高中生物练习：实验设计与分析

第2课时实验设计与分析

【课标要求】1.具备验证简单生物学事实的能力，能依照实验设计原则设计实验、提出或完善

实验思路。2.能对一些简单的实验方案作出恰当的评价和修订。3.能对实验现象和结果进行处

理、分析和解释。4.具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，能处理和解释数据、作出

合理的判断。

考点一实验思路与实验步骤的书写

I.实验思路的设计与书写

⑴实验步骤与实验思路的区别：实验步骤的操作性强，而实验思路的概括性强。

（2）实验设计的思路

①首先确定实验目的，判断是验证性实验还是探究性实验。

②运用所学知识，找准实验原理，并要做到对原理理解透彻。

③根据实验原理，对照实验目的，通过初步分析，确认变量。

④结合实验所给的条件，选取适当的方法（简便性原则），开始草拟具体步骤、方案，设计具

体步骤后，要顺藤摸瓜，通过对实验结果（现象）的判断，分析综合得出实验结论.

⑤实验设计中反应变量的确定和控制

设计实验时，应该根据实验目的和实验原理来确定对实验结果有影响的反应变量。同时，对

其他无关变量或非研究变量应进行控制.对变量的控制所要遵循的原则是对照原则.

⑥回归检验

看看自己设计的实验是否遵循科学性原则，紧扣实验原理来进行分析：是否有遗漏的地方：

是否还有其他可能性存在，即检验实验的严密性、科学性。实验设计的检验过程最终应该对

照实验原理，I口I归实验目的。

2.四步法——完整书写实验步骤

/取材、分组、编号：

I取材时要注意数址和生理及发育状态

相同，用具要相同等，即无关变量要

相同且适宜，不影响实脸结果

变量处理:

根据单一变量原则和对照性原则，对

’不同组别进行变量处理，通过不同的

OI实验结果来达到实验目的

（第=七/J根据需要可进一步进行相同处理：

T二受I其他因素相同且最适的条件下继续处理

检测、观察、统计、比较：

第四但）必须找出具体的观察和氾录对象，观

察、记录、统计、比较实验数据或现象

【提醒】（1）面对实脸设计题，首先要找到实睑目的，实险目的在题干信息中有明确的关键词，

比如，“脸证……”、"探究……”、“假设……”、”……是否……”、“判断……”、

“如何……”等。一般根据目的可直接判断出是验证性实脸还是探究性实脸，这是做实脸设

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对晦活性影响

的实脸中，会给出“HQ溶液、NaOH溶液、蒸馅水”信息，这就提示设计酸性、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，如第一步分组、第二

步施加变量、第三步培养观察。遗传实睑中，常见步骤：第一步亲本杂交，第二步Fi自交（或

测交），第三步对F2的统计观察。步骤划分的技巧是装置构建的过程或杂交实脸的流程。比

如，在验证甲状腺激素促进幼小动物发育的实脸中，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；第二步关施加变量影响，第一组饲喂适量的

含有甲状腺激素的饲料、第二组的喂等量的含甲状腺激宗抑制剂的饲料、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。从装置的构建到得出不同实脸结

果的过程或从亲本杂交到预期个体出现的过程，其实就是实验思路，该思路如果能清晰地构

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I、2、3或A、B、C等，编号的目的是使思路清晰，在后续的步骤中便于指代描述。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）实脸结果就是实险现象，在叙述时一定要写具体，不能笼统

地综合描述。（6）结论的叙述是有规律的，印都是实脸目的或实脸课题或实脸假设语句的变形，

将疑问句改为肯定句即可。比如，在脸证性实验中，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，……脸证假说是否正确“，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

睑证性实睑的结果和结论是唯一的,不需要讨论。探究性实验的结果和结论需要讨论,一个

结果对应一个结论，答题模型为“若……，则……”。

\跟踪训练J

1.科研人员以野生型拟南芥植株为材料进行了相关实验，其叶肉细胞渗透压、叶片ABA(脱

落酸)含量和气孔阻力(与与孔开闭程度有关，气孔全开时阻力最小)之间的变化关系如图1所

示，ABA调节气孔关闭与保卫细胞内K+浓度有关，其作用机制如图2所示。

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ABA抑制气孔开放ABA使气孔关闭

注：一*表示促进；I-表示抑制

图2

(1)拟南芥叶肉细胞中光合色素分布在，作用是.

