將實驗植物做饑餓處理，避免植物自身原有的有機物對實驗結果產生影響屬于控制無關變量的操作，A正確；探究唾液淀粉酶的最適pH的實驗中，將每一組溫度都控制在37℃，是控制無關變量溫度對實驗的影響，B正確；驗證光合作用需要光照的實驗中，將葉片的一半用黑紙包住，這是設置自變量，不是控制無關變量，C錯誤；探究唾液淀粉酶最適溫度的實驗中，每一組都加入等量的淀粉,淀粉的量也影響實驗的結果，需要控制,D正確。選項實驗名稱實驗組對照組A探究過氧化氫酶作用的最適pH氫氧化鈉溶液或鹽酸＋過氧化氫溶液＋過氧化氫酶蒸餾水＋過氧化氫溶液＋過氧化氫酶B驗證過氧化氫酶具有催化作用過氧化氫溶液＋肝臟研磨液過氧化氫溶液＋FeCl3溶液C驗證酶的專一性新鮮蔗糖溶液＋新鮮蔗糖酶液新鮮淀粉溶液＋新鮮淀粉酶液D驗證某種酶是蛋白質待測酶溶液＋雙縮脲試劑標準蛋白質溶液＋雙縮脲試劑D實驗設計原則實例分析解析:探究過氧化氫酶作用的最適pH應設置成相互對照實驗，無特定的對照組，多個實驗組的pH不同，表中A項對應的設置是驗證pH對酶活性影響，A項錯誤。驗證酶具有催化作用，對照組應設置為用等量蒸餾水＋過氧化氫溶液。B項對應的設置是驗證酶具有高效性，B項錯誤。驗證酶的專一性應設置為：實驗組為反應物＋相應酶液，對照組為另一反應物＋同一酶液或同一反應物＋另一種酶液，C項錯誤。驗證某種酶是蛋白質的實驗中，對照組設置成標準蛋白質溶液＋雙縮脲試劑是為了排除無關變量的干擾，D項正確。組別第一步操作第一步現象第二步操作第二步現象甲組腹腔注射適量適宜濃度的胰島素溶液小鼠活動減弱直至昏睡腹腔注射適量適宜濃度的胰高血糖素溶液小鼠逐漸蘇醒、活動恢復正常乙組腹腔注射適量適宜濃度的胰高血糖素溶液檢測小鼠尿糖呈陽性腹腔注射適量適宜濃度的胰島素溶液檢測小鼠尿糖逐漸呈陰性丙組腹腔注射適量的生理鹽水小鼠活動正常、尿糖檢測呈陰性腹腔注射適量的生理鹽水小鼠活動正常、尿糖檢測呈陰性B解析:該實驗通過甲組和乙組的自身對照，可驗證胰島素和胰高血糖素的功能以及它們在調節血糖過程中的拮抗作用。實驗要嚴格遵循對照原則和單一變量原則，因此該實驗同一步所用的三種溶液量必須相等，但是同一組前后兩步所用溶液量可以不等。該實驗有組內的自身對照(第一步與第二步對照)，也有甲、乙兩組的相互對照，但是丙組的空白對照也很有必要，因為只有與空白對照相比較才能夠看出實驗組的情況是否異常。考點二探究性實驗與驗證性實驗比較項目探究性實驗驗證性實驗概念指實驗者在不知實驗結果的前提下，通過自己進行實驗、探索、分析、研究得出結論，從而形成科學概念的一種認知活動指實驗者針對已知的實驗結果而進行的以驗證實驗結果、鞏固和加強有關知識內容、培養實驗操作能力為目的的重復性實驗比較項目探究性實驗驗證性實驗實驗目的實驗假設探索研究對象的未知屬性、特征以及與其他因素的關系驗證已知對象的已知屬性、特征以及與其他因素的關系假設一般采用“如果A，則B”的形式表達，是根據現有的科學理論、事實，對所要研究的對象設想出一種或幾種可能的答案、解釋因結論是已知的，故不存在假設問題ST含量的增加能使GH含量下降不切除性腺(不作處理)每只家兔血液中ST和GH的濃度測定時間ST濃度(μg/mL)GH濃度(μg/mL)甲組乙組甲組乙組前測m1m1n1n1后測小于m2m2大于n2n2適量ST溶液等量生理鹽水平均值下降③切除性腺(閹割)[解析](1)根據生活經驗，雄性激素(ST)能夠抑制生長激素(GH)的分泌，故作出假設：雄性家兔體內ST含量對GH含量起抑制作用。