[精品]实验设计专题复习

1、同妾一中嵩三年卖验设计专题一、生物实验的变量、原则生物实验设计应该注意以下几个方面的问题：1. 科学实验应先确定实验变量在实验过程中，变量是指可被操纵的特定因素或条件。据其在实验中的作用，可分为两类：(1) 自变量与因变量自变量指实验中山实验者操纵的因素或条件。因变量，指实验中山于实验变量引起的变化和结果。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“唾液淀粉酶水解淀粉 ”的实验中， 所给定的低温、适温和高温是自变量，而由于低温、适温和高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是因变量，该实验即获得和解释温度变化(自变量)与酶的

2、活性(因变量)的因果关系。(2) 无关变量无关变量指实验中除自变量外的影响实验现象和实验结果的因素或条件。如：上述实验中除自变量以外，试管的洁净程度、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、实验操作程序、温度处理的时间长短等，都属于无关变量。如果无关变量的任何一个或几个因素或条件，对三个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会对实验结果造成干扰，产生误差。在实验设计和操作中，要尽量减少无关变量，而且不同的实验组中的无关变量应完全相同，这样就会避免实验结果的差异是由于无关变量引起的可能性，便于清晰地研究自变量与因变量的关系。2. 实验设计的原则(1) 科学性原则所谓科学性

3、原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期有科学依据,实验的各个环节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。科学性原则具有两个方面的含义。首先，必须保证实验的设计不岀现科学性错误;其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的因素。(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，使得岀的结论准确、 科学。平行重复原则要求控制某种因素的变化强度，观察其对实验结果的影响程度。(3) 单一变量原贝J该原则可使实富中的复杂关系简单化，使结果更准确。其含义是：不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个变量对应观测一个反应变量。实验中要尽可能避免无关变量及额外

4、变量的干扰。例如，在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解作用”的实验中，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，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。再如：某兴趣小组为了研究阳光对大豆发芽的影响，而在两个花盆里种了大豆，并设计如下实验：花盆阳温水20充足11暗在这一实验设计中,C 20不充足A. 两个花盆应该放在向阳的地方B, 两个花盆都应放在暗处C. 两个花盆的温度不应该一样高D, 两个花盆都应该浇给充足的水这个实验要研究的是阳光对大豆发芽的影响，因此阳光应该为自变量。根据单因子变量的原则，其他因素都应相同，两花盆该浇给同样充足的

5、水，这样既保证了单一变量，又使大豆不会因为缺水而影响发芽。而如果两个花盆都浇水不足，两个花盆中的大豆就会因为缺水而使发芽不良，也会导致实验的失败。因此，在考虑单因了变量原则时，还应尽量使常量能够满足实验成功的条件。（4 ）对照原则对照原则是中学实验中最常用的原则，如有关酶的高效性、专一性和影响酶活性的条件的实验，观察植物细胞质壁分离和复原实验都采用了对照。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。在一个对照实验中，可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的结果已知的对象组，对照组是不接受自变量的处理的结果未知的对象组。常用的对照组类型有以下几种：空白对照对

6、照组为不作任何处理的对象组。如“探索影响淀粉酶活性的条件 ”实验中，1号试管加1 mL蒸僭水，2号、3号试管分别加等量的 NaOH HC1溶液，1号试管即 为典型 的空白对照组；用小狗做活体材料设计实验，证明动物生长激素的分泌器官及作用时，用不做任何处理的小狗作对照，与切除了脑垂体的小狗进行比较。自身对照实验与对，蠢在同一对象上进行，不另设对照组。如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验，既是典型的自身对照一实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化为实验组。条件对照给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理。如在验证唾液淀粉酶发挥作用的最适温度的实验中的 0笆和80 °C下的对照

7、。再如在 “验证甲状腺激素促进幼小动 物 发育”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。如验证温度对唾液淀粉酶活性影响的实验中60 °C、（ TC、37 °C之间的对照；验证 pH对唾液淀粉酶活性影响的实验中， 不同pH溶液之间的对照。【例】为了证实 “甲状腺激素及甲状腺抑制剂对蝌蚪发育的影响”，某同学制定下列方案：a. 取两个玻璃缸分别编号为1号、2号；b. 在两个玻璃缸中，分别加入等量（且适量）的水和新鲜水草，然后在每个

8、玻璃 缸中分别放入10条发育状况不同的蝌蚪；c. 向 1 号缸投放含甲状腺制剂的饲料， 2 号缸投放含甲状腺抑制剂的饲料；d. 每天分别向两缸中投放一些饲料；e. 每隔一段时间观察一次，观察时用小网将蝌蚪捞出放在培养皿中，再将培养皿放在坐标纸上（ 1 mmXl mm）, 观察并且测量蝌蚪的体长变化（前肢和后肢的生长情况，尾的变化等）。上述实验设计方案中，有一些明显的设计缺陷或不足，请你修改 并完 善该设计方案。（1）该设计方案的明显缺陷是 , 因此， a 过程应该为（只需陈述修改内 容， 下同） ;c 过程应该为 o（2） 方案中存在着引起实验误差的不妥之处， b 过程的不妥之处应该改 为；

