评价改进型实验设计

1、评价改进型实验设计重点导讲 对实验设计的合理性进行评价，是综合反映学生实验设计能力的重要措施。纵观近几年高考中的实验题目，此种题型占有相当比例，考查频率较高，但考查角度却较为单一，主要集中在实验设计几个基本原则上。因此，备考中应加强对对照原则、单一变量原则、平行重复原则和随机性原则等的理解，通过一定量典型题目的练习，增强感悟，规范答题语言，把握解题规律，有备而来，方能沉着应对以后的高考。典例调研考点一 评价改进实验的方法和步骤【调研1】为验证“遗传物质是DNA，而不是蛋白质”。一位同学设计了以下实验步骤： 第一步：从有荚膜肺炎双球菌中提取DNA 第二步：用提取的DNA转化无荚膜肺炎双球菌 预期

2、结果：无荚膜的肺炎双球菌转化成有荚膜的肺炎双球菌 实验结论：遗传物质是DNA，而不是蛋白质 请回答：(1)上述实验步骤设计的不严谨之处是： (2)为达到该实验的目的，你对上述实验步骤的补充或改进是：解析 本实验设计只能证明DNA可引起细菌由R型向S型的“转化”，并不能证明蛋白质不能进行这一转化。因此需要增加对照组“用蛋白质进行转化”。同时，作为遗传物质，不仅能够控制生物的性状，而且还必须通过生殖过程传给下一代，并使下一代个体表现出上一代的性状来。被转化为S型这一性状是否是可遗传的，是决定DNA或蛋白质是否是遗传物质所必需的，因此还应增加转化的S型细菌的繁殖实验作为进行一步的确认。答案 (1)该

3、实验没有证明蛋白质不是遗传物质 没有设置对照(或没有排除R型菌自已会变成S型菌) 没有证明DNA引起的变异是可遗传的 (2)第一步：增加“从有荚膜肺炎双球菌中提取蛋白质”， 第二步：增加“用提取的蛋白质转化无荚膜肺炎双球菌。”增加对照组，R型细菌培养基既不加入DNA，也不加入蛋白质。预测结果：培养基中加入蛋白质无荚膜肺炎双球菌和对照组的无荚膜肺炎双球菌均没有转化成有荚膜肺炎双球菌。增加第三步：让转化成的有荚膜肺炎双球菌继续繁殖。预测结果：发现转化后肺炎双球菌的有荚膜的性状能够稳定地传给后代。【知识链接】作为遗传物质的条件：1、能贮存大量的遗传信息，其结构必须相当稳定。2、能将遗传信息从细胞到细

4、胞或亲代到子代进行传递，即通过复制进行信息传递。3、能表达为其他大分子物质，最终指导产生细胞内各类化合物。4、具有变异能力，使生物“稳中有变”。纵观生物体内的各种化合物，只有核酸具备上述4个条件，是名副其实的遗传物质。【技巧点拨】设计合理的实验装置和实验操作步骤，要思考题目中所给出的实验材料和试剂分别起什么作用？怎样运用？要注意：一是题目中给出的实验试剂和材料一般应充分利用；二是除非题目条件允许，否则不能自己随意增加实验试剂和材料。由于实验设计是一种开放性试题，可能存在多种实验步骤，但一般应遵循以下几个要求：简便性、可行性、安全性和精确性。【调研2】 现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受水分

5、、温度和氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关。为探究光的有无对该种子萌发的影响，某同学经过思考选取了实验材料和用具，设计出以下方法步骤，并预测可能的实验结果，得出相应的结论。材料和用品：数量充足的铺有滤纸的培养皿、无菌水、表面消毒过的种子等方法步骤：（1）向培养皿中倒入适量的无菌水使底部的滤纸浸湿，将2粒该种植物的种子分别放入两组培养皿中各1粒。（2）将一培养皿置于有光照的环境中，另一置于黑暗环境中，在培养过程中，使两组所处温度、水分、空气状况适宜且相同。每天观察种子萌发的情况并做好记录。预期可能的实验结果及相应的结论：（略）问题：该同学的对方法步骤设计有什么不严密的之处？请加以补充或更正。

