1、2008年高考復習高中生物實驗專題（二）實驗設計的一般原則及規(guī)律技巧安陽縣第一高級中學生物組 任軍奇實驗設計的一般原則科學性原則指在設計實驗時必須有充分的科學依據(jù)，即要以前人的實驗、方法和自己的實驗為原則，不能憑空想象。即實驗目的要明確，實驗原理要正確，實驗研究的材料和實驗手段的選擇要恰當，整個實驗設計的思路和實驗方法的確定都不能偏離實驗原理及有關的生物學知識，或其他學科領域的基本知識。單一變量控制原則變量類型A：實驗變量與反應變量實驗變量亦稱自變量,指實驗中由實驗者所操縱、給定的因素或條件。反應變量亦稱因變量或應變量，指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。二者之間是前因后果的關系。實驗的目

2、的就在于獲得和解釋前因與后果。如比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率的實驗自變量：催化劑種類（Fe3+和過氧化氫酶）因變量：氣泡產(chǎn)生速度，衛(wèi)生香燃燒程度觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復原的實驗自變量：外界溶液的濃度（高滲及低滲溶液）因變量：質(zhì)壁分離（液泡失水縮小、顏色變濃、原生質(zhì)層與細胞壁分離）；質(zhì)壁分離復原（液泡恢復原狀、顏色變淺、原生質(zhì)層恢復原狀）植物向性運動的實驗設計和觀察自變量：是否單側(cè)光照（黑暗、單側(cè)光照、均勻光照）改變幼苗的空間位置以接受重力影響因變量：幼苗的彎曲狀況；根的彎曲方向B：無關變量與額外變量無關變量是指實驗中除實驗變量外的影響實驗結(jié)果與現(xiàn)象的因素或條件。由無關變量引起的

3、變化結(jié)果就叫額外變量。它們之間也是前因后果的關系。但它們的存在對實驗與反應變量的獲得起干擾作用。例如：“唾液淀粉酶實驗”中，除實驗變量(溫度)外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、淀粉濃度、溫度處理的時間長短等等就屬于無關變量。 如無關變量中的任何一個或幾個對三組實驗不等同、不均衡，就會產(chǎn)生額外變量，影響實驗的真實結(jié)果。在驗證溫度對酶活性的影響的實驗中，就必須控制pH值、底物量和酶量的相等，只改變單一變量 -溫度，觀察不同溫度下酶活性的差異。遵循單一變量原則，既便于對實驗結(jié)果進行科學的分析，又增強實驗結(jié)果的可信度和說服力。單一變量(單因子變量)控制原則無論一個實驗有幾個實驗變量，都應確定一個實驗

4、變量對應觀測一個反應變量，這就是單一變量原則，它是處理實驗中的復雜關系的準則之一。例如：我們在做“植物的向性運動”有重力與單側(cè)光兩個實驗變量，必須要有各自實驗和變化結(jié)果，常見的錯誤就是在有光的條件下進行重力實驗變量，影響了實驗結(jié)果的準確性。單因子變量原則要求在實驗組和對照組的實驗中都只能有一個變量，這樣得出的實驗結(jié)果與單一變量之間就能形成一一對應關系，便于觀察實驗結(jié)果，便于分析實驗結(jié)果是由什么因素造成。因此在設置實驗時，首先要明確變量是什么，如何設置。例如在“探索溫度對酶活性的影響”實驗中，變量就是溫度，除了溫度外，其他因素就要嚴格加以控制（如PH值，底物濃度、酶的種類和數(shù)量等在實驗組和對照組

5、中就應完全相同）。要探索不同溫度下酶的催化能力的大小，就要設置一系列溫度，至少也要設置三個不同的溫度：最適溫度（如60）、低溫（0）和高溫（100）。明確了變量的設置，就可以確定實驗器具的數(shù)量：取三個試管，分別編上1、2、3號。例：某生物學小組為了研究陽光對大豆發(fā)芽的影響，而在兩個花盆里種了大豆，并設計了如下實驗： 花盆 陽光 溫度 水 光照 200C 充足 暗室 200C 不充足在這一實驗設計中，應該改正的錯誤是：A. 兩個花盆都應該放在向陽的地方B. 兩個花盆都應該放在黑暗的地方C. 兩個花盆的溫度不應該一樣高D. 兩個花瓶都應該澆給充足的水3等量性原則指不同的實驗組或?qū)嶒灲M和對照組，除了

