第七单元科学探究系列(四)实验设计的一般程序及评价

科学探究系列(四)实验设计的一般程序及评价精研悟方法【典例】(2024·新课标全国卷)机体感染人类免疫缺陷病毒(HIV)可导致艾滋病。回答下列问题。(1)感染病毒的细胞可发生细胞凋亡。细胞凋亡被认为是一种程序性死亡的理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

(2)HIV会感染辅助性T细胞导致细胞凋亡,使机体抵抗病原体、肿瘤的特异性免疫力下降,特异性免疫力下降的原因是___________________________________________________________________________________________。

(3)设计实验验证某血液样品中有HIV,简要写出实验思路和预期结果。(4)接种疫苗是预防传染病的一种有效措施。接种疫苗在免疫应答方面的优点是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(答出2点即可)。

▶解题过程明确实验目的:验证某血液样品中有HIV实验方法:验证HIV可以用免疫诊断或基因检测确定实验思路:思路一:利用抗HIV抗体,与血液样品进行抗原—抗体杂交实验思路二:使用PCR(聚合酶链式反应)技术检测样品中的核酸,产物经电泳与标准DNA进行比对预期实验结果:思路一:出现杂交带思路二:PCR产物经电泳后出现特定条带得出实验结论:血液样品中含有HIV【解析】本题考查细胞凋亡、特异性免疫和接种疫苗的优点。(1)细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,受到严格的由遗传机制决定的程序性调控,所以是一种程序性死亡。(2)辅助性T细胞在特异性免疫中能接受抗原呈递细胞的信号,并与B细胞结合,将信号传递给B细胞,并诱导B细胞活化,同时产生细胞因子,促进B细胞和T细胞的增殖分化过程。所以,辅助性T细胞的减少会导致浆细胞和细胞毒性T细胞的产生减少,从而导致特异性免疫力下降。(3)实验思路:取适量的此血液样品作为甲组,取等量的不含HIV的正常血液作为乙组,在两组血液中加入等量的HIV抗体,检测两组血液中是否出现抗原-抗体杂交现象。预期结果:甲组出现抗原-抗体杂交现象,乙组未出现抗原-抗体杂交现象。(4)接种疫苗可以使接种者在不患病的情况下获得对该疾病的免疫;在以后接触相同抗原时,能启动二次免疫,迅速产生大量的抗体,产生高效的特异性免疫反应。答案:(1)细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,受到严格的由遗传机制决定的程序性调控,所以是一种程序性死亡(2)辅助性T细胞的减少导致了浆细胞和细胞毒性T细胞的产生减少(3)实验思路:取适量的此血液样品作为甲组,取等量的不含HIV的正常血液作为乙组,在两组血液中加入等量的HIV抗体,检测是否出现抗原-抗体杂交现象。预期结果:甲组出现抗原-抗体杂交现象,乙组未出现。(4)在不患病的情况下获得特异性免疫;再次接触相同抗原时,产生二次免疫,迅速、高效地产生特异性免疫反应类题通法1.“五步法”设计实验程序:2.实验思路和实验步骤的比较:类型实验思路实验步骤性质是进行实验前必须确定的内容,它是一个较为“粗线条”的思考过程是“细节化”的操作流程,涉及具体的实验操作内容要求主要涉及实验的整体设计逻辑和主要步骤,体现了实验的目的、原理、自变量、因变量以及如何控制无关变量等关键要素要写出具体的、可操作的步骤,并且要注意“无关变量”的描述,尤其是当试题要求补充实验步骤时特点言简意赅,必须体现自变量和因变量,对无关变量的表述要注意体现“相同且适宜”精准细微,必须体现自变量如何设置、因变量如何检测、无关变量如何保证相同且适宜【精练提能力】1.去甲肾上腺素是肾上腺素去掉N-甲基后形成的物质,是与多巴胺结构相近的一种胺类化合物,小剂量可以升高血压。在有效抗菌药物治疗下,临床上常通过使用多巴胺和去甲肾上腺素来降低血清乳酸、降钙素原含量,提高中心静脉压,从而治疗由微生物或毒素引起的感染性休克(SS)及其并发症。请你利用以下实验材料及用具设计实验,比较多巴胺与去甲肾上腺素治疗SS及其并发症的效果。实验材料及用具:SS模型小鼠、多巴胺药剂、去甲肾上腺素药剂、相关检测仪器等。简要写出实验设计思路:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

