【学海导航】高考生物第一轮总复习 第33讲拓展实验课件（广西专版） .ppt

第七单元 生物实验 第33讲 拓展实验 考纲搜索 1 具备验证简单生物学事实的能力 并能对实验现象和结果进行解释 分析和处理 2 具有对一些生物学问题进行初步探究的能力 包括确认变量 作出假设和预期 设计可行的研究方案 处理和解释数据 根据数据作出合理的判断等 3 能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修改 分析预测 拓展类实验是相对基础实验而言的 常借助新材料 新情景考查学生解决新问题的能力 但其应用的概念 原理 规律等都是生物学的基础知识 主要包含对概念的拓展 对原理的拓展 对规律的拓展和对应用的拓展四大类型 从近年高考统计情况看 本讲重点涉及的知识在高考中所占分值高 题型主要为实验分析型 较少涉及实验设计型 此类试题的起点高 新情景 新材料 落点低 生物学的基础知识和基本原理 一 知识概述1 科学性原则 指实验的原理要符合科学原理 实验结果的预期要有科学依据 实验的各个环节都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则 2 平行重复原则 任何实验必须有足够的实验次数 才能避免结果的偶然性 使得出的结论准确 科学 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 3 单一变量原则 该原则可使实验中的复杂关系简单化 使结果更准确 其含义是 1 不论一个实验有几个实验变量 都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量 2 实验中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰 例如 在 探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用 实验中 加入的淀粉和蔗糖是单一变量 而加入的淀粉酶的量 反应温度 ph则应控制成相同条件 常量 否则这些因素的差异将作为无关变量 干扰实验结果及对实验结果的分析 因此 在考虑单一变量原则时 还要尽量使常量能够满足实验成功的条件 4 对照性原则 对于对照实验 一个实验可包括实验组和对照组 实验组是接受自变量处理的对象组 对照组 控制组 是不接受自变量处理的对象组 至于哪个作实验组 哪个作对照组 一般是随机决定的 目的 通过设置对照实验 既可排除无关变量的干扰 又可增加实验结果的可信度和说服力 对照类型 空白对照 对照组为不作任何处理的对象组 自身对照 实验与对照在同一对象上进行 不另设对照组 如 观察植物细胞的质壁分离与复原 实验 实验处理前后的对象状况分别为对照组和实验组 条件对照 给实验组某种处理 给对照组另一条件的处理 如在 动物激素饲喂小动物的实验 中 存在以下实验组和对照组 甲组 饲喂甲状腺激素 实验组 乙组 饲喂甲状腺激素抑制剂 条件对照组 丙组 对蝌蚪不作任何处理 空白对照 相互对照 指不另设对照组 而是利用几个实验组相互对照 如在 植物向性运动的实验设计和观察 中 如下图所示 2与1对照可证明感光部位在胚芽鞘尖端 3也可与1对照 4既可与1对照 也可与2对照 5 控制与平衡控制原则 指要严格地操纵自变量 以获取因变量 同时 要严格地均衡无关变量 以消除额外变量干扰 即尽量消除实验误差 以取得较为精确的结果 常用的方法有单组 等组及轮组实验法 1 单组实验法 对一组 或一个 对象 既用a法 又用b法 顺序随机或轮流循环 这是生物实验常用的实验方法 例如 观察植物细胞的质壁分离与复原 实验 通常是将做好的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞装片 先用蔗糖溶液做质壁分离观察 接着又用清水做质壁分离复原观察 这就是单组实验法 由于对象同一 无关变量的影响也就被平衡和抵消了 2 等组实验法 将状况相等的对象分成两组或多组 一组用a法 另一组用b法 这也是生物实验常用的实验方法 例如 植物向性运动的实验设计和观察 实验 