专题六 实验设计-高考生物二轮复习热点专题专项突破

实验设计

专题复习实验设计一般流程明确实验目的明晰实验原理明辨实验变量明察实验思路明分实验步骤明记实验结果明得实验结论实验原则对照原则单一变量原则平行重复原则等量性原则生物学实验与探究生物学的研究方法v观察法v调查法v实验法（对比实验、对照实验）Ø验证性实验：针对已知的实验结果而进行的重复性实验操作Ø探究性实验：在不知晓实验结果的前提下，通过自己的实验

探索、分析、研究得出结论，形成科学概念的

一种认知活动。生物实验技术及应用v显微镜观察v物质提取、分离、鉴定（物质含量测定）v生物培养（植物组织培养、微生物培养、细胞培养）v同位素标记示踪：追踪生理活动中物质变化或转移过程v离心分离（差速离心、密度梯度离心）v细胞融合、转基因操作生物学实验与探究

科学探究一、探究性实验Ø探究酶的高效性Ø探究酶的专一性Ø探究影响酶活性的因素Ø探究不同环境因素对光合作用的影响Ø探究酵母菌的呼吸方式Ø探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用Ø探究乙烯利对水果的催熟作用Ø探究抗生素对细菌的选择作用Ø探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化研究对象：酶研究：影响生理活动的因素研究：植物激素的

生理作用应用微生物培养技术生物学实验与探究

科学探究科学研究的一般方法一、科学的认识逻辑17世纪，培根提出了“归纳法”：笛卡尔提出“演绎法”；20世纪哲学家卡尔波珀提出“证伪法"。对于"天鹅是白的"这一命题，只要找到一只黑天鹅，就能证明这个命题是错误的。不用证明什么是对的，只要证明什么是错误的就可以了。证伪也同样为科学进步做出贡献。例如：证明地心说的错误，证明"日心说"的科学性。伟大的数学家和物理学家克里斯蒂安·惠更斯评论说：“笛卡尔忽略了实验的作用，而培根不能正确评价数学在科学方法中的作用。这两种方法应该结合起来”假说-演绎法成为自然科学研究中的重要思想方法。"演绎法"只能在原有知识的基础上解释具体的现象，没有新知识的拓展。提出假说，对“假说”的检验能拓展人类的未知领域科学的基本特点是以怀疑作审视的出发点，以实证为判别尺度，以逻辑作论辨的武器。科学是一个动态的过程，在不断地怀疑和求证、争论和修正中向前发展。实例：进化理论的发展（拉马克→达尔文→现代生物进化论，现在仍在争论—分子进化的中性学说）假说一演绎法

在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验检验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结果相符，就证明假说是正确的，反之，则说明假说是错误的。这是现代科学研究中常用的一种科学方法，叫做假说一演绎法。二、科学研究的一般过程1.观察到的现象→2.提出问题→3.作出假设→4.实验设计→5.实验过程→6.分析实验结果→7.得出实验结论→8.提出进一步探究的问题（即回到2，开始下一轮的实验思维过程）。8.进一步提出研究问题：根据实验结果、实验结论，等提出的更深入的与该课题相关的、有科学价值的研究问题。1.观察现象：可观察到的现象很多，但未必都是研究者感兴趣的，也未必都具有科学研究价值，应该从具有科学研究价值的现象入手，展开科学探究。2.提出问题：针对以上确定的现象提出版问，提出的准备深入研究的问题。3.作出假设：往往是根据已有知识，或者查找相关资样，在应用已有知识背景和相关的资料进行细致观察、分析的基础上，给出问题的可能解释。4.实验设计：确定自变量（人为控制改变的变量）、因变量（随着自变量的变化而变化的变量），以及无关变量，遵循实验操作的基本原则，利用质当的实验材料、用具，选用恰当的实验方法。设计实验方案5.实验步骤：①实验的前处理：随机分组．编号②对实验组和对照组进行处理和实验操作。③观察记录因变量。6.实验结果：实验中由于自变量的变化而引起的因变量的相应变化，结果的体现可以是文字叙述、记录表格，或者画图（线状、柱状、饼状图等）7.实验结论：实验结论是根据实验结果与假设相符或者不相符，从而作出的一种推论。是用语言文字叙述的。实验设计一般流程研究目的论证、推测、评价实验研究实验结果结论或推论检验假设自变量与因变量确认材料处理控制无关变量设置对照确保单一变量实验处理操纵自变量观测因变量观察测量预期结果实验结果是否支持假设？收集、处理数据设计评价描述实验结果——看数据，找关系；描趋势，有逻辑表达科学探究思路与方法的应用——实验探究题读题、审题技巧在题目信息中找问题——明确研究目的，联想涉及的知识根据研究目的找变量——确定变量的数量，明确对照分析实验过程——操作步骤，变量关系，知识体系结合“结果与目的”得出结论——用生物学语言准确表述根据自变量与因变量关系，分析实验结果，得出实验结论实验原理自变量：可操作直接因变量：可检测间接决定4、实验结果表明，绿茶提取物能降低糖尿病大鼠餐后血糖浓度。小组继续设计实验进行研究，发现绿茶提取物不能改变胰岛素水平，而能显著抑制淀粉酶活性，这些研究的目的是探究

