高考生物一轮复习 实验的基本内容课件 新人教版.ppt

高中生物实验的基本内容 一 生物实验设计的基本原则1 科学性原则实验是人为控制条件下研究事物 对象 的一种科学方法 是依据假设 在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获 解释的科学方法 科学研究的过程本身就是科学 并不是说研究的结论才是科学 因此 在实验设计中必须有充分的科学依据 科学性原则包括实验原理的科学性 实验材料选择的科学性 实验方法的科学性 实验结果处理的科学性 2 对照性原则只有比较才能看出差异 只有通过对照才能验证推论 因此 在实验设计中要设置对照组 设置科学 合理的对照可以使实验方案简洁 明了 且使实验结论更有说服力 实验中的无关变量很多 必须严格控制 要平衡和消除无关变量对实验结果的影响 对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法 下表是对照实验的类型及实例 3 单因子变量原则和等量性原则这两个原则都是在设计对照实验时必须坚持的原则 所谓单因子变量原则 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 从而证明实验组所给实验因素的作用 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 即要把所要验证的中心条件作为变量 等量性原则与单因子变量原则是完全统一的 只不过强调的重点不同 单因子变量原则强调的是实验变量的单一性 而等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制相等 以平衡和消除无关变量对结果的影响 需要强调的是 这些无关变量在进行严格控制时 不但要等量 而且是在适宜条件下的等量 常态条件下的等量 4 平行重复原则任何实验都必须能够重复 在同样条件下重复实验 实验结果应该是一致或相似的 任何实验必须有足够实验次数 才能避免结果的偶然性 使得出的结论准确 科学 在实验中 可以通过在一组实验中同时处理多个材料来体现重复性原则 5 随机性原则实验设计中的随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的 这样做的原因有 可以消除或减少系统误差 使显著性测验有意义 平衡各种条件 避免实验结果中的偏差 例1 如图为研究渗透作用的实验装置 请回答下列问题 1 漏斗内溶液 s1 和漏斗外溶液 s2 为两种不同浓度的蔗糖溶液 漏斗内外起始液面一致 渗透平衡时液面差为 h 此时s1和s2浓度的大小关系为 2 图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的原生质层 两者在物质透过功能上的差异是 s1 s2 原生质层能主动转运有关物质而半透膜不能 3 为进一步探究两种膜的特性 某兴趣小组做了以下实验 实验材料 紫色洋葱 实验器具 如图所示的渗透装置 不含溶液 光学显微镜 载玻片 盖玻片 镊子 刀片 吸水纸 擦镜纸 滴管 记号笔等 实验试剂 蒸馏水 0 3g ml的蔗糖溶液和与其等渗的kno3溶液 部分实验步骤和结果如下 选两套渗透装置 标上代号x和y 在两个烧杯里均加入一定量的蒸馏水 分别在装置x和y的漏斗内加入适量的蔗糖溶液和kno3溶液 均调节漏斗内外液面高度一致 渗透平衡时出现液面差的装置有 填代号 x 选两片洁净的载玻片 在载玻片中央分别滴加 制作洋葱鳞片叶外表皮临时装片并分别观察装片中细胞的初始状态 观察临时装片中浸润在所提供的蔗糖溶液和kno3溶液中的洋葱鳞片叶外表皮细胞发生的变化 两者都能出现的现象是 4 上述实验中最能体现两种膜功能差异的实验现象是 标号 蒸馏水 质壁分离 kno3溶液中的细胞质壁分离后会自动复原 解析 一般两侧溶液的浓度并不相等 