可设计多组实验 其对象是玉米幼苗 要求品种 萌发期 粗细 大小 长势等状况都是相同的 这就是等组实验法 对无关变量的影响起到了平衡和消除作用 3 轮组实验法 对两组或两组以上的对象 循环进行两个或两个以上的实验处理 如甲组 a法 b法 乙组 b法 a法等 这样能有效地平衡和抵消无关变量的影响 操作起来要麻烦一些 例如 植物向光性 实验 可随机取2株 组 生长状况并不相同的玉米幼苗 做如下实验处理 甲组 玉米幼苗a 先 不透光 处理b 后 单侧光 处理乙组 玉米幼苗c 先 单侧光 处理d 后 不透光 处理 实验结果则是a d 不透光 和b c 单侧光 的比较 这就是轮组实验法 无论先用单侧光处理 还是先不透光处理 两株长势不同的玉米均表现向光性 均由单侧光引起 可见这种实验处理的匹配 对平衡 消除无关变量更有说服力 二 生物实验中的变量变量 或称因子 是指实验过程中所被操纵控制的特定因素或条件 按性质不同 通常有以下两类4种变量 1 自变量与因变量 1 自变量 又叫实验变量 是研究者主动操纵的条件和因子 是作用于实验对象的刺激变量 该条件的变化将引起实验结果的相应改变 自变量的确认 自变量须以实验目的和假设为依据 应具有可变性和可操作性 一般是题目已知的或是可以根据题目提供的已知条件来获取 确定的方法是 要验证什么 要证明什么 要探究什么 什么就是实验变量 如 比较过氧化氢酶和fe3 的催化效率 中过氧化氢酶 fe3 就是实验变量 在验证 co2是光合作用的必需原料 实验中 co2量的多少就是自变量 再如 探索光的有无对种子萌发的影响 中光的有无是影响种子萌发的原因 故光的有无是实验变量 自变量的操作 在实验中 设法给实验对象施加干扰 造成实验对象的变化 从而使研究对象在被干扰的状态中反映出某种现象和属性 通常用 加法 或 减法 来完成 加法就是以自然状态为对照组 给实验组添加变量 这种方法适用于实验变量是一个外在的条件 如在 观察so2对植物的影响 实验中 实验组 正常生活的叶片 so2 减法就是以自然状态为对照组 给实验组去掉变量 这种方法适用于实验变量是一个实验条件 如在 co2是光合作用的必需原料 实验中 实验组 正常生活的植株 co2 2 因变量 又称反应变量 指实验中由于实验变量而引起的变化和结果 反应变量是研究是否成功的证据 应具可测性和客观性 因变量需要根据实验原理 实验要求或题干中的提示 结合实验条件分清是定性实验还是定量实验 从而确定观察或测量的指标及其方法 反应变量的检测方法在实验中 由实验变量所引起的反应变量的变化 有的可直接被观察和记录 如 比较过氧化氢酶和fe3 的催化效率 实验中 反应变量催化效率的高低 直接通过过氧化氢在不同催化剂条件下被分解的程度 即产生氧气气泡的大小 多少来体现 有的则不能直接被观察和记录 只能通过间接方式呈现 如 温度对酶活性的影响 实验中 不同温度条件下酶活性的变化 可通过淀粉水解的情况反映 淀粉的水解情况无法直接观察 只能通过加碘液以观察溶液是否变蓝及变蓝的程度 来确定淀粉酶是否有活性及催化活性的强弱 由此可见 反应变量要有相应的观察和测量指标 这样才能对结果进行分析 生物实验中 常用的检测反应变量的观测指标有两类 一类是物化指标 包括颜色变化 温度和ph的变化 气体体积和压强的变化 反应速率 速率 反应时间 沉淀生成 气味变化 气泡的产生等 另一类是生物指标 包括形态结构和生理状况的变化 生长发育状况 存活状态 菌落特征等 3 自变量与因变量的关系自变量是原因 因变量是结果 二者具有因果关系 实验的目的即在于分析解释这种前因后果 例如 在 唾液淀粉酶水解淀粉 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能力也随之变化 这就是反应变量 该实验即在于分析解释温度变化 实验变量 与酶的活性 反应变量 的因果关系及其经验事实 2 无关变量与额外变量 1 无关变量 又叫控制变量 指实验中除实验变量以外的影响实验变化和结果的因素或条件 即是指与研究目标无关 但却影响研究结果的变量 实验者应严格控制无关变量 才能尽可能地减少对因变量的影响 使实验结果更加可靠 否则实验结果的真实性无法得到认定 