(2)据图I分析可知，恢复浇水能提高拟南芥光合作用强度，理由是

(3)由图2可知，当ABA与受体结合后，通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用，

即。调节保卫细胞内K'浓度，使气孔维持关闭状态。

为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，研究者以野生型拟南芥植株和超表达ABA受体

基因的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养并定期测量叶片的。若

,则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭。

(4)研究发现，在干旱条件下，ABA浓度与光合色素降解程度呈正相关，请以拟南芥ABA缺

失突变体为材料，设计实验验证该结论，写出实验思路和预期结果(光合色素含量的测定方法

不作要求)。

实验思路：;

预期结果：0

答案（1）叶绿体类囊体薄膜上吸收、传递和转化光能（2）ABA含量降低，气孔阻力减小,

COZ供应增加，光合作用增强（3）促进保卫细胞内Ca2*增加，促进K+外流，同时抑制K，

内流气孔阻力（或气孔直径）实验组叶片的气孔阻力大于（或气孔直径小于）对照组（4）实

验思路：取经过干旱处理的拟南芥ABA缺失突变体若干并分组编号，用不同浓度的ABA溶

液处理，再置于相同且适宜条件下培养。一段时间后测定各组叶片的光合色素含量预期结

果：随着ABA浓度的增大，拟南芥ABA缺失突变体中光合色素含量逐渐下降

解析（3）由图2可知，当ABA与受体结合后，促进保卫细胞内Ca2+增加，促进K+外流，使

气孔处于关闭状态，同时抑制K+内流，调节保卫细胞内K+浓度，使气孔维持关闭状态（抑制

气孔开放），即通过关闭气孔和抑制气孔打开两条途径协同作用。由于当ABA与受体结合后，

使气孔维持关闭状态。故为进一步研究ABA受体与气孔关闭的关系，以野生型拟南芥植株

和超表达ABA受体基因（ABA受体增多）的拟南芥植株为材料设置对照实验，进行培养，自

变量为ABA受体的多少，因变量的指标应为叶片的气孔阻力（或气孔直径）。若实验组l片的

气孔阻力大于（或气孔直径小于）对照组，则说明ABA受体增多能够加速气孔关闭。

2.探究酸碱度对酵母菌酒精发酵酶促反应速率的影响。

实验用具：烧杯、注射器8支、带有橡皮塞抽去空气的试管4支、干酵母粉、蔗糖、配制好

的pH分别为5、6、7、8的缓冲液。

实验步骤:①用开水配制10%蔗糖溶液100mL,冷却到室温（26C）后,加入4g干酵母粉,

10min后依次完成步骤②③④⑤，观察并记录。

实验记录：产生2mL气体体积量（以针筒推柄上升的mL数为产气量，见下图）所需要的时

间如下表：

（1）完成实验步骤：

②____________________________________________________________________________

③____________________________________________________________________________

④____________________________________________________________________________

⑤____________________________________________________________________________

（2）实验结论：______________________________________________________________

（3）回答问题：

①实验过程中为什么要等到蔗糖溶液冷却后再加入干酵母粉?