因为液面高的一侧形成的静水压 会阻止溶剂由低浓度一侧向高浓度一侧扩散 故两者浓度关系仍是s1 s2 2 图中半透膜模拟成熟植物细胞的原生质层 从功能上 半透膜只是利用孔径大小控制物质进出 原生质层是选择透过性膜 靠能量和载体控制物质出入 具有生物活性 可以完成逆浓度梯度的主动运输 3 蔗糖分子不能通过半透膜 而kno3能够通过半透膜 渗透平衡时装置x能出现液面差 装置y不能出现液面差 洋葱鳞片表皮细胞为成熟植物细胞 能够发生质壁分离和复原现象 选洁净的载玻片分别标号 在载玻片中央分别滴加蒸馏水 制作临时装片后观察洋葱表皮细胞的初始状态 蔗糖分子不能透过原生质层 蔗糖溶液中的细胞质壁分离后不会自动复原 kno3能被细胞吸收 导致细胞液和外界溶液的浓度差被消除 从而发生质壁分离自动复原的现象 二 生物实验的基本类型1 探究性实验与验证性实验的比较 2 举例 例2 给正常成年实验兔注射甲药物后 使其患了高血压病 注射乙药物可使高血压症状缓解 为了验证甲 乙两种药物的上述作用 请根据以下提供的实验材料与用具 设计实验步骤 并在下面的坐标中画出实验过程中该组兔的血压变化示意曲线 标注注射药物的时间点 材料与用具 一组正常成年实验兔 血压测定仪 适宜浓度的甲药物 适宜浓度的乙药物 注射器等 要求 答题时对该组实验兔不再分组 对动物的手术过程与药物的具体注射剂量不作要求 1 写出实验步骤 用血压测定仪对该组每只实验兔每隔一定时间测定血压 计算血压的平均值作为对照 给该组每只实验兔注射等量的甲药物 用血压测定仪对每只实验兔每隔一定时间测定血压 计算血压的平均值 当该组实验兔患高血压病后 给每只实验兔注射等量的乙药物 用血压测定仪对每只实验兔每隔一定时间测定血压 计算血压的平均值 2 在如图所示的坐标中画出实验过程中该组实验兔的血压变化示意曲线 并标注注射药物的时间点 解析 该实验是通过实验动物自身不同处理条件下的对照而得出结论的 采用这种对照方式时要注意对未处理 不同处理条件下的相关数据进行测定 对比 多次测定可降低误差 对于一组正常成年实验兔 血压是正常的 因甲药物可使血压升高 注射甲药物后血压应升高 乙药物可使血压降低 注射乙药物后血压应降低 画血压变化示意曲线时 应反映出变化趋势 对点微练1某同学由温度能影响酶的活性联想到温度能否影响甲状腺激素的生物活性 请以蝌蚪的变态发育情况为观察指标 根据给出的实验材料和用具 设计实验步骤 探究经过50 的温水处理10min后的甲状腺激素的生物活性是否发生了改变 预测实验结果并得出结论 1 材料用具 体积相同的玻璃缸几个 清水 生长发育状况相同的小蝌蚪60只 饲喂蝌蚪的饲料 未经处理的具有生物活性的甲状腺激素 50 的温水处理10min后的甲状腺激素等 2 设计实验的方法步骤 第一步 把生长发育状况相同的小蝌蚪随机平均分成a b c三组 分别放在加入等量清水的三个玻璃缸中 a为对照组 b c为实验组 第二步 a组每天用适量的未添加甲状腺激素的饲料喂养蝌蚪 b组每天用等量添加适量的未经处理的甲状腺激素的饲料喂养蝌蚪 c组每天用等量添加与b组等量的经处理的甲状腺激素的饲料喂养蝌蚪 其他条件相同且适宜 第三步 把小蝌蚪培养一段时间后 观察记录蝌蚪发育成青蛙的先后顺序 3 预测实验结果并得出结论 如果b组玻璃缸中的蝌蚪发育成青蛙的时间早于a组玻璃缸中的蝌蚪 但晚于c组玻璃缸中的蝌蚪 说明经过50 的温水处理10min后的甲状腺激素的生物活性增强 如果c组玻璃缸中的蝌蚪发育成青蛙的时间早于a组玻璃缸中的蝌蚪 但晚于b组玻璃缸中的蝌蚪 说明经过50 的温水处理10min后甲状腺激素的生物活性减弱 如果b c组玻璃缸中的蝌蚪同步发育成青蛙 且均早于a组玻璃缸中的蝌蚪 说明经过50 的温水处理10min后的甲状腺激素的生物活性不变 如果a c组玻璃缸中的蝌蚪同步发育成青蛙 且均晚于b组玻璃缸中的蝌蚪 说明经过50 