2 无关变量的控制 控制无关变量有以下三条途径 恒定法 即设法创造稳定的 适宜的 维持不变的相同条件进行实验 以消除这些条件对研究对象的干扰 所用生物材料要相同即所用生物材料的数量 质量 长度 体积 来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同 所用实验器具要相同即试管 烧杯 水槽 广口瓶等器具的大小型号要完全一样 所用实验试剂要相同即试剂的成分 浓度 体积要相同 尤其要注意体积上等量的问题 所用处理方法要相同如 保温或冷却 光照或黑暗 搅拌或振荡都要一致 有时尽管某种处理对对照实验来说 看起来似乎是毫无意义的 但最好还是要作同样的处理 平衡法或抵消法 即对某些不能被消除 又不能或不便被恒定的无关变量 可设置对照组 即遵循对照性原则 可根据实验目的 条件选择适当的对照方法 在设置对照组或多个实验组时 必须考虑在实验组间和实验组与对照组间除了实验处理因素 单因子变量 的不同水平设置外 其余因素必须一致和正常 以排除干扰 可重复性 随机 大样本 随机分组 大样本 重复实验是为排除偶然性 减少实验误差 增强实验的可信度 任何实验都必须要有足够的实验次数 才能判断结果的可靠性 3 额外变量额外变量亦称干扰变量 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起干扰作用 4 无关变量与额外变量的关系 也是前因后果的关系 但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用 例如 唾液淀粉酶实验 中 除实验变量 温度 外 试管的洁净程度 唾液的新鲜程度 淀粉浓度 温度处理的时间长短等等就属于无关变量 如无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同 不均衡 就会产生额外变量 影响实验的真实结果 实验变量 或称自变量 指实验假设中涉及的给定的研究因素 反应变量 或称因变量 指实验变量所引起产生的结果或结论 而其他对反应变量有影响的因素称之为无关变量 观察其对实验结果的影响 5 教材中相关实验中的变量 见下表 三 实验题型及应对策略1 填充类实验题填充类实验题 一般给出了具体材料及条件 要求补充实验原理或完成实验操作的部分步骤 并预期结果 分析原因 这类题涉及整个实验的大体过程已给出 要求同学们进一步完善或者补充相关的内容 重在考查对实验原理的理解以及对实验操作步骤和实验结论的分析理解能力 2 评价类实验题评价改进型实验是利用已有的生物学知识 从实验方案 实验步骤及操作 结果及预测等进行分析 从而正确解答有关内容及对相应的实验过程进行评价 改进完善 此类实验能考查学生对实验设计的严密性和科学性的认识程度 探究解决问题的最佳方法 进一步培养学生的科学素质和能力 实验的改进可从以下几个方面逐项分析评价完善 一看对照有无对照实验如果有 看对照设计是否合理实验变量设计是否有标记是否遵循了单一变量原则是否遵循了等量原则是否排除了干扰因素二看步骤步骤的顺序是否合理步骤是否完整具体操作有无违反生物学基本原理 三看验证实验结果的验证目标是否得当实验结果的验证方法是否得当四看材料生物学材料选择是否得当实验器材选择是否合理药剂选择 使用 用量是否准确五看条件是否需要搅拌 加热等实验所需的温度 光照等条件是否合理 3 设计类实验题设计类实验题是一类重点考查同学们的实验探究能力及分析 解决问题能力的实验题 可分为条件开放型和结论开放型两种 设计类实验题一般提示较少 要求同学们独立设计实验思路和方案 验证生物学有关事实 这类题具体地从实验设计 对设计的分析 对数据的解读和解释 对实验结果的分析与评价 对应用前景的预测等方面进行考查 实际上是考查同学们综合分析问题的能力 有利于改变同学们死记硬背实验结论的现象 给同学们更大的思维拓展空间 有利于培养同学们科学的思维方法 提高同学们的科学素养和创新能力 这种类型的试题要求考生根据一定的条件或提示 自行设计拟定课题名称 设计实验步骤 预测实验结果 对同学们而言这类试题难度较大 4 纠错类实验题这种类型的试题也可叫综合评价型试题 