6、實驗變量可以不同外，其它實驗條件都應完全一樣或相等。“其它條件的完全一樣或相等”。具體來說有如下四個方面：所有用生物材料要相同：即所用生物材料的數(shù)量、質(zhì)量、長度、體積、來源和生理狀況、性別等方面特點要盡量相同或至少大致相同。所用實驗器具要相同：即試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小型號潔凈度要完全一樣。所用實驗試劑要相同：即試劑的成分、濃度、體積要相同。尤其要注意體積上等量的問題。所用處理方法要相同：如：保溫或冷卻；光照或黑暗；攪拌或振蕩都要一致。實驗組是指接受實驗變量處理的對象組；對照組是指沒有接受實驗變量處理的對象組。4對照性原則 為消除或減少實驗誤差,在實驗設計中通常要設置對照組,使實驗

7、具有說服力和嚴謹性。 空白對照：不給對照組任何處理因素。如對還原性糖的鑒定實驗中，向甲試管溶液中加入蘋果汁和班氏試劑，乙試管中加入蒸溜水和班氏試劑，一起進行水浴加熱至沸，比較它們顏色的變化。條件對照：如驗證甲狀腺激素的生理作用的實驗設計： 實驗組：飼喂甲狀腺激素 對照組：飼喂甲狀腺激素抑制劑 自身對照：實驗組和對照組都在同一研究對象上進行。如德國科學家薩克斯證明光合作用需要光的實驗中，對實驗組給以光照、對照組進行遮光都是在同一葉片進行。 相互對照：不單獨設置對照組，而是幾個實驗組相互對照。例1：設計甲狀腺激素能促進蝌蚪的生長發(fā)育的實驗：將15條同時孵化的同種蝌蚪（體長均為15mm），隨機分為3

8、組（每組5條），在相同水質(zhì)、飼料、溫度條件下飼養(yǎng)。A組加入甲狀腺激素，B組加入甲狀腺抑制劑，C組不加任何藥物。在實驗的10d12d中，按時用標尺測量并觀察蝌蚪的生長變化情況。在這個實驗設計中，A組為實驗組，B、C組為對照組，B組為條件對照，C組為空白對照。通過條件對照、空白對照的設置，更能充分說明實驗因子：甲狀腺激素能促進蝌蚪的生長發(fā)育。例2.“比較過氧化氫酶和Fe3的催化效率”中，分別用過氧化氫酶和Fe3催化過氧化氫的分解進行相互對照，來說明酶的催化效率比無機催化劑高。例3.：設計一個實驗方案，證明N、P、K是水稻生長發(fā)育必需的礦質(zhì)元素。本實驗可以用不同的對照方法，但從實驗的準確性、嚴密性的

9、角度來考慮，最好是設計相互對照。即：分別配制完全培養(yǎng)液，缺N、P、K（其余成分同完全培養(yǎng)液）的培養(yǎng)液，在4組培養(yǎng)液中分別栽培4組同樣的水稻，在相同條件下培養(yǎng)一段時間后，觀察水稻生長發(fā)育的情況。通過與完全培養(yǎng)液中水稻生長發(fā)育狀況的比較，說明3種元素對水稻生長的必要性。要使實驗更嚴密，還可以再設計自身對照，即在表現(xiàn)缺乏病的水稻培養(yǎng)液中分別加入所缺乏的元素，看其缺乏癥是否會消失或得到改善。究竟實驗組和對照組判段的依據(jù)到底是什么呢？通常，一個實驗總要進行對照實驗（有時還要進行對比實驗）。依據(jù)該實驗的實驗目的和作出的假設，確定某單一實驗變量條件（即因素），對照實驗只是一個條件（即因素）不同，其他條件（因

10、素）都相同的情況下所進行的實驗，研究此條件（因素）和結(jié)果之間的關系，這一組就是“實驗組”,而不包含此條件(因素)的一組稱為“對照組”。如果在實驗設計中所有的對象組的結(jié)果實驗者都不清楚，既此所有的對象組為相互對照實驗，也就是我們說的條件對照。我們可以根據(jù)這一點來判斷“實驗組”和“對照組”。5平行重復原則在實驗設計中為了避免實驗結(jié)果的偶然性，必須對所做實驗進行足夠次數(shù)的重復，不能只進行12次便得出結(jié)論。此外，還有簡便可操作性原則等。生物設計實驗的內(nèi)容：一個比較完整的生物學實驗設計方案，一般包括這樣幾個方面的內(nèi)容：1、明確實驗題目和具體要求；2、提出假說，確定實驗的原理和研究對象；3、明確實驗條件（