的温水处理10min后的甲状腺激素失去生物活性 对点微练2 2015 天津模拟 2014年我国白酒行业再掀塑化剂风波 使我们清醒地认识到环境激素对人体的危害 有人猜测塑化剂的作用类似于雌性激素 可能会引发性早熟 1 若以小鼠作为实验材料 如何选材 2 若用雌鼠作为实验材料该如何进行分组 能否每组一只雌鼠 3 如果猜测正确 则实验结果应是怎样的 选用同种 同龄 生理状况相同的幼年雌鼠 随机 均等分为三组 不能 避免实验时的偶然性 只用一只雌鼠不能排除因个体差异造成的结果不准确 含适量塑化剂的饲料和含等量适量浓度雌性激素的饲料喂养 都比普通饲料喂养雌鼠的平均发情时间短 三 实验设计的基本理论实验是科学研究过程中的一个重要环节 是在人为控制条件下 研究对象的变化 以其结果论证科学结论的一种科学方法 由于研究问题性质的不同 科学研究的方法也有差异 但通常分为以下几步 1 观察观察是科学研究方法的第一步 这里的观察 是在处于自然常态条件下进行或通过实验观察 对事物进行观察时必须周详 并将它们记录下来 而尤为重要的是要保持客观的态度 人们常希望看到自己想要看到或应该看到的现象 因此而影响观察结果 产生偏差 2 提出问题人们对事物作缜密观察以后 常常由于好奇心或想作进一步的了解而提出问题 虽然任何人都能提出问题 但只有有意义的问题才值得探讨 因此 进行研究时 不仅要提出问题 而且要提出确切的问题 此外 对问题的叙述 也要清楚而正确 例如 豌豆为什么子一代只出现显性性状 子二代却出现性状分离 分离比为什么都接近3 1呢 3 假说科学方法的第三步是假说 假说 也称假设或猜测 指用来说明某种现象但未经证实论题 也就是对所提的问题所作出的参考答案 假说一般为两步骤 第一步 提出假说 即依据发现的事实材料或已知的科学原理 通过创造性思维 提出初步假定 第二步 作出预期 推断 即依据提出的假说 进行推理 得出假定性的结论 例如 孟德尔一对相对性状的实验 其假说是 控制性状的基因都是成对存在的 在杂合子形成配子时彼此分离 分别进入不同的配子 其预期结果是 f1与隐性亲本相交后代高茎与矮茎的比例1 1 实验预期是较具体的推断 一个问题常有多个可能的答案 但通常只有一个是正确的 因此 假设是对还是错 还需要加以验证 即依据假设或预期 设计实验方案 进行实验验证 4 实验实验是验证假说和解决问题的最终途径 指在人为控制的条件下研究事物变化的一种方法 这是科学方法的最大特色 也是科学方法中最困难的一步 如何求证假设可充分展现研究者的才华 在科学实验中 要对以下内容特别注意 变量 或称因子 是指实验过程中所被操作的特定因素或条件 按性质不同 通常可分为两类 1 自变量与因变量自变量 也称为实验变量 指实验中由实验者所操纵的因素或条件 因变量 亦称反应变量 指实验中由于实验变量而引起的变化和结果 通常 自变量是原因 因变量是结果 二者具有因果关系 实验的目的在于获得和解释这种前因后果 例如 在 温度对酶活性影响 的实验中 所给定的低温 冰块 适温 37 高温 沸水浴 就是实验变量 而由于低温 适温 高温条件变化 唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化 这就是反应变量 该实验在于获得和解释温度变化 自变量 与酶的活性 因变量 的因果关系 2 无关变量与额外变量无关变量 也称控制变量 指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件 额外变量 也称干扰变量 指实验中由于无关变量所引起的变化和结果 显然 额外变量会对反应变量有干扰作用 例如 上述实验中除实验变量 低温 适温 高温 以外 试管洁净程度 唾液新鲜程度 可溶性淀粉浓度和纯度 试剂溶液的剂量 浓度和纯度 实验操作程度 温度处理的时间长短等等 都属于无关变量 要求对低温 适温 高温3组实验是等同 均衡 