要求考生利用已有的生物学知识 对实验方案 实验步骤及操作 结果及预测等进行评价 从而正确解答有关内容及对相应的实验过程进行评价 改进纠错等 主要看看实验是否合理 过程是否有漏洞或不足 根据实验过程能否得出相应结论等 此类试题主要考查同学们对实验设计的严密性和科学性的认识程度 并以此为媒介 引导出解决问题的最佳方法 进一步培养同学们的科学素质和科学能力 这里需要强调的是 同学们对实验进行分析 评价 改进时 结果和结论并不是唯一的 它注重的是对同学们理解并掌握实验的程度进行考查 解这类题时应注意 看有无对照实验 如果有 则看对照设计是否合理 2006年江苏单科生物第6题就属这种情况 有对照 但对照设置不合理 看实验是否遵循了单一变量原则 看实验步骤的顺序是否合理 步骤是否完整 看实验仪器 药剂的使用是否合理 实验结果的验证是否合理 5 综合类实验题综合类实验是对教材实验的总结变革 是对前述所列实验类型的延伸和拓展 它旨在创新 但又不脱离教材 它旨在综合 但又不偏离生物学知识的整合 综合类实验设计主要新在题目的素材 新在提供了一个全新的情景 但仔细分析 又不难发现与平时所学存在蛛丝马迹的联系 事实上 素材仅仅是考查同学们能力的载体 不管是什么样的素材 不管是什么样的命题 其归根结底都是以学科理论知识为基础 变的是情景 不变的是知识 考查的是能力 解这类题时应注意 重视对教材实验的复习 清楚实验目的 原理 熟悉实验器材 掌握实验方法和步骤 重视实验结果及分析 学会从正 反两个方面进行推导 能正确处理数据 对结果进行整理与计算 得出正确结论 且能处理非预期现象 从中获得基本实验技能 体悟科学的思维方法 提高在不同情景下的知识迁移能力 四 探究性实验与验证性实验的比较1 概念 探究性实验 指实验者在不知晓实验结果的前提下 通过自己实验 探索 分析 研究得出结论 从而形成科学概念的一种认知活动 验证性实验 指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果 巩固和加强有关知识内容 培养实验操作能力为目的的重复性实验 2 比较表 续表 续表 3 解答技巧及策略 此类实验需要对某些生物学现象作出合理化的假设并通过设计实验进行验证 如教材中 比较过氧化氢酶与fe3 的催化效率 探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用 温度对酶活性的影响 植物向性运动的实验设计与观察 等 4 复习探究和验证性实验要注意的问题 1 分清实验组和对照组 在设计实验时必须要有明确的标记 如用甲 乙 丙 或者是a b c或者1 2 3 总之让人以一目了然的感觉 2 分析实验设计中的单一自变量 即单一变量原则 例如探究不同温度对酶活性的影响时 温度就是这一变量 而ph 底物浓度 酶浓度等就是无关变量 应设置为相同且适宜 3 注意实验操作步骤的前后顺序要有逻辑性 前因后果 步步有理 环环相扣 各步骤要严密 完整 4 注意实验用具与试剂及需要控制的实验条件 5 注意实验结果的观察 记录 分析和结论 确定对实验结果的观察内容和合适的观察方法 最后对结果作出科学的解释并得出正确的结论 五 生物实验设计的解题思路1 准确把握实验目的实验目的是整个实验设计的灵魂 所有实验步骤的设计都要围绕实验目的这个核心来进行 因此学生在进行实验设计前首先要认真审题 准确把握所设计实验的实验目的 否则整个实验设计就无从谈起 如 有关光合作用的设计是验证光合作用产生o2还是吸收co2 有关甲状腺激素的设计是验证它对代谢的影响 还是对发育的影响等等 2 细心弄清设计要求一个结论的证实 可通过许多不同的实验来证明 但究竟应选用何种设计方案 则要根据题目的具体要求来确定 所以在把握实验目的之后 要细心地去弄清题目的设计要求 否则尽管实验设计得很完美 但若不合题意 还是不能得分 如 鉴定高秆小麦是纯种还是杂种 题目中可能要求你用最简易的方法 你若用测交就错了 鉴定栗色雄马是否纯种 题目中可能要求在一个配种季节里完成 你若将该马与一匹白色雌马交配则也是错的 怎样使植物茎秆弯向一侧生长 题目中可能不准你用任何药剂和器具 你若用单侧光或生长素处理则又错了 