6、解析 多数植物种类种子的萌发并不需要光。充足的水分、氧氧和适宜的温度是种萌发的必需外界条件。只在这些条件同时满足，种子才有可能正常萌发。本实验探究的是光对种子萌发的影响，实验组应随机选取种子若干粒，做有光处理，对照组选取同种植物种子若干粒，无光处理，其他实验条件应保持相同。这样，如果两组出现的现象不同，即可说明光对该种子萌发有影响和具体的影响是什么。答案 （1）向两培养皿各加入适量的种子而不应各1粒补充步骤（3）培养过程注意适时向培养皿中加适量无菌水，目的是继续保持滤纸湿润。【技巧点拨】设计生物学实验，除了遵循对照原则外，还要充分地体现单一变量控制原则、平行重复原则和随机性原则，才能保证实验按

7、照预期的轨迹顺利进行。单一变量原则是处理实验中的复杂关系的准则之一。从单一变量原则看，自变量是实验中可以人为改变的实验条件，该条件的变化将引起实验结果的相应改变，因此，找出并控制好自变量是实验成功的关键。自变量的确定只需“顺着实验目的进行假设”即可，在本例中，实验目的是探究光对种子萌发的作用，所以光的有无就是自变量。理论上讲，除了自变量以外，其他条件如温度、水分、供氧状态等必须保持实验组与对照组的完全一致。一般说来，严格的“完全一致”在生活中并不存在，但要尽量保持一致。只有这样，实验结果的不同才能被确定无疑地认定为是由自变量（本例中就是光）引起，自变量与实验结果的关系就可建立起来。任何实验都必

8、须是能够重复的，这是科学性的标志。随机性原则要求，实验样本要足够大，而不是只确定1个被试对象，还要随机抽取样本，以抵消非处理因子所造成的偏差。考点二 评价改进实验的材料和用具【调研1】 下列各项中，依次为实验试剂、作用或实验结果，其中不正确的是（）A 龙胆紫溶液，染色体着色，观察细胞有丝分裂B 斐林试剂，鉴定可溶性还原性糖，出现砖红色沉淀C 秋水仙素，染色体数目加倍，形成生物新品种D生长素，染色体数目变异，形成无子果实解析 用一定浓度的生长素处理未受粉的雌蕊柱头，形成无子果实，是利用了生长素促进果实发育的原理。答案D【发散类比】 生物学实验中常用的试剂或材料及其作用必须牢记，如1、鉴定还原性糖

9、、脂肪、蛋白质、DNA、淀粉和CO2 等分别用什么试剂，呈现什么颜色；2、细胞结构中的细胞核、染色体一般用什么试剂染色观察；3、人工诱变、染色体变异、无子西瓜和无子番茄培育常用什么物质诱导；4、动物细胞和植物原生质体融合一般用什么方法诱导；5、提取纯化细胞膜、进行DNA粗提取一般用什么生物材料；6、观察细胞有丝分裂和减数分裂常用什么生物材料，等等。只有平时学会总结和整理，才能记牢必要的知识点，在高考中立于不败之地。【调研2】 某校生物兴趣小组的同学想进行如下两个实验：实验1：探究尿液中是否含有葡萄糖；实验2：探究血液中是否存在葡萄糖。现提供：新取尿液样品、加有柠檬酸钠的鸡血、清水、试管、离心机

10、、三脚架、大烧杯、火柴、酒精灯、石棉网等。回答下列问题：（1）在实验过程中，上述两个实验均需要增加的一种试剂是 ，实验原理 。（2）实验2的过程比实验1复杂，其原因是 。解析可溶性还原糖如葡萄糖、果糖和麦芽糖等与斐林试剂或班氏试剂在水浴加热的条件下能生成砖红色沉淀，如果尿中有葡萄糖存在，就会同血液的葡萄糖相似，在适宜条件下生成砖红色沉淀。但血液中含有大量红细胞，会对颜色的呈现产生干扰作用，需要离心或沉淀除去血细胞后才能进行实验，增加了实验的难度。答案（1）斐林试剂或班氏试剂；葡萄糖是还原性糖，沸水加热可被斐林试剂或班氏试剂氧化生成砖红色沉淀（2）血液呈红色，若直接用斐林试剂或班氏试剂检测葡萄糖