。一、实验目的（课题/标题)①验证/探究自变量与因变量的关系

②验证/探究自变量对因变量的影响要探究或验证某一事实或者做了该实验后要解决什么问题1、胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。为了验证“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”........该实验的目的是：

。验证胰高血糖素具有升高血糖的生理作用2、实验步骤：①选身体健康、发育正常、体重相同的大鼠若干，随机均分为A、B两组，分别饲养；②给A组大鼠每天饲喂适量普通饲料，B组大鼠每天饲喂添加皮革蛋白粉的饲料；③在相同且适宜的条件下饲养；④一段时间后，检查大鼠的生长状况，统计各组大鼠体重和发育状况。该实验的目的是：

。探究皮革蛋白粉饲料对动物的生长、发育的影响绿茶提取物如何降低血糖浓度（降血糖的机理）3.科研人员在一定二氧化碳浓度和温度条件下，利用苹果树、梨树幼苗进行了一系列探究实验，得到结果如下图所示。该实验的目的是：

，

探究不同光照强度对苹果树、梨树幼苗光合作用的影响二、实验原理实验原理就是进行实验的理论依据，包括选择实验材料的依据、作出实验假设的依据、设置实验步骤的依据、分析现象结果的依据、确定观测指标的依据。5．若证明某玉米新品种中的蛋白质含量高于普通玉米，请用所学的方法设计实验加以验证。实验原理：______________________________________________________。蛋白质与双缩脲试剂发生紫色反应，蛋白质含量越高，颜色越深

6.探究酵母菌细胞呼吸的方式

酵母菌属于兼性厌氧菌，(假设)在有氧条件下，产生二氧化碳和水，在无氧条件下，产生酒精和二氧化碳。(自变量与因变量的关系)二氧化碳遇澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，在酸性条件下酒精遇橙色的重铬酸钾溶液变成灰绿色(因变量的测定)观察、鉴定类的实验：着重在材料选择（试剂选择）和观测依据7.重金属离子会导致蛋白质分子变性。某小组进行实验，探究铜离子对唾液淀粉酶活性的影响。步骤如下:①取两支洁净的试管，编号A、B，向两支试管中各加入等量相同浓度的淀粉溶液1mL和pH为6.8的缓冲液各1ml，并摇匀。②向A试管中加入1%的CuSO4溶液，向B试管中加入等量的蒸馏水，并摇匀。③向两支试管中各加入等量相同浓度的唾液淀粉酶溶液1mL。④放入适宜温度下保温一段时间。⑤取出试管,各加人斐林试剂1mL,50-65℃水浴加热2分钟,观察颜色变化。该实验的实验原理是：①重金属离子（铜离子）会导致蛋白质分子变性；②

；③

；唾液淀粉酶可以催化淀粉水解为还原糖；

还原糖与斐林试剂水浴加热生成砖红色沉淀。三、实验思路与实验步骤

异同？15年之前高考非常重视实验步骤的书写，近年考试比较注重实验思路的书写。国家以前是需要实验的操作员，现在旨在培养决策者。所以实验思路的考察为重点。将若干只生长状况相同的幼龄大鼠随机均分为A、B两组。A组手术但不切除垂体，B组切除垂体。在相同的适宜条件下饲养，每隔一定时间，测定并记录两组大鼠的体重。8.（18•全国Ⅱ卷•改编）为研究垂体对机体生长发育的作用，用幼龄大鼠为材料，以体重变化作为生长发育的检测指标。请提出实验思路。自变量：因变量：垂体的有无体重变化实验思路9.（19全国Ⅲ.29）农作物吸收氮元素的主要形式有铵态氮（NH4＋）和硝态氮（NO3－）。已知作物甲对同一种营养液（以硝酸铵为唯一氮源）NH4＋和NO3－的吸收具有偏好性（NH4＋和NO3－同时存在时，对一种离子的吸收量大于另一种）。请设计实验对这种偏好性进行验证，要求简要写出实验思路。以硝酸铵为唯一氮源营养液培养作物甲，一段时间后，检测营养液中NH4＋和NO3－剩余量。10.小麦"午睡"现象与叶片中的D1蛋白含量密切相关。现有研究表明∶"强光照会导致D1蛋白含量下降，而植物激素水杨酸（SA）能减小D1蛋白含量下降的幅度"。请以小麦为实验材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路。验证强光照会导致小麦叶片D1蛋白含量下降验证植物激素水杨酸（SA）能减小D1蛋白含量下降的幅度将小麦分成3组，分别在适宜光照、强光照、强光照加水杨酸处理三种条件下培养。一段时间后，检测各组D1蛋白的含量，并比较得出结论。实验思路11.（2019I卷29）