【解析】实验的目的是比较多巴胺与去甲肾上腺素治疗SS及其并发症的效果。所以自变量为多巴胺和去甲肾上腺素。设计思路:将SS模型小鼠随机均分为两组,编号甲、乙,检测小鼠的血清乳酸、降钙素原含量和中心静脉压;甲组注射适量多巴胺治疗,乙组注射等量去甲肾上腺素治疗;一段时间后,检测两组小鼠的血清乳酸、降钙素原含量和中心静脉压,对比前后测量结果,比较治疗效果。答案:将SS模型小鼠随机均分为两组,编号甲、乙,检测小鼠的血清乳酸、降钙素原含量和中心静脉压;甲组注射适量多巴胺治疗,乙组注射等量去甲肾上腺素治疗;一段时间后,检测两组小鼠的血清乳酸、降钙素原含量和中心静脉压,对比前后测量结果,比较治疗效果2.(2024·孝感模拟)某科研小组进行了不同碘摄入水平对Wistar大鼠甲状腺功能影响的实验,步骤如下:第一步:取Wistar大鼠,随机分为六组。即低碘组,正常碘组,5倍、10倍、50倍、100倍高碘组。第二步:低碘组饲喂低碘饲料、正常碘组饲喂等量正常饲料、后四组饲喂等量饲料且饲料中碘含量分别为正常组的5倍、10倍、50倍、100倍。第三步:将六组Wistar大鼠在适宜条件下饲养6、12个月后分别测定各组大鼠的甲状腺激素含量并记录。回答下列问题:(1)甲状腺激素具有_________________________________________________(最少答出两点)的作用,正常Wistar大鼠体内甲状腺激素浓度不会持续升高,主要原因是甲状腺激素过多会抑制下丘脑和垂体对TRH和TSH的分泌,这属于_________调节。

(2)改正实验步骤中的两处不妥当之处:①_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

②___________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)实验结果:与正常组相比较,低碘组大鼠血清甲状腺激素水平明显降低,而高碘组大鼠随着饲喂时间的延长和摄入碘量的增加,血清甲状腺激素水平出现逐渐降低趋势。实验结论:___________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)甲状腺激素具有调节体内的有机物代谢、促进生长和发育、提高神经的兴奋性的作用,正常Wistar大鼠体内甲状腺激素浓度不会持续升高,主要原因是甲状腺激素过多会抑制下丘脑和垂体对TRH和TSH的分泌,这属于负反馈调节。(2)改正实验步骤中的两处不妥当之处:①取性别、年龄、体重和生理状况相同的Wistar大鼠;②饲养3个月,每周测定各组Wistar大鼠的甲状腺激素含量,记录并计算平均值。(3)实验结果:与正常组相比较,低碘组大鼠血清甲状腺激素水平明显降低,而高碘组大鼠随着饲喂时间的延长和摄入碘量的增加,血清甲状腺激素水平出现逐渐降低趋势。实验结论为碘缺乏或碘过量均可导致大鼠甲状腺功能下降,分泌甲状腺激素减少。答案:(1)促进生长和发育、提高神经的兴奋性负反馈(2)①取性别、年龄、体重和生理状况相同的Wistar大鼠②饲养3个月,每周测定各组Wistar大鼠的甲状腺激素含量,记录并计算平均值(3)碘缺乏或碘过量均可导致大鼠甲状腺功能下降,分泌甲状腺激素减少借题发挥“五看法”评价实验方案【加固训练】(2025·淮北模拟)为探究赤霉素对植物生长的影响,某科学家以野生型豌豆(α型)植株为材料进行诱变得到矮化突变体的新品种(β型)。现对β型品种的矮化原因进行实验研究,科学家推测β型品种的矮化原因可能是诱变后植株缺乏赤霉素或合成赤霉素不足。请回答下列问题。(1)科学家作出上述推测的依据是赤霉素具有______________________的作用。

(2)为检验上述推测是否正确,所需试剂有赤霉素、降解赤霉素的酶溶液、溶解赤霉素的溶剂A等,已知溶剂A对豌豆植株生长无影响。实验操作如下:①选取生长状况相似的_________(填“α型”或“β型”)品种豌豆幼苗若干随机均分为甲、乙、丙三组,甲组用适量可降解赤霉素的酶溶液处理;乙组用_____________________________________________________________________________;

丙组用等量的溶剂A处理。在相同且适宜条件下培养一段时间后测定三组豌豆幼苗的株高,并计算各组的平均值。②如果_____________________________________________________________,

可证明上述推测正确。在技术条件允许的情况下,还可用直接测定_______________豌豆植株体内的赤霉素含量,来检验该推测。

【解析】(1)科学家推测β型品种的矮化原因可能是诱变后植株缺乏赤霉素或合成赤霉素不足,提出该推测的依据是赤霉素具有促进细胞伸长,从而引起植株增高的作用。(2)要对β型品种的矮化原因进行实验研究,实验材料应选取生长状况相似的β型品种豌豆幼苗。根据实验材料并结合①可知,甲组用适量可