②为什么要用注射器吸取溶液注入试管内？

答案（1）②取4支试管分别标上A、B、C、D（或1、2、3、4）③分别用注射器吸取不同pH

的缓冲液各2mL分别注入4支试管内④再分别用4支注射器吸取含有酵母粉的蔗糖溶液

各2mL,同时分别注入到上述4支试管内，并开始记时⑤观察并记录每支试管上注射器针

筒推柄上升了2mL时所需要的时间

（2）实验结论：酵母菌酒精发酵酶促反应速率受溶液酸碱度的影响，pH为7时，酶促反应速

率最快，随pH的减小或增大，酶促反应速率都会减弱（3）①防止酵母菌死亡和酶遇高温失

活（或变性）②避免空气进入试管，尽量使试管内保持无氧状态

考点二完善实验步骤的书写

1.此类题目通常给出实验目的和实验原理，并且提供不完整的实验方案、步骤，要求学生结

合实验目的和实验原理，补充完善实验方案、步骤。

2.“五看法”把握评价、修订或完善实验设计

「无对照实验

一看f实验变量设置

如果有对照.是否进行了编号与标记

对照

看对照设计＜是否遵循单一变量原则

是否合理是否遵循等量原则

〔是否排除了干扰因素

生物材料选择是否得当

实验器材选择是否合理

料用具

药剂选择、使用、用量是否准确

三看f是否需要搅拌、加热等

条件实验所需的温度、光照等条件是否合理

步骤的顺序是否合理

步喉是否完整

具体操作是否违反生物学基本原理

实验目的是否与实验结果、结论对应

探究性实验的结果和结论是否讨论全面

是否是先写结果后写结论

［跟踪训练」

1.（2022•浙江杭州模拟）为验证海参肽能够有效改善糖尿病小鼠的血糖调节能力和有效抑制糖

尿病小鼠体内炎症反应水平。根据以下提供的实验材料与用具，完善实验思路，预测实验结

果并进行讨论与分析。

材料与用具：正常小鼠、糖尿病小鼠、盐酸二甲双弧肠溶片（可增强胰岛素的降血糖作用，但

对炎症反应的抑制作用不明显）、海参肽（灌胃给药）、清水、普通饲料。

（要求与说明：炎症反应的反应标志物为巨噬细胞分泌的细胞因子IL-6、TNF-a等含量升高;