将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。(3)有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料,设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。请评价方案2

对照组：正常植株+干旱处理实验组1：ABA缺失突变体+干旱处理实验组2：ABA缺失突变体+脱落酸+干旱处理请评价方案1

对照组：正常植株+干旱处理实验组：ABA缺失突变体+干旱处理验证气孔开度减小不是由缺水直接引起的验证气孔开度减小是由ABA引起的自变量：是否干旱处理自变量：是否用ABA处理实验思路实验思路1：取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度，预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。实验思路2：设计3组实验形成相互对照进行验证：先测定ABA缺失突变体植株的气孔开度，取气孔开度相同的ABA缺失突变体植株均等分为A，B，C3组，A组在正常水分条件下培养，B，C两组在干旱条件下，其中B组进行ABA处理，C组不做处理，一段时间后，分别测定3组植株的气孔开度。预期结果是A组气孔开度不变，B组气孔开度减小，C组气孔开度不变，实验思路3：设计一组实验形成自身前后对照进行验证：先取ABA突变体植株先在正常水分条件下培养测定气孔开度，再经干旱处理后再测定气孔开度，气孔开度不变。最后在干旱条件下进行ABA处理，一段时间后测定气孔开度。气孔开度减少。12.某同学从温度为55-65℃的泉水中筛选出能合成脂肪酶的细菌,并从该细菌中提取了脂肪酶。若要测定出该脂肪酶催化作用的最适温度,请提出实验思路：13为探究CO2浓度对欧洲蕨光合作用速率的影响，有人在温度、光照和水分等适宜条件下做了实验，测得数据如下表。在已有结果的基础上,如何确定欧洲蕨光合作用的最适CO2浓度,请提出实验思路：在一定温度范围（包括55-65℃）内设置温度梯度，分别测定酶活性。若所测得的数据出现峰值，则峰值对应的温度即为该酶催化作用的最适温度，否则，扩大温度范围，继续实验，直到出现峰值。在一定CO2浓度(最低浓度不小于355μmol·mol-1，最大浓度大于539μmol·mol-1)范围内按一定的梯度设置多个实验组，其它条件相同且适宜，分别测定光合速率，最大光合速率对应的最低CO2浓度即为最适浓度。探究最适。。。的模式：在一定的.....范围内，按一定的.....梯度设置多个实验组，其他条件相同且适宜，分别测定......，（峰值对应的.....即为最适.......）

(最大......对应的最小即为最适......）

实验分析与讨论：①结果表明，施用锌肥的最佳浓度范围是

．②根据该实验的结果分析科学施肥的理由是？

14.科学施肥可使作物接近最高产量而又不会造成肥料浪费。实验表明锌肥的施用量与番茄的果实产量密切相关，下图为实验结果曲线图，请完善探究实验的相关问题：实验目的：

探究锌肥施用量对番茄产量的影响材料用具：不同浓度的硫酸锌溶液（本实验SO42-对实验结果的影响可忽略），用相同的杉木糠和土壤浸出液栽培的240株长势相同的番茄幼苗。第一步：将240株番茄幼苗分成

组并编号；第二步：在相同且适宜条件下将幼苗培养至花蕾期，

.

第三步：继续培养至果实成熟，____________________________

对照组喷施一定量的蒸馏水，实验组喷施等体积的浓度分别为4、8、12、16、20、24、28mg/L的硫酸锌溶液，8

称量并记录每组番茄所结果实的重量12-16mg/L

当锌肥施用量不足，果实产量较低；当施用量超过最佳范围（12-16mg/L）时，果实产量下降，且造成浪费。实验步骤③由甲、乙、丙、丁四组实验结果，得出结论

。②由甲、乙、丙三组实验结果，得出结论

。得出该结论的依据是：

。四、结果结论结果一般用实验的具体数据或现象说明;

结论则与实验标题或目的照应15.（22湖南）（3）若下丘脑体温调节中枢损毁，机体体温不能维持稳定。已知药物A作用于下丘脑体温调节中枢调控体温。现获得A的结构类似物M，为探究M是否也具有解热作用并通过影响下丘脑体温调节中枢调控体温，将A、M分别用生理盐水溶解后，用发热家兔模型进行了以下实验，请完善实验方案并写出实验结论。分组处理方式结果甲发热家兔模型+生理盐水发热乙发热家兔模型+A溶液退热丙发热家兔模型+M溶液退热丁①