11、，产生的现象与颜色一致，不易观察，必须要经过离心分离过程。尿液中的颜色对颜色反应干扰小。 【发散类比】 近几年高考关于红细胞的知识点主要集中在：1、哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核，所以实验室常用作提取纯度较高的细胞膜的实验材料；2、哺乳动物成熟的红细胞无核，也没有一般的细胞器如核糖体、线粒体等，所以自身不能合成蛋白质，呼吸作用方式是无氧呼吸；3、红细胞是高度分化的细胞，不能进行细胞分裂，而且寿命较短；4、红细胞中含有血红蛋白，在氧浓度高的地方容易与氧结合，在氧浓度低的容易与氧分离，使红细胞具有运输氧的功能；5、成熟的红细胞不能分裂，其数目的增多来源于造血干细胞的增殖分化；6、红细胞在低渗溶液中

12、会因吸水而胀破，在高渗溶液会因失水而皱缩。考点三评价改进型实验设计的综合应用【调研1】种子萌发是植物重要的生理活动之一，请回答下面几个问题：（1）研究人员用下图所示装置测定了发芽种子呼吸商。（呼吸商是生物呼吸作用中反映呼吸底物的性质和氧气供应状态的一个重要指标，即生物组织在一定时间内，放出二氧化碳的分子数和吸收氧气的分子数的比率。即：RQ = ）。关闭活塞，在25下经60分钟读出刻度管中着色液移动距离。测得装置1和装置2的着色液分别向左移动x=400（mm）和 y=40（mm）。如图221。活塞着色液橡皮塞刻度管容器发芽种子装置120%NaOH5mL活塞着色液橡皮塞刻度管容器发芽种子装置2蒸馏

13、水5mL图221根据上述实验结果，计算该发芽种子的呼吸商是 。已知在有氧呼吸的情况下，糖类的呼吸商是1，脂肪的呼吸商是 0.71，蛋白质的呼吸商是0.80。假设种子呼吸作用的分解的有机物均为糖类、蛋白质和脂肪，根据计算，你对本实验中种子呼吸作用的类型和分解的底物可做出何种推断？为使测得的x和y值更精确，还应再设置一对照装置。对照装置的容器和小瓶中应分别放入 。设对照的目的是 。（2）研究种子萌发过程发现，种子吸水经历了三个阶段，如图222所示。第一阶段吸水的方式主要是，吸收的水主要在细胞内以形式存在。第三阶段吸水的生物学意义是。第I阶段第III阶段第II阶段水分吸收时间图222（3）将发芽种子

14、的研磨液置于试管中，经过，试管中出现了砖红色沉淀，说明种子萌发过程中有大量产生。将发芽种子的研磨液加入盛有3%过氧化氢溶液的试管中，试管中会有大量气泡产生，该气体的主要成分是。如果上述两项操作所用的研磨液均是经过煮沸后冷却的，实验现象又会如何？解释原因。解析（1）1号装置中有NaOH溶液，可吸收种子呼吸作用产生的CO2，因此，的大小实际上反映了种子呼吸作用消耗氧气的多少。2号装置中是蒸馏水，如果着色液左移，说明种子呼吸吸收的氧气比产生的二氧化碳多，左移的距离反映了吸收的氧气与产生的二氧化碳的体积差。据此可算出种子放出的二氧化碳为400120280，RQ（40040）÷4000.90

15、。呼吸商比1小，说明种子分解的有机物质不只是糖类。如果种子进行了无氧呼吸，三类物质的呼吸商就分别大于1、0.71、0.80，现计算出的呼吸商为0.90，可能是种子只进行了有氧呼吸，但分解了脂肪和蛋白质，也可能是有氧呼吸和无氧呼吸均有进行，三类物质均有分解。根据对照原则，对照组应放入与1、2号相比等量的死种子、蒸馏水，用以校正装置内受物理因素影响引起的容积变化。（2）种子细胞内含有大量亲水性物质，萌发时吸水先是吸胀作用为主，这部分水结合到亲水性物质的有极性的官能基团上，形成了结合水；后由于渗透作用吸水，细胞内自由水增多，代谢旺盛，可为种子的萌发提供必需的物质和能量条件。（3）萌发种子内含有活性较