9、d 过程的不妥之处应该改为【解析】本题考查了甲状腺激素和甲状腺抑制剂的生理作用。应设两组对照实 验， 一组为条件对照，在饲料中加入甲状腺抑制剂 . 一组为空白对照，只加入普通饲 料。通 过对照组和实验组实验结果比较，才能充分说明实验组中所施加的因素一一 甲状腺激 素的生理作用，否则只用条件对照无法说明问题。实验设计应遵循单一变量的原则，对实验条件要严格控制，如蝌蚪的大小，投放饲料和药剂的量，否则实 验不易成功。【答案】（ 1）该实验设计方案的明显缺陷是缺少空白对照；在 a 过程再加 1 个 玻璃缸编为 3 号（或：取三个玻璃缸分别编号为 1 号、 2 号、 3 号）； c 过程应为： 在 3

10、号缸内，投放和 1 号、2 号缸数目大小相同的蝌蚪、普通的饲料，不加任何药 剂，作 为空白对照，来增强实验的可信度和说服力。（ 2） b 过程中“发育状况不同 的蝌蚪” 应改为“同时孵化出的发育状况相同的蝌蚪 ” ；d 过程中的“一些饲料” 应改为“等 量饲料”。【评价】本题以 “甲状腺激素促进幼小动物发育 ”的知识为背景，综合考查了 实 验设计的两个基本原则一一 “对照原则”和“控制单一变量原则 ”。还考查了学 生应 用生物学基本知识分析和解决有关问题的能力。二、生物实验的基本题型分析1、续写实验步骤及其预测结论的题型这类题目的题干中已经提供了比较多的信息，基本上划定了答题的模式，目的 明

11、确，前面的方法步骤等信息已为续答作了铺垫，只要明确题目中的自变量和因变量，然后设计对照组，再根据有关原理分析，一般就能比较正确地写出答案。2、独立设计实验方案的题型 这类题型是与研究性学习相配套的，要求学生要具有严谨的科学态度，对实验 过 程有所体验，考查的过程性要求主要体现在课题的选择及理山阐述、研究方法的理解和运用、研究成果的类型选择等。题目有一定的开放性，便于考生发挥个性特 长。3、评价和纠正给定的实验步骤的题型试题中既有合理成分，又有不合理成分，干扰因素较多，要求在吸取原有设计的合理成分的基础上，提出自己的实验设计思路。这表面上是考查对实验设计的分析与评价能力，实质上是全面检测设计生物

12、学实验方案的能力，同时还考查考生的科学态度和科学精神方面的水准。三、完整实验设计的基本内容 实验名称、目的 :要探究或者验证自变量和因变量的关系实验原理 : 进行实验依据的科学道理、自变量的控制方法、因变量的获取手段 材料用具：包括实验材料、仪器或试剂等 实验的操作步骤：涉及到实验设计思想、器材、药品的使用、实验设计原则的体现、 对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。实验结果预测及分析：能够预测可能岀现的实验结果并分析导致的原因。实验结论：对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。四、实验题解题的基本思路及技巧解实验题的基本模式1. 认真研究课题，找岀其中的实验变量和反应变量

13、。2. 构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获手段。3. 确定保持的方法。4. 在注意各个实验组无关变量一致和实验步骤关联性的前提下准确表达实验的步骤。“五步法”：a)实验材料、药品的预处理b)等量分组并编号c)设置单变量d)相同且适宜条件下培养e)观察记录具体因变量【典例】（2005年广东，39 ）研究性学习小组典同学在某电镀厂排水口采集重金属污染 液1000ml,利用以下实验器材设计实验，探究不同浓度重金属污染液对水稻种了萌发和生长对影响。实验材料和器材：水稻种了；试管；培养皿；纱布；尺了（100mm ；蒸循水；恒温光照培养箱（温度设定为 28 C光照强度为2000LUX）；（实验材料和器

14、材对数量 不限）。根据给岀对实验材料和器材，请设计实验方法和步骤，预测实验结果并作岀分析（1）方法和步骤：o（2）结果预测和分析：o【解答步骤】1、研究课题，找岀其中的实验变量和反应变量。由于本探究实验的目的是：不同浓度重金属污染液对水稻种子萌发和生长对影响。故实验中的实验变量为重金属污染液的浓度，反应变量为水稻种子的萌发和生长情况。2、构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获手段。题目中已经给岀了 1000ml重金属污染液，为了获得不同浓度的污染液，可以对词污染液进行稀释处理（如分别稀释10、100、1000、10000倍等，为了保 证结果的可靠性最好多稀释几组。）；对于实验结果也就是反应变量

