2023版高三一轮总复习生物人教版选择性必修1 第8单元 科学探究系列3实验设计的一般程序

实验设计是高中生物的一个重要内容，既能考查运用所学生物知识解决实际问题的能力，又能考查创新思维能力。实验设计的一般程序为明确实验目的→分析实验原理→选择材料用具→设计实验步骤→预测实验结果→观察收集数据→分析推理得出结论。针对不同的实验题型，应从以下几个方面进行分析和把握。1．面对实验设计题，首先要找到实验目的，实验目的在题干信息中有明显的关键词，比如，“验证……”“探究……”“假设……”“……是否……”“判断……”“如何……”等。一般根据实验目的可直接判断出是验证性实验还是探究性实验，这是做实验设计题的第一步。2．如何科学设计实验组和对照组，这是解实验设计题的关键。绝大多数实验题中都给出了材料、用具、试剂等信息，这是很好的提示。比如，在探究pH对酶活性影响的实验中，会给出“HCl溶液、NaOH溶液、蒸馏水”等信息，这就提示设计三组，酸性、碱性、中性三组对照。3．实验步骤的划分是最易考查的环节，常见步骤为三步，第一步分组编号、第二步施加变量、第三步培养观察。遗传实验中，常见步骤：第一步亲本杂交，第二步F1自交(或测交)，第三步对F2的观察统计。步骤划分的技巧是装置构建的过程或杂交实验的流程。比如，在验证甲状腺激素促进幼小动物发育的实验中，第一步应该对三个水槽进行处理，分组、编号、放入等量相同的清水、等量相同的蝌蚪；第二步是施加变量影响，第一组饲喂含有甲状腺激素的饲料、第二组饲喂含有甲状腺激素抑制剂的等量饲料、第三组饲喂等量的普通饲料；第三步是在相同且适宜的环境条件下培养观察。从装置的构建到实验结果不同的得出过程或从亲本杂交开始到最终预期个体的出现过程，其实就是实验思路，该思路如果清晰地构建出来，则步骤划分为三步或四步是一目了然的。4．在分组时一定不要忘记对各组进行编号，如1、2、3或A、B、C等，编号的目的是使思路清晰，后续的步骤便于指代描述。在叙述实验步骤时，特别是施加变量的步骤，一定要对添加物的用量加以限定，第一组指明用量，后续组用“等量”一词。5．实验结果就是实验现象，在叙述时一定要写具体，不能笼统地综合描述。比如，在探究温度影响淀粉酶活性的实验中，用碘液检测淀粉的分解程度，结果应该是“A组(低温条件)变蓝；B组(适温条件)无蓝色出现；C组(高温条件)变蓝”。而不能综合叙述为“只有B组(适温条件)无蓝色出现”。6．结论的叙述是有规律的，即都是实验目的或实验课题或实验假设语句的变形，将疑问句改为肯定句即可。比如，在验证性实验中，目的是“验证胰岛素有降低血糖的功能”，则结论就对应为“胰岛素有降低血糖的功能”；在探究性实验中，目的是“假设青霉素有抑制细菌繁殖的功能，……验证假说是否正确”，则结论就对应为“若……，则说明青霉素有抑制细菌繁殖的功能；若……，则说明青霉素没有抑制细菌繁殖的功能”。7．最后还要注意验证性实验的结果和结论是唯一的，不需要讨论。探究性实验需要讨论，一个结果对应一个结论，答题模型为“若……则……”。1．(2021·安徽十校高三模拟)甲状腺激素在人体内有极为重要的作用。甲状腺疾病高发与人类生活中的甲状腺激素干扰物(一类通过影响甲状腺激素的合成、运输、分解等，从而改变甲状腺激素的功能和稳态的化学物质)密切相关。Ⅰ．为验证甲状腺激素对代谢的影响，某生物兴趣小组设计了如下实验，请补充实验内容：(1)实验原理：__________________________________________________________________________________________________。应用甲状腺激素制剂的动物放入密闭容器时，对缺氧敏感性提高，容易因缺氧窒息而死亡。(2)材料和用具：小白鼠若干只，灌胃管，1000mL广口瓶，甲状腺激素制剂，生理盐水。(3)方法步骤：①将健康小白鼠按性别、体重随机分为对照组和实验组，每组10只。②实验组动物灌胃给甲状腺激素制剂，每天5mg，连续用药两周。对照组动物灌胃给_______________________________________。③将每只小白鼠分别放在1000mL的广口瓶中，把瓶口密封后，立即观察其活动，并记录其存活时间。最后汇总全组动物的实验结果，计算________，并将实验组与对照组进行比较。(4)预测实验结果及结论：________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ．在众多的甲状腺激素干扰物中，农药所占比例最大，噻枯唑是一种常用农药杀菌剂。试用下列实验材料探究噻枯唑对甲状腺功能的干扰作用，写出简要实验思路：_______________________________________________________________________________________________________________。实验材料：小白鼠若干只，灌胃管，噻枯唑，色拉油(作为溶解噻枯唑的有机溶剂)，其他实验仪器均满足。[解析]Ⅰ．(1)甲状腺激素具有调节体内的细胞代谢、促进生长和发育、提高神经系统的兴奋性等作用。