.发热损毁下丘脑的发热家兔模型+M溶液M与药物A一样也具有解热作用M与药物A一样具有解热作用并通过影响下丘脑体温调节中枢调控体温与甲组相比，丙乙组都能使发热家兔退热16.（21北京）.（12分）胰岛素是调节血糖的重要激素，研究者研制了一种“智能”胰岛素（IA）并对其展开了系列实验，以期用于糖尿病的治疗。四、结果结论（2）GT是葡萄糖进入细胞的载体蛋白，IA（见图1）中的X能够抑制GT的功能。为测试葡萄糖对IA与GT结合的影响，将足量的带荧光标记的IA加入红细胞膜悬液中处理30分钟，使IA与膜上的胰岛素受体、GT充分结合。之后，分别加入葡萄糖至不同的终浓度，10分钟后检测膜上的荧光强度。图2结果显示：随着葡萄糖浓度的升高，

。研究表明葡萄糖浓度越高，IA与GT结合量越低。据上述信息，推断IA、葡萄糖、GT三者的关系为

。膜上的荧光强度降低葡萄糖与IA竞争结合GT17.(22浙江10分)为研究物质X对高血糖症状的缓解作用,根据提供的实验材料,完善实验思路,预测实验结果,并进行分析与讨论。材料:适龄、血糖正常的健康雄性小鼠若干只,药物S(用生理盐水配制),物质X(用生理盐水配制),生理盐水等

(要求与说明:实验中涉及的剂量不作具体要求。小鼠血糖值>11.1mmol/L,定为高血糖模型小鼠。饲养条件适宜)

回答下列问题:(1)完善实验思路:①适应性饲养:

。正常饲养数天,每天测量小鼠的血糖,计算平均值。②药物S处理:

甲组:每天每只小鼠腹腔注射一定量生理盐水。

乙组:每天每只小鼠腹腔注射一定量药物S。

丙组:

。

连续处理数天,每天测量小鼠的血糖,计算平均值,直至建成高血糖模型小鼠。③物质X处理:

甲组:

。

乙组:每天每只小鼠灌胃一定量生理盐水。

丙组:

。

连续处理若干天,每天测量小鼠的血糖,计算平均值。(2)预测实验结果:

设计一张表格,并将实验各阶段的预期实验结果填入表中。选取适龄、血糖正常的健康雄性小鼠若干只,随机均分成甲、乙、丙3组每天每只小鼠腹腔注射一定量药物S每天每只小鼠腹腔灌胃一定量生理盐水每天每只小鼠腹腔灌胃一定量物质X五、评价修正篇（1）实验原理是否正确（2）是否设置了对照组、对照是否正确？（3）实验步骤是否正确，有无漏做或颠倒（4）操作方法是否正确（5）结果检测试剂的选择、使用方法是否正确（6）是否遵循单一变量原则，特别关注干扰变量的消除或控制（7）是否遵循重复原则，是否存在偶然性，如“一只”、“一

片”等18.传统中药人参中的人参皂苷Rg1可以有效缓解帕金森病。某同学以小鼠作为实验材料，设计了如下方案，最终通过技术手段统计多巴胺能神经元细胞的死亡数目。

模型组人参皂苷Rg1治疗组步骤1注射1mL溶于生理盐水的MPTP，注射4次，每次间隔2小时注射1mL生理盐水，注射4次，每次间隔2小时步骤2每天注射1mL生理盐水，连续3天每天注射1mL溶于生理盐水的人参皂苷Rg1，连续3天注：MPTP能诱导多巴胺能神经元的变性死亡，使患者出现帕金森症状。科学家常用MPTP诱导帕金森动物模型。(1)该实验方案有两处错误，请你加以修正：(简要写出修正思路即可)修正一：____________________________________________________________；修正二：____________________________________________________________。(2)本实验的预期实验结果是____________________________________________。设置一组健康鼠作为对照人参皂苷Rg1治疗组步骤1应与模型组相同多巴胺能神经元细胞的死亡数目：模型组>人参皂苷Rg1治疗组>对照组19.为探究“不同pH的酸雨对蚕豆萌发过程中幼根生长的影响”，某校研究性学习小组用普通雨水加硫酸配制了不同pH值的“酸雨”，并准备了大量同一品种的蚕豆种子。下面是该小组的实验设计思路。 取五个相同的种子培养器，在五个培养器中各放人两粒蚕豆种子，在培养器中分别加不同酸度的、等量的“酸雨”。（pH1.5，pH2.5，pH3.5，pH4.5，pH5.5）。将五组培养器放在相同适宜条件下培养，一段时间后，测量并记录各组蚕豆幼根的长度，计算各组蚕豆幼根生长的平均长度。他们的实验设计是否能达到实验的目的，为什么？