实验条件适宜）

⑴实验分组分别是甲组：正常小鼠+灌胃清水；乙组：糖尿病小鼠+灌胃清水；丙组：

,丁组：，各组饲喂等量普通词料。

一段时间后，测定各组的血糖浓度和IL—6含量。

（2）预测实验结果（设计一个坐标，用柱形图表示检测结果）。

（3）讨论与分析：

①盐酸二甲双服肠溶片在该实验中的作用是。小鼠在灌胃盐酸二甲双肺肠溶

片后，血液中胰高血糖素与胰岛素含量的比值O

②海参肽可显著提高小鼠单核细胞、巨噬细胞吞噬功能，表明海参肽对小鼠功

能均有明显的增强作用。巨噬细胞分泌的TNF-a会抑制载体蛋白的表达，直

接导致机体胰岛素促进葡荷糖摄取和利用的效率下降。

答案（1）糖尿病小鼠+灌胃盐酸二甲双弧肠溶片糖尿病小鼠+灌胃海参肽

（2）如图所示

甲组：正常小鼠+清水

乙组：糖尿病小鼠+清水

丙组：糖尿病小鼠+盐酸二甲双瓠肠溶片

丁组：糖尿病小鼠+海参肽

1为血糖浓度,2为IL-6含址以

ypnlir

甲1乙I丙】丁1甲2乙2丙2丁2

---组别

验证海参肽对血糖调节和炎症反应的实验结果图

⑶①作为血糖浓度的对照组升高

②非特异性免疫和特异性免疫葡萄糖

2.中药中所含的小集碱降血糖效果明显，但人们对小粟碱的降糖机制尚有不同见解。为探究

不同浓度小樊碱对降低血糖的作用和对胰岛素分泌量的影响，研究者提出了实验思路。请完

善实验思路：

(I)取高血糖症小鼠若干只，随机均分为A、B、C、D4组。

(2)。

(3)给A、B、C组小鼠分别饲喂125mg/(kgd)、100mg/(kgd)、75mg/(kgd)的小粟碱和等量

不含小聚碱的饲料；给D组小鼠饲喂o

(4)。

(5),得出结论。

答案(2)测量4组小鼠的血糖浓度和胰鸟素分泌量(3)等量不含小槃碱的饲料(4)测量4

组小鼠的血糖浓度和胰岛素分泌最(5)统计分析所得的数据

解析根据实脸目的“探究不同浓度小桀碱对降低血糖的作用和对胰岛素分泌量的影响”可

知，自变量为小桀碱浓度，因变量为①对降低血糖的作月和②对胰岛素分泌量的影响。两个

因变量分别转换成两个观察指标：①血糖浓度和②胰岛家分泌量。实险思路中缺少前测和后

测(测量4组小鼠的血糖浓度和胰岛素分泌量)，块少空白对照(饲喂等量不含小桀碱的饲料)，

后测之后缺少“统计分析所得的数据”。

考点三实验步骤的纠错

此类题目通常提供错误的实验设计，要求学生在熟悉实验原理的基础上，找出错误并予以改

正。

判断流程：

第一步笫二步第三步

实验设计原实验材料选实验变量控

则是否正确择是否合适制是否合理

步骤及操作错误分析主要有以下情况：

(I)漏做或顺序颠倒某个实脸步骤；

⑵操作方法错误；

(3)有没有设置对照，如果有，看对照设计是否合理;

⑷实验是否遵循了单一变最原则;

(5)实验是否具有偶然性；

⑹有无更为简单的实验方案;

⑺实验能否顺利完成；

⑻实验的安全性如何。

r跟踪训练j

i.某同学由温度能影响酶的活性联想到温度能否影响甲状腺激素的活性。为了探究这一问题,

他做了一个实验。在实验步骤(1)(2)(3)中各有一处错误或不妥之处，请改正。

实验步骤：

⑴取三个相同的洁净玻璃缸，编上号，分别装上等量的蒸储水、河水、自来水。

⑵取发育状况不同的15只蝌蚪，分成三等份，分别放入I、2、3号三个玻璃缸中，三个玻

璃缸放在相同且适宜外界条件下培养。

⑶每天同时向1、2、3号玻璃缸中分别投入普通饲料、甲状腺激素制剂拌匀的饲料、用60°C

温水处理1小时的甲状腺激素制剂拌匀的饲料。

(4)过儿天比较蝌蚪的发育状况。

答案⑴“蒸储水、河水、自来水”改为“河水”⑵“不同”改为“相同”(3)“投入”

后加“等量”

2.某研究小组为验证糖尿病是由于胰岛素缺乏引起的，设计了以下实验：

实验材料：健康且年龄、大小等相同的小鼠若干，胰岛素，本尼迪特试剂及其他必需用品。

实验步骤：

第一步：随机选择2只小鼠，切除其中一只小鼠的胰腺，另一只小鼠不切除胰腺但做相应的

切割处理。

第二步：一段时间后分别收集小鼠适量的尿液于试管中，然后滴加本尼迪特试剂，观察颜色

变化。

第三步：给切除胰腺的小鼠喂食适量的胰岛素，一段时间后收集适最的尿液丁•试管中，滴加

本尼迪特试剂，观察颜色变化。

请根据以上内容回答问题：

指出上述实验步骤中的3项错误:

（1），

（2）<■

（3）。

答案（1）第一步：选择2只小鼠（小鼠的数量太少）（2）第二步、第三步：滴加本尼迪特试剂,

观察颜色变化（无水浴加热）（3）第三步：给切除胰腺的小鼠喂食适最的胰岛素（胰岛素不能喂

食）

解析（1）第一步：随机选择2只小鼠，数量太少，不能排除偶然因素对实验结果的影响。（2）

第二步、第三步：滴加本尼迪特试剂，需要水浴加热，才能观察到颜色变化。（3）第三步：给

切除胰腺的小鼠注射适量的胰岛素，胰岛素不能喂食，会因被消化而失去活性。

考点四预测实验结果——文字型、表格型、统计图型

1.用实例比较探究性实睑与验证性实睑

项目探究性实验验证性实验

实验名称鉴定某人是否出现糖尿验证某糖尿病患者尿液中含锚萄糖

相同（本尼迪特试剂与可溶性还原糖在水浴加热的条件下相互作用出现红黄色

实验原理

沉淀）

实验步骤相同（取尿液后加本尼迪特试剂水浴加热，观察实验现象）

预期实验现

出现或不出现红黄色沉淀出现红黄色沉淀

象及结果

若出现红黄色沉淀，证明此人出现

实验结论糖尿；若不出现红黄色沉淀，证明糖尿病患者尿液中含葡萄糖

此人未出现糖尿

【提醒】（1）验证性实验的结果和结论是确定的，依据自变量与因变量的关系，可用逆推法，

由结论推出相应的结果。

⑵探究性实险的结果和结论是不确定的，应先把自变量与因变量所对应的各种关系都考虑

到，然后用逆推法描述出各种可能出现的结果。

2.利用表格呈现实验结果

⑴表格的设计应当从自变量和因变量上展开，通常有两种模式

①单因子变最表格的模式

自变量........................

因变量

②多因子变量表格的模式

项目自变量B................

自变量A因变量

.......