根据实验目的和后续的实验操作，该实验原理应为甲状腺激素能提高细胞代谢速率，使机体需氧量增多。(3)本实验的自变量为甲状腺激素，实验组和对照组的差别就在于是否给予甲状腺激素制剂，所以对照组动物的处理方法为灌胃等量的生理盐水，连续用药两周；本实验的因变量为小白鼠的活动情况及存活时间，最后要汇总全组动物的实验结果，计算平均存活时间，并将实验组与对照组进行比较。(4)实验组小鼠灌胃甲状腺激素制剂后，新陈代谢加快，耗氧量增加，在密闭的广口瓶中容易因缺氧窒息而死亡，因此实验组的平均存活时间应小于对照组的。Ⅱ．要探究噻枯唑对甲状腺功能的干扰作用，需要设置对照实验。实验组灌胃适量的噻枯唑溶液，对照组灌胃等量的色拉油，在相同且适宜条件下进行培养，观察并记录小白鼠的精神状态、活动等情况。[答案]Ⅰ．(1)甲状腺激素能提高细胞代谢速率，使机体需氧量增多(3)等量的生理盐水，连续用药两周平均存活时间(4)实验组的平均存活时间小于对照组的，说明甲状腺激素能提高细胞代谢速率Ⅱ．将小白鼠随机均分为两组，分别用适量且等量的噻枯唑溶液和色拉油灌胃，在相同且适宜条件下进行培养，观察并记录小白鼠的精神状态、活动等情况(或抽血检测甲状腺激素含量)2．(2021·山东实验中学高三模拟)人在面对压力时身体会进入应激状态，下丘脑—垂体—肾上腺皮质轴(HPA轴)被激活。一定强度的应激反应有助于发挥潜力、维持内环境的稳态，但应激时间过长或者过于强烈，则会对机体产生不利影响。(1)在发生应激反应时，下丘脑分泌________________，刺激垂体分泌ACTH，促使肾上腺皮质释放糖皮质激素(GC)。GC可以通过升高血糖保证重要器官能量供应，与胰高血糖素、肾上腺素具有________作用。(2)GC是动物机体在应激状态下存活所必需的信息分子，其过度升高会影响机体糖类、脂质、蛋白质的代谢，并大大降低机体的免疫能力。在应激状态下，可能由于下丘脑和垂体的敏感性降低，使GC______调节功能下降，易对机体产生不利影响。科研人员希望找到其他调控HPA轴的机制。通过对热应激模型鼠的研究(如图所示)，发现___________________________________________________________________________________________________________。(3)基于以上对HPA轴调控机制的研究，你认为是否可将miR­212直接用于临床治疗？_____________________________________________________________________________________________________________。请说明理由。___________________________________________________________________________________________________。(4)为缓解压力，人除了运动也常选择喝茶或咖啡来提高兴奋性，但茶提高神经系统兴奋性的效果不如咖啡显著。经研究发现茶叶和咖啡中咖啡因的含量接近，有人认为可能是茶叶中的另外一种成分茶氨酸抑制了咖啡因的作用。为验证上述假设，某研究小组发现，可通过小鼠单位时间单位体重的耗氧量来判断小鼠神经系统的兴奋性高低，以健康成年雄性小鼠、生理盐水、试剂甲(蒸馏水配制的咖啡因制剂)、试剂乙(蒸馏水配制的茶氨酸制剂)、蒸馏水为实验材料设计实验。简要写出实验设计思路，并预期结果和结论。_______________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)接受刺激的下丘脑会分泌促肾上腺皮质激素释放激素，促肾上腺皮质激素释放激素通过体液运输到垂体，促使垂体分泌促肾上腺皮质激素，促使肾上腺皮质释放糖皮质激素(GC)。胰高血糖素、肾上腺素都具有升高血糖的作用，因此GC通过升高血糖保证重要器官能量供应，与胰高血糖素、肾上腺素具有协同作用。(2)在应激状态下，可能由于下丘脑和垂体的敏感性降低，使GC负反馈调节功能下降，易对机体产生不利影响。据图所示，随热应激处理天数的增加，小鼠下丘脑miR­212的表达量增加。(3)实验尚不完备，不能将miR­212直接用于临床，应进一步在实验动物或者人体水平上进行相关实验。(4)当小鼠神经系统兴奋性较高时，平均体重的耗氧速率会升高，可以通过检测小鼠单位时间单位体重的耗氧量来判断小鼠神经系统兴奋性的高低。为了验证茶叶中的茶氨酸抑制了咖啡因的作用，可设计如下实验：本实验自变量是茶氨酸的有无，因变量是耗氧速率的变化，所以实验设计思路是选取健康的雌性或雄性小鼠若干，平均分成两组，并标注实验组A和对照组B。A组处理：定时灌喂适量的咖啡因制剂和茶氨酸制剂；B组处理：定时灌喂与A组等量的咖啡因制剂和蒸馏水。处理一段时间后，统计小鼠单位时间单位体重A组的耗氧量和B组的耗氧量；本实验是验证性实验，所以实验结果及结论：A组的耗氧量小于B组的耗氧量，则证明茶氨酸能抑制咖啡因的作用。[答案](1)促肾上腺皮质激素释放激素协同(2