培育无子果实 题目中可能要求你用秋水仙素 你若用生长素则也是不能得分的 3 精心策划实验方法科学实验是一种技术性很强的工作 它的成功与否很大程度上取决于能否找到一些巧妙的实验方法 例如要证明光合作用产生o2你得找到检测o2的方法 要证明甲状腺激素加快代谢速度你就得找到显示代谢速度的巧妙方法 特别是在材料受限的条件下 因此要成功地进行实验设计 就必须正确地选择适当的实验方法 实验方法的策划是整个实验设计的精髓 是一个好的实验设计最富有创意的闪光之处 也是搞好实验设计的关键所在 找准了正确的方法 就等于搭好了设计过程的骨架 下面的工作只要按部就班地使之丰满起来就行了 反之找不到或找错了实验方法 则必然会使整个实验设计满盘皆输 如何针对一个具体的设计题去恰当地选用实验方法 这一方面可围绕实验目的来选择 另一方面可通过分析题目要求和材料用具来确定 4 合理设计操作过程基本的实验方法选定以后 紧接着就要编定具体的操作细节 这些操作细节的设计要合理规范 切实可行 否则也会造成很大的失分 如 使甲状腺制剂 胰岛素 生长激素进入动物体内的方法如何操作 是饲喂 还是注射 不同的情况下要合理地选用不同的水 如 清水 池水 凉开水 蒸馏水 生理盐水 5 严格设计对照实验由于同一种实验结果可能会由多种不同的实验因素所引起 因此如果没有严格的对照实验 即使出现了某种预期的实验结果 也很难保证该实验结果是由某因素引起的 这样就使得所设计的实验缺乏应有的说服力 可见只有设置对照实验 才能有效地排除其他因素干扰结果的可能性 才能使设计显得比较严密 所以大多数实验 尤其是生理类实验往往都要有相应对照实验 如何设置对照实验呢 所谓对照实验是指除所控因素外其他条件与被对照实验完全对等的实验 对照实验设置的正确与否 关键在于如何尽量去保证 其他条件的完全 相同 具体来说有如下四个方面 所用生物材料要相同即所用生物材料的数量 质量 长度 体积 来源和生理状况等各方面特点要尽量相同或至少大致相同 所用实验器具要相同即试管 烧杯 水槽 广口瓶等器具的大小型号要完全一样 所用实验试剂要相同即试剂的成分 浓度 体积要相同 尤其要注意体积上等量的问题 所用处理方法要相同如 保温或冷却 光照或黑暗 搅拌或振荡都要一致 有时尽管某种处理对对照实验来说 看起来似乎是毫无意义的 但最好还是要作同样的处理 6 准确预测实验结果实验设计的最后往往还需要预测实验结果 在结果预测上要全面 准确 而在这一环节上 学生往往会出现各种各样的错误 例如 测交结果预测 除了全黑 有白有黑外 还有全白 加碘后 不变蓝 不等于 无色 或 没有颜色变化 另外 不变 也不能说成 无现象 7 简明组织语言文字 1 步骤设计一般不宜连续描述 往往需要分段叙说 并加以编号 2 试管 或烧杯 水槽等 要加以编号 如a b或甲 乙等等 这样可使叙述简洁一些 3 叙说中尽量要用规范的实验术语 不能用含糊的口语 如 盖玻片 不能说成 薄的玻璃片 等量的 不宜说成 一样多的 振荡 不宜说成 晃动 摇动 等 2009 江苏 某小组为研究脱气对酵母菌在培养初期产气量的影响 进行了甲 乙2组实验 实验装置如图所示 除图中实验处理不同外 其余条件相同 一段时间内产生co2总量的变化趋势是 c 本题主要考查酵母菌的呼吸作用方式 在有氧气的情况下进行有氧呼吸 无氧条件下进行无氧呼吸 试验刚开始注射器中乙组有氧气 所以能进行有氧呼吸 产生的二氧化碳多 甲组只进行无氧呼吸 产生的少 此外 酵母菌在培养初期因要适应新环境 处于调整期 繁殖速率较慢 总数少 释放的co2量增长缓慢 但总体产生的二氧化碳量不断增加 所以呈曲线c所示 2011 浙江 为了探究某物质 x 的作用 研究者提出了以下实验思路 1 实验分组 甲组 培养液 y细胞 3h tdr 3h标记的胸腺嘧啶脱氧核苷 生理盐水乙组 培养液 y细胞 3h tdr x 用生理盐水配制 每组设置若干个重复样品 2 分别测定两组的crd 细胞内的放射性强度 求每组的平均值 3 将各样品在适宜条件下培养合适时间后 测定其crd 求每组平均值并进行统计分析 要求与说明 答题时用x crd 3h tdr表示相关名词 y细胞是能增殖的高等动物体细胞 请回