稳定的 如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件发生变化 对3个实验组造成不等同 不均衡 不稳定 则会在实验结果中产生额外变量 出现干扰 造成误差 实验的关键之一在于控制无关变量或减少额外变量 以减少误差 例3 2014 江苏苏北四市模拟 实验中的变量主要有自变量 因变量和无关变量 下列控制无关变量的操作错误的是 a 验证光合作用能产生淀粉的实验中 首先将实验植物做饥饿处理b 探究唾液淀粉酶的最适ph的实验中 先将每一组温度控制在37 c 验证光合作用需要光照的实验中 将叶片的一半用黑纸包住d 探究唾液淀粉酶最适温度的实验中 每一组都加入等量的淀粉 解析 验证光合作用能产生淀粉的实验中 将实验植物做饥饿处理 避免植物自身原有的有机物对实验结果产生影响属于控制无关变量的操作 a正确 探究唾液淀粉酶的最适ph的实验中 将每一组温度都控制在37 是控制无关变量温度对实验的影响 b正确 验证光合作用需要光照的实验中 将叶片的一半用黑纸包住 这是设置自变量 不是控制无关变量 c错误 探究唾液淀粉酶最适温度的实验中 每一组都加入等量的淀粉 淀粉的量也影响实验的结果 需要控制 d正确 答案 c 对点微练3研究发现豚鼠血清对人淋巴瘤细胞有抑制作用 而对正常细胞无影响 进一步研究发现 发挥作用的物质是l 天冬酰胺酶 它能将l 天冬酰胺分解 而淋巴瘤细胞自身不能合成该氨基酸 增殖被抑制 1 为验证该酶对两种细胞的影响 某兴趣小组进行了以下实验 实验材料 正常细胞 淋巴瘤细胞 培养基 含细胞生长所需的物质 l 天冬酰胺酶实验步骤 a 分组实验组 培养基 l 天冬酰胺酶 淋巴瘤细胞对照组 培养基 l 天冬酰胺酶 正常细胞 b 适宜条件下培养后 观察细胞生长状态 检测l 天冬酰胺含量 实验结果 如下表 结果分析 该实验利用了酶的 特性 表中 应为 对照组细胞内l 天冬酰胺含量正常的原因是 专一性 抑制 能合成l 天冬酰胺 有合成l 天冬酰胺的酶 2 患者多次静脉注射该外源性酶后疗效降低 是因为发生了 反应 该酶口服无效 原因是 3 根据实验结果 你认为理想的抗肿瘤药物应该具有的特性是 解析 1 该实验的目的是验证酶对两种细胞的影响 所以自变量是细胞的种类 则对照组是培养基 l 天冬酰胺酶 正常细胞 实验组的实验结果是细胞生长受到抑制 天冬酰胺酶只能分解天冬酰胺 利用了酶的专一性 对照组细胞内天冬酰胺含量正常 是因为自身能合成天冬酰胺 2 多次注射该外源性酶后 机体会对其产生免疫反应 使其疗效降低 酶口服后会被消化酶水解而失活 3 根据实验结果可以得出以下结论 天冬酰胺酶能抑制肿瘤细胞的生长 但对正常细胞无影响 这正是理想的抗肿瘤药物的研制方向 免疫 拮抗 酶被分解失活 对肿瘤细胞有专一性杀伤作用 对正常细胞无影响 3 设计实验方案 设计一个实验来检验假说 在计划中应该写明详细的实验步骤 以及在实验中要进行哪些观察和测量 设计实验方案是实验探究的最基本环节 4 预期结果 在实验设计方案确定以后 实验正式实施之前 根据假说和原理 对实验可能出现的结果进行判断 依据提出的假说进行推理 得出假定性结果或推论 即 如果假设成立 则应有何种结果 5 分析数据 实验结束时要对数据进行分析 看是否存在什么规律或趋势 它们能不能支持假说 它们是否指出了实验中存在的缺陷 是否需要收集更多的数据 6 得出结论 在下结论的时候 确定收集的数据是否支持原先的假说 通常需要重复几次实验才能得出最后的结论 结论的得出必须依据实验结果 即若出现的结果与预期结果一致 则得出与先前的假说一致的结论或 假说成立 若实验出现的结果与预期结果不符 则得出的结论应为 假说不成立 2 设计型实验的解题思路和方法 1 解题思路 准确把握实验目的 明确实验要解决的 生物学事实 是什么 要解决该 生物学事实 的哪一方面 明确实验原理 分析实验所依据的科学原理是什么 