11、如儀器、溫度計等）；4、明確實驗設計思路；5、設計實驗步驟；6、實驗結(jié)果的預測和分析。實驗設計的規(guī)律技巧 1、明確實驗目的（同實驗假設）實驗目的是整個實驗設計的靈魂，所有實驗步驟的設計都要圍繞實驗目的這個核心來進行。2、弄清設計要求如：怎樣使植物莖桿向一側(cè)彎曲生長，題目中可能不準你用任何藥劑和器具，你若用單側(cè)光或生長素處理則錯了。還要注意實驗中應用的原理，即做實驗的理論依據(jù)。比如：為什么要加斐林試劑來檢驗是否含有還原性糖，其原理是斐林試劑與還原性糖共熱產(chǎn)生磚紅色沉淀！3、設計好實驗方法實驗方法的策劃是整個實驗設計的精髓，是一個好的實驗設計最富創(chuàng)意的閃光之處，也是搞好實驗設計的關鍵所在。要遵循實

12、驗的基本原則與方法，善于把課本的經(jīng)典實驗方法遷移到你的設計中來。A、常用的一些基本的實驗方法及技術(shù) B、常見物質(zhì)的檢測方法（顏色和條件）C、實驗結(jié)果的顯示方法 D、常用的實驗條件控制方法E、常用器材和藥品的使用4、合理地設計實驗步驟實驗步驟的敘述技巧是：格式一般是三段式：第一步：實驗材料的選擇、分組與搭配，體現(xiàn)無關變量相同。第二步：實驗組、對照組的不同處理，體現(xiàn)實驗變量的處理差異。第三步：“培養(yǎng)、經(jīng)過一段時間后”觀察、測定或連續(xù)觀察、測定實驗結(jié)果，體現(xiàn)獲得的反應變量是什么。敘述的要求是：分步敘述，要有標號如1，2，3等或ABCD等(也可采用表格方式)；研究對象或器皿要有標記(編號) 如ABCD

13、；說明對材料的選擇和處理；對部分實驗條件要有量、時間等描述：如37水浴中保溫5min，加入等量。5、準確地表達實驗結(jié)果(預測實驗結(jié)果)和結(jié)論實驗結(jié)果 是指所觀察、測定到的反應變量，即實驗現(xiàn)象；可以是定性描述如生長發(fā)育速度的快慢、開花時間的早晚、產(chǎn)生氣泡的多少；可以是定量描述如單位時間內(nèi)氣泡的產(chǎn)生數(shù)量、身高體重的增加值；可以是敘述式如植物移栽后的生長狀況比較；可以是表格式如記錄的數(shù)據(jù)；也可以是曲線式如種群密度的變化趨勢、個體重量變化曲線等。一般情況下，所說的實驗都是“紙上談兵”，所以實驗結(jié)果都是預測的對于驗證性實驗結(jié)果的預測，就要根據(jù)題目答出實驗的理論結(jié)果；對于探究性實驗的結(jié)果的預測，就有多種可

14、能性，一般要“窮舉”。實驗結(jié)論 必須根據(jù)預測的實驗結(jié)果說出相應的實驗結(jié)論無論是實驗的步驟還是實驗的結(jié)果與結(jié)論，敘述務必條理化、層次化、簡明扼要。曲線、圖解務必規(guī)范。實驗評價題（改錯題）應對策略： 看有無對照實驗，如果有看對照設計是否合理。 看實驗是否遵循了單一變量原則。 看實驗步驟的順序是否合理，步驟是否完整。 看實驗儀器、藥劑的使用的是否合理。藥劑的配備、使用及用量的大小。 實驗結(jié)果的驗證是否合理。例1：為了研究人工合成的生長素類似物萘乙酸是否對植物的開花具有影響，有人設計了以下實驗：取20個水仙頭，隨機分成兩組，一組10個不做任何處理，任其自然生長，作為對照；另一組10個水仙頭均剝?nèi)ゲ糠主[