(2)②自變量為ST含量，可通過是否切除性腺來控制，故實驗組(甲組)兔切除性腺，對照組(乙組)兔不切除性腺。③實驗的因變量為家兔血液中GH的濃度，故在相同且適宜的條件下飼養1個月,通過測定和記錄每只家兔血液中ST和GH的濃度,來反映雄性家兔體內ST含量對GH含量的影響。(4)①通過對預測結果分析，雄性家兔體內ST含量對GH含量起抑制作用，為進一步證明ST含量確實對GH含量起抑制作用，在上述步驟之后，還應給甲組家兔注射一定量的ST，乙組家兔注射等量生理鹽水。測定和記錄每只家兔血液中的GH濃度，并求各組的平均值。②與后測比，進一步實驗處理后甲組由于血液中ST含量恢復正常，對GH含量起抑制作用，故甲組GH濃度下降，而乙組GH濃度不變。③根據預測結果，可以對雄性幼年家兔進行切除性腺(閹割)，促使其生長激素含量增加，體重增加。血糖濃度X溶液生理鹽水血糖濃度對照組血糖濃度不變，實驗組血糖濃度下降考查實驗步驟設計患糖尿病正常一定量的X溶液(或X溶液)21解析:(1)實驗過程中可以變化的因素稱為變量,其中人為改變的變量稱為自變量,本題中實驗鼠是否注射X溶液為自變量;隨自變量的變化而變化的變量稱為因變量,本實驗中血糖濃度的變化是因變量。除了一個因素以外,其他因素都保持不變的實驗叫做對照實驗。本實驗過程中設置了對照實驗,即注射X溶液與生理鹽水形成對照,并且在實驗前后均要測定小鼠的血糖濃度。本實驗為驗證性實驗,故預測實驗結果是對照組血糖濃度不變,實驗組血糖濃度下降。(2)要驗證一定量的X能使患糖尿病小鼠的血糖濃度下降到正常范圍,除需要用患糖尿病小鼠作空白對照外,還需要增設正常鼠作恢復到正常范圍的對照,預測結果是實驗組和增設的正常鼠的血糖濃度在正常范圍內,對照組1患糖尿病小鼠的血糖濃度高于正常范圍。考查實驗設計是否完善減少實驗誤差(排除偶然因素對該實驗結果的影響或排除無關變量的影響)甲、乙兩組插條上芽的數量不等(或沒有控制好變量)觀察、記錄插條上芽的數量不對(或觀察記錄的指標不對)對照解析:首先明確實驗性質是驗證性實驗；其次分析變量，自變量是2，4-D的有無，因變量是插條生根的情況，無關變量有枝條的長勢、長度、環境溫度、溶液體積等。(1)若每組只有一根插條，則受偶然因素的影響較大，若選多根插條則可以排除偶然因素對實驗結果的影響。(2)甲、乙兩組插條上芽的數量不等，違背了實驗設計的等量原則和單一變量原則；據題意本實驗的實驗目的是驗證2，4-D對插條生根的促進作用，因此應觀察生根的情況，而不能觀察芽的數目，觀察指標不對。(3)該實驗設計改正后甲組是對照組,乙組是實驗組。C實驗結果實例分析解析:據圖可知用蔗糖處理后幼莖長度增加，所以蔗糖具有促進幼莖細胞伸長的作用；無法根據實驗結果判斷蔗糖和生長素對根細胞的作用；據圖可知生長素促進細胞伸長的作用比蔗糖的促進作用強，所以可推出生長素是影響幼莖細胞伸長的主要因素之一；高濃度的生長素對細胞伸長具有抑制作用，但在本實驗中沒有體現。C解析:曲線圖和柱形圖對應的縱坐標數值不同，乙組中乙酰膽堿酯酶活性小于一氧化氮合酶活性，A錯誤；乙組中一氧化氮合酶的活性小于甲組，說明棕櫚油能降低大鼠腦組織中一氧化氮合酶的活性，B錯誤；比較圖中的甲組、丙組和丁組可以看出，小劑量X和大劑量X都能提高大鼠腦組織中乙酰膽堿酯酶和一氧化氮合酶的活性，C正確、D錯誤。易錯點1驗證與探究的混淆［點撥］一般來說，驗證性實驗與探究性實驗的實質區別在于實驗結果是已知的還是未知的。如果是已知的，大多可以作為驗證性實驗來考慮，例如教材中“