（2）表格的设计方法

色》识表.明确表格汜录的信息

审..看行（列）标题.明确变量：

於、析表一依据表内数据、文字，找出变量之间的

笠厂~＞关系以及变量自身的变化规律

焉h用表_运用表格得出的关系和规律.结合设问，

也’*解决问题

3.利用统计图呈现实验结果

⑴利用曲线图呈现实验结果

以曲线图的形式表示时，通常以横坐标表示自变量，纵且标表示因变量，并在坐标轴上标注

单位或符号。曲线图的绘制方法总结如下：

府、明变一.依据横、纵坐标和相关标注,明确白

笄~"变量:和因变肽

然、看走势依据曲线走势，得出自变址对因变走

牛L"的影响

三3抓特殊点,起点、交点、转折点、最高点、最低点、

登L~终点、对应点

施）联设网・联系设问信息正确答题

⑵利用直方图呈现实验结果

以直方图的形式表示时，通常以横坐标表示自变量，纵竺标表示因变量，并在坐标轴上标注

单位或符号。直方图的绘制方法总结如下：

■也明确题目的考查方.向

里析2坐”标分析坐标图,明确横、纵坐标的含义

幽叁理清直方图与横、纵坐标的数lit对应关系

逻处依据数量关系,找出相关变量之间的变化

*规律

1.（文字型）为了验证药物W有抑制胰岛p细胞分泌胰岛素的作用，进行了如下实验，请预

测实验结果，并进行分析与讨论：

⑴实验思路：

①将大鼠随机均分成甲、乙两组，测定两组大鼠血糖浓度和尿糖含量并记录；

②给甲组大鼠注射适量等量药物W,乙组大鼠注射等量生理盐水：

③饲养一段时间后，测定丙组大鼠血糖浓度和尿糖含量并记录；

④统计分析实验所得数据。

⑵预测实验结果：。

（3）分析与讨论：①通过检测血糖浓度和尿糖含量来验证药物W作用的依据是一。

②实验结束后测量甲组大鼠体重下降，推测体重下降的原因是。

③在上述实验的基础上，为了进一步验证实验目的，可对甲组大鼠进行如下处理：

,并检测大鼠血糖浓度和尿糖含量。

④给正常的丙组大鼠注射胰岛素溶液，一段时间后，出现反应迟钝、嗜睡等症状，为了尽快

缓解上述症状，可以给丙组大鼠注射某种药物，请写出两种注射的药物和对应的缓解机理：

答案（2）乙组大鼠无显著变化；甲组大鼠的血糖浓度升高，尿糖含量增加，且比乙组高（3）①

胰岛素具有降低血糖的作用；胰岛素能促进肾小管对过滤液中葡萄桶的吸收，因此，药物W

抑制胰岛P细胞分泌胰岛素，血糖浓度和尿糖含量增加②甲组大鼠胰岛素缺乏，使机体不

能充分利用葡萄糖来获取能量，导致机体脂肪和蛋白质的分解增加③注射适量等量的胰岛

素④药物1：注射胰高血糖素；胰高血糖素能促进肝糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖，

使血糖水平升高；药物2：注射葡萄糖溶液；葡萄糖直接使血糖水平升高

2.（表格型）在癌细胞中，组蛋白去乙酰化酷的过度表达导致组蛋白去乙酰化作用的增强，从

而使DNA与组蛋白紧密结合，不利于染色体上抑癌基因的表达。组蛋白乙酰化则发拱相反

的作用。丁酸钠是一种组量自去乙酰化酶抑制剂，为研究不同浓度丁酸钠对癌细胞增殂的影

响，进行了以下实验：

⑴实验材料、主要试剂和仪器：

人肺癌细胞、癌细胞培养液、不同浓度（5、15、25mmolLI）丁酸钠溶液、生理盐水、胰蛋白

酶、离心机、卡氏瓶若干、CO2培养箱等。

⑵实验思路：

①取卡氏瓶若干，分别加入等量的癌细胞培养液和人肺癌细胞，随机均分为组。

②实验组：在卡氏瓶中再分别加入;对照组：加入等量生理盐水。

③将各组卡氏瓶置于中培养，24、48和72h后加胰蛋白酶消化成

后离心，测定各组的细胞增殖率。

④统计并分析实验数据。

请设计一个表格用于实验数据记录。

⑶实验结果：

与对照组比较，实验组细胞增殖率明显降低，并与浓度和时间呈正相关。

（4）①丁酸钠通过提高癌细胞,使染色质特定区域结构松散，从而使

表达，诱导细胞分化与凋亡。

②X射线可破坏DNA结构从而可用于治疗癌症。推测丁酸钠联合X射线照射治疗效果更佳

的可能原因是o

答案（2）①四②适量且等量不同浓度丁酸钠溶液③CO2培养箱单细胞悬液（或组胞悬

液）

④表：不同浓度丁酸钠作用24、48和72h后各组肺癌细胞增殖率

细胞增殖率％

分组

24h48h72h

对照组

5

实验组

15

(mniol-L')

25

⑷①组蛋白的乙酰化抑癌基因②丁酸钠促进组蛋白乙酰化，使组蛋白与DNA松散,DNA

更易被X射线破坏

3.（曲线图）细胞分裂素对离体的绿色子叶有增重和保绿作用，可通过测定鲜重和叶绿素含量

随时间的变化来衡量。为了验证5的细胞分裂素溶液具有该作用，请根据以下提供

的实验材料和用具完善实验思路，预测实验结果并分析。

实验材料和用具：符合要求的大小、状态•致的离体黄瓜绿色子叶140片、511g的细胞

分裂素溶液、蒸储水、7个培养皿等所需材料和用具“

（要求与说明：实验持续72h,每24h测定一次，具体操作过程和测定方法不作要求。每次

测定叶绿素含量需破坏细泡）

（D实验思路：______________________________________________________________

（2）预测实验结果（请设计一个坐标系，并绘制预测的鲜重、叶绿素含量的变化曲线）。

（3）实验分析：置于黑暗条件下培养的原因是。

答案（1）①选大小、状态一致的黄瓜绿色子叶140片，先取其中20片子叶依次测定鲜重和

叶绿素含量，并记录。剩余120片均分为A、B两组，每组设三个培养皿，各放入20片子叶。

②A组各培养皿加入适量5Rg,mL।的细胞分裂素溶液，B组各培养皿加入等量蒸溜水。③

盖上培养皿盖，置于黑暗及其他适宜条件下培养。④每24小时从A、B组各取一个培养皿中

20片子叶，依次测定鲜重和叶绿素含量，并记录。⑤对所得实验数据进行分析与处理

⑵如图所示

当

重

叶鲜

组子

气--A

寐

含量

绿索

组叶

强-A

重

叶鲜

组子

—B

=

含量

绿素

组叶

—B

72小时

48

24

0

但B

也可，

成不变

含量画

叶绿素

，A组

变也可

画成不

鲜重若

，B组