涉及的生物学及相关学科的方法和原理有哪些 确定实验变量 设置对照实验 找出自变量和因变量 确定实验研究的因素以及影响本实验的无关变量 构思实验变量的控制方法和实验结果的获得手段 确定实验方法 根据实验目的和所提供的材料来确定 设计合理的实验装置和实验步骤 严格遵循实验设计原则 根据实验原理 充分考虑提供的实验材料和用具 根据设计要求设计实验装置和步骤 得出预期实验结果和结论 2 实验设计的一般步骤 取材 分组 编号 取材时要注意数量 生理及发育状态相同 用具要相同 无关变量要相同且适宜 不影响实验结果 变量处理 根据单一变量原则和对照原则 对不同组别进行变量处理 引起不同实验结果来实现实验目的 根据需要可进行进一步的相同处理 其他因素相同且最适的继续处理 检测 观察 统计 比较 找出具体的观察和记录对象 观察记录 统计 比较真实数据和实验现象 3 实验设计时的一般步骤 1 取材 分组 编号取材时要注意数量和生理及发育状态相同 用具要相同等 2 相同处理和不同处理根据实验变量设置对照 注意 单一因素不同 其他因素相同且最适 3 进一步的相同处理其他因素相同且最适的继续处理 4 检测 观察 统计 比较必须找出具体的观察和记录对象 观察 记录 统计 比较实验数据和现象 5 实验的过程 结论等要进行科学性描述 无关变量常用 同种 相同或相似 随机平均分组等词描述 遵守相同性原则 实验变量常用 适宜 浓度 量 等量 一段相同的时间等 遵守单一变量原则 因变量常用 相同且适宜的条件 一段相同且适宜的时间等 遵守简便性原则 4 实验探究的设计策略实验步骤应用简洁科学的语言叙述 一般如下叙述 1 分组编号 根据实验要求选择适宜的材料和器材 选材应保持条件相同 如 日龄相同 体重相近的雄性成年大白鼠 将实验分为实验组和对照组 可以分两组 也可以分若干组 每组进行明确的标记 如用甲 乙 丙 或者是a b c 或者是1 2 3 总之让人一看就知道 便于实验的观察 统计 比较和叙述 常用语言模板 选择长势相同 大小相似的同种植物随机等量分组 分别编号为a b c等 取两支试管 分别编号为甲 乙 各加入等量的某溶液 选择年龄 体重 性别 健康状况相同的某种动物随机等量分组 分别编号为1 2 3等 2 对照处理 根据实验的要求分别对实验组和对照组进行处理 除实验变量外 对实验组和对照组的培养 饲养等条件应相同 即控制无关变量 要注意能体现 单一变量 词语的准确使用 例如使用 等量 相同 适宜 等词语 3 培养 或饲养 观察 记录 对于植物实验和某些动物实验 分别进行实验处理后 要进行一段时间的培养才能出现结果 而有些实验进行实验处理之后 在短时间内 1 2小时 就可以观察出现的现象 要仔细观察实验组与对照组出现的差异 记录实验现象和实验数据 高中生物常见的观察指标 颜色变化 可溶性还原糖 油脂 蛋白质 dna等的鉴定 大肠杆菌鉴定 质壁分离与复原 形态结构和生理状况的变化 液面改变 气体体积变化 液体体积变化 其他 气味变化 沉淀 温度 ph 气泡产生等 另外 必要时辅以图表 如在生长素实验设计中可以画出胚芽鞘 琼脂块 并在图上加以标注 酶的实验也可以用图表代替步骤 例4 某校生物兴趣小组在学习了课本实验 探究酵母菌细胞的呼吸方式 后 想进一步探究酵母菌细胞在有氧和无氧的条件下产生等量co2时 哪种条件下消耗葡萄糖较少的问题 他们进行了如下实验 将无菌葡萄糖溶液与少许酵母菌混匀后密封 瓶中无氧气 按下图装置实验 当测定甲 乙装置中caco3沉淀相等时 撤去装置 将甲 乙两锥形瓶溶液分别用滤菌膜过滤 除去酵母菌 得到滤液1和滤液2 请分析回答 1 甲 乙两组的实验变量是 实验中需控制的无关变量主要有 至少写出3个 2 酵母菌产生co2的场所是 3 利用提供的u形管 已知滤液中的葡萄糖不能通过u形管底部的半透膜 其余物质能通过 滤液1和滤液2等 继续完成探究实验