16、高的过氧化氢酶，高温可使其空间结构发生不可逆的破坏，失去原有的催化功能。但萌发过程中产生的还原性糖不会由于煮沸而转化，仍可与斐林试剂反应生成砖红色沉淀。答案（1） 0.90 种子有氧呼吸不仅分解了糖类物质，还分解了蛋白质、脂肪；种子进行了有氧呼吸，是否还进行了一定程度的无氧呼吸有能确定。死的发芽种子和蒸馏水 用于校正装置1和2内因物理因素（或非生物因素）引起的容积变化（2）吸胀作用结合水使细胞内自由水的含量增加，种子呼吸作用强度增大，利于种子的进一步萌发。（3）加入适量斐林试剂，加热至沸腾还原性糖O2前者仍有砖红色沉淀生成，后都没有大量气泡生成。原因：前者试管内还原性糖不因煮沸而破坏，而后者试

17、管中的过氧化氢酶因高温而变性失活，冷却后不再具有生物活性。【评价探究】本题是考查种子萌发生理的一个高综合性题目，需要学生熟悉相关知识点，充分利用题干所给信息，进行处理和加工，解题思路清晣，而且具有较深刻的抽象思维能力，方能正确做答。要求考生平时加强训练。同时，本题还有效地考查了实验设计的对照原则和单一变量控制原则，都是高考所必须要求的基本能力。强化闯关 图2231 将小麦种子分别置于200C和300C培养箱中培养4天，依次取等量的萌发种子分别制成提取液I和提取液。取3支试管甲、乙、丙，分别加入等量的淀粉液，然后按下图加入等量的提取液和蒸馏水，摇匀，450C水浴保温5分钟，立即在3支试管中加人等

18、量斐林试剂，观察试管中的颜色。如图223。结果，甲呈浅砖红色，乙呈砖红色，丙呈蓝色。（1） 甲、乙两试管还原性糖的来源是什么？（2） 造成甲、乙、丙三试管颜色不同的原因是什么？（3）某同学认为上述实验步骤在在不合理之外，并认为是丙试管设置属于多余。请你用自己的观点加以评价。2酶是生物催化剂，其催化效率受温度、酸碱度和激活剂等因素的影响。为验证氯离子是唾液淀粉酶的一种激活剂，某同学进行了如下实验设计，请问该实验思路是否能达到实验目的?为什么?如不能，请写出正确的设计思路。（注：Na对唾液淀粉酶的催化效率无明显影响） 取甲、乙两支试管，分别加入等量的淀粉糊，向甲试管加入适量的0.01mol/L的盐

19、酸，向乙试管加入等量的自来水，然后同时向两支试管加入等量的稀释唾液，向两支试管中各加入1滴碘液，观察比较两支试管内颜色变化。3某同学进行了PH对酶活性影响的研究，设计了如下实验:实验步骤(1)取三支试管，分别加入质量分数为3的可溶性淀粉溶液。(2)将试管分别放人20、60的水中和冰块中，在三支试管中分别加入质量分数为2的淀粉酶溶液，两支试管中的pH=6.8，第三支试管中的pH=4，摇匀后维持各自温度5min。（3）三支试管中各滴1滴碘液，并摇匀。观察并记录：(略)结论：温度过高或过低都影响酶的活性请回答：该实验能否得出正确的实验结论?指出步骤中不正确之处并在此基础上加以纠正或补充相应的内容。4

20、以下是有关酶的两个实验，根据表格内容分析回答；操作步骤操作方法试管A试管B1加淀粉溶液2ml2加蔗糖溶液2ml3加斐林溶液甲2ml2ml4加斐林试剂乙数滴数滴5加淀粉酶溶液1ml1ml（1）表中所示为探究 的实验。（2）该实验操作是否科学？如果不科学，请修正操作步骤中的错误。 5某生物兴趣小组开展探究实验，课题是：“培养液中酵母菌种群数量与时间的变化关系”。实验材料、用具：菌种和无菌培养液、试管、血球计数板（2mm×2mm方格）、滴管、显微镜等。酵母菌的显微镜计数方法： 血球计数板：是带有微小方格刻度的玻璃片，用于在显微镜下对微生物的计数。 将含有酵母菌的培养液滴在计数板上，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。连续观察7天，并记录每天的数值。 根据以上叙述回答下列问题：（1）根据所学知识，该课题的实验假设是：开始一段时间酵母菌呈“J”型增长，随着时间的推移， ，酵母菌呈“S”型增长。（2）本实验没有另设置对照实验，原因是 。该实验是否需要重复实验？ ，试解释原因 。（3）设计表格处理实验数据。【参考答案】1（1）淀粉的水解产生了还原