15、一一水稻种了的萌发情况，可以利用尺了量取萌发的水稻种了的根或幼苗长度获得（此方法需通过分析实验器材获得）。3、确定保持各个实验组无关变量一致的方法。根据所学知识分析能够影响水稻种子的萌发情况的其它因素：种子自身的优劣，温度，光照等。确定保持各个实验组中这些因素一致性的方法。种子优劣的控制：挑选子粒饱满、大小一致的水稻种子 250 粒（为保证实验 准确性，此数据不可太小），随机分成 5 组。温度的控制：利用恒温光照培养箱，保持各实验组温度为 28 笆。 光照的控制：同样利用恒温光照培养箱，保持各实验组光照强度为 2000Lux 。 其它因素的控制：培养皿，纱布等尽可能等用相同型号，材质等，同时最

16、好 还要设置一个空白对照（就是用水来代替一定浓度的污染液）。4、在注意实验步骤关联性的前提下按“ 五步曲 ”准确表达实验的步骤。综合考虑整个实验步骤，注意步骤等衔接性，合理使用这些常用的表达词汇： 适 宜、适应、等、相同、等量、各、分别、显著差异、一段时间等，精确的表达整个实验步骤。以下是本题的参考答案：（ 1） 方法和步骤：用蒸循水将重金属污染液逐级稀释10、 100、 1000、 10000 倍（由于本题中所给 实验器材无法改变溶液 PH,所以这里不考虑溶液 PH的变化），获得 4中不同浓度的污 染液。挑选了粒饱满、大小一致的水稻种了 250 粒，随机分成 5 组， 50 粒/组。取 5只

17、相同的培养皿，垫上相同大小的纱布；其中4 只加入等体积的不同浓度 重金属污染液，另一只培养皿加入等体积等蒸馅水作为对照。在每只培养皿的纱布上，均匀放置 50 粒水稻种子。将 5 只培养皿置于恒温光照培养箱培养；每天实验组（前4 组）补充等量的相 应浓度重金属污染液，对照组补充等体积的蒸馅水。1 周后统计各组的发芽率；用尺子测量幼苗株高（或根长），计算其平均值。（ 2）结果预测和分析：不同浓度的重金属污染液对水稻种子的萌发均有抑制作用，随着浓度的增加，萌发率逐渐降低；不同浓度的重金属污染液对水稻幼苗的生长均有抑制作用，随着浓度的增加，株高（或根长）逐渐降低。五、附录1. 实验材料的常用处理方法和

18、技术 熟悉常用的实验方法和技术，理解每种方法和技术的适用情况并熟练掌握其操作技能，以便在设计实验时能进行迁移和利用。主要包括以下几个方面：光学显微镜观察。适用于观察生物微观结构，如细胞结构，包括光镜下看到的各种细胞器。要求学生熟练掌握显微镜的使用技术。制作临时装片、切片和涂片。适用于显微观察，凡需在显微镜下观察的生物 材料，必须先制成临时装片、切片和涂片。对于这些材料要求薄而透明，在制作临时装片时要展平放置于水中，不得重叠；盖盖玻片时从一侧轻轻地斜放上去，防止产生气泡，若不小心产生了气泡，则可以在盖玻片的一侧滴加清水，在盖玻片的另一侧用 吸水纸吸引，引走气泡。如 “观察植物细胞的质壁分离和复原

19、 ”中要制作洋 葱表皮细 胞的临时装片 , “在生物组织中脂肪的鉴定 ”中要制作花生种了的切片等等。研磨、过滤。适用于从生物组织中提取物质，如酶、色素等，要求学生熟练 掌握研磨、过滤的方法，如研磨时要先将生物材料切碎，然后加入摩擦剂（常用二氧 化硅）、提取液及其必要物质，充分研磨之后，往往要进行过滤，以除去渣滓，所用过滤器具则根据需要或根据试题中提供的器材加以选用，如可用滤纸、纱布、脱脂 棉、 尼龙布等等。课本上涉及到研磨和过滤的地方有两处：一是研磨发芽的小麦，过滤制得淀粉酶；二是在提取和分离叶绿体色素时，研磨叶片，过滤得到滤液。概括加快研磨速度的方法，是加入一定量的 SiO2, 山于过滤只是

20、粗略地去掉渣滓，因此为了提高速度并使实验明显，一般不选用滤纸，而是选用脱脂棉。解离技术。用于破坏细胞壁，分散植物细胞，制作临时装片。 恒温技术。适用于有酶参与的生化反应，以及用热酒精脱去叶片中的色素等。一般用水浴或恒温箱。 纸层析技术。纸层析法是利用物质随层析液在滤纸上的扩散速度不同的原理,达到将物质分离的目的。适用于溶液中物质的分离。主要步骤包括制备滤纸条，画 滤 液细线，层析分离。层析液一定含有两种以上的溶剂，不同的层析液有不同的层析效果。注意事项： 经分离的物质要有一定的颜色或经过药品处理后能显示出一定的颜色； 层析液不能没过样品； 层析实验要在层析液走完滤纸后结束； 要 加盖。植物叶片生成淀粉的鉴定。适用于光合作用的有关实验，主要步骤包括饥饿、 光照、酒精脱色、加碘。同位素示踪技术。同位素示踪技术可用于物质代谢以及其他实验中以了解物 质来源或去向，或者