15、片葉，露出花芽，并用0.1mg/mL的萘乙酸處理。兩組放在相同溫度和濕度環(huán)境下培養(yǎng)。實驗組的10個水仙頭除2個死亡外，其他8個分別在69天時間內(nèi)開花，平均比對照組早開花一個月。（1）據(jù)此得出萘乙酸可以促進水仙開花的結(jié)論，實驗還有哪些不夠嚴密的問題？會對實驗造成什么干擾？（2）若要完成本實驗，請你重新進行設計合理方案。答案：(1)對照組也應與實驗組一樣剝?nèi)ゲ糠主[片時；兩組放在相同環(huán)境下培養(yǎng)，其條件不僅是溫度和濕度，還有光照、空氣、pH值等；水仙的品種和大小應當一致。(其他合理答案也給分)(2)針對以上問題，取20個相同品種、大小一致的水仙頭，隨機分成兩組，實驗組10個水仙頭均剝?nèi)ゲ糠主[片葉，露出

16、花芽，并用0.1mg/mL的萘乙酸處理；對照組10個處理方式除不用萘乙酸處理外，其它均與實驗組相同，作為對照；兩組放在完全相同環(huán)境下培養(yǎng)，經(jīng)過一段時間比較兩組水仙頭的開花情況。例2.（07理綜I）為了確定生長素類似物促進扦插枝條生根的適宜濃度，某同學用兩種濃度的生長素類似物分別處理扦插枝條作為兩個實驗組，用蒸餾水處理作為對照組進行實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三組扦插枝條生根無差異。回答下列問題：（1）參考該同學的實驗，在下一步實驗中你應該如何改進，才能達到本實驗的目的？ 請說明理論依據(jù)。（2）在進行扦插枝條生根實驗時，一般需要剪去扦插枝條上的一部分葉片。其主要目的是為了減少_，同時還應使扦插環(huán)境保持較高的_

17、，避免扦插枝條干枯。答案.（1）在該同學使用的兩種濃度生長素類似物的基礎上，分別在低于低濃度和高于高濃度的范圍的增加一系列的濃度梯度以及在兩濃度之間設置一組濃度梯度進行實驗；取消蒸餾水的對照組。原因是生長素在一定的濃度范圍可以促進扦插生根，濃度過高或過低都不能起到促進作用。（2）扦插枝條的蒸騰作用 濕度強化訓練：1（華南師范大學附屬中學、廣東省實驗中學、廣雅中學、深圳中學四校聯(lián)考2008屆高三水平測試）某同學為探究不同濃度的生長素溶液對小麥種子萌發(fā)的影響，設計了如下實驗。材料用具：小麥種子若干，試管、培養(yǎng)皿、移液管、濾紙，蒸餾水、生長素溶液。實驗步驟：配制5種具一定濃度梯度的生長素溶液；取5支

18、試管依次編為1-5號，分別加入不同濃度的生長素溶液等量；在每支試管中放入一粒小麥種子，浸泡相同時間；取5個培養(yǎng)皿依次編為1-5號，墊上用蒸餾水浸濕的濾紙，從試管中取出浸泡好的種子，分別放在對應的培養(yǎng)皿中，在相同且適宜條件下培養(yǎng)；觀察與收集處理數(shù)據(jù)。問題1：該同學的設計有三處不嚴謹?shù)牡胤剑堉赋龈恼?。問題2：根據(jù)實驗目的，應選擇_作為測量指標。2. (武漢市)在一外貌正常的牛群中，產(chǎn)出一頭矮生的雄犢。這種矮生究竟是由于基因突變的直接結(jié)果，還是由于隱性矮生基因的“攜帶者”偶爾交配后發(fā)生的分離，或者是由于非遺傳因素（如飼養(yǎng)條件）的影響？你如何確定？（1） 設計雜交實驗，確定“是由于基因突變的直接結(jié)果

19、”。（2） 設計雜交實驗，確定“是由于隱性矮生基因的“攜帶者”偶爾交配后發(fā)生的分離”。（3） 設計雜交實驗，確定“是由于非遺傳因素（如飼養(yǎng)條件）的影響”。3（07-08福州市高三期末質(zhì)量檢查）用洋蔥根尖作材料觀察植物細胞有絲分裂的實驗中，往往發(fā)現(xiàn)處于分裂期的細胞數(shù)量太少，再加上缺少顯微鏡觀察的經(jīng)驗，許多同學的實驗效果不佳。針對這一問題，一小組同學進行了研究性學習，查閱相關資料后，他們初步判斷根尖分生區(qū)細胞處于分裂期的比例與物種的遺傳特性、根的生長長度、實驗時取材時間可能都有關系，為探究這些問題，他們制定一些實驗方案。其中一組實驗方案如下： 用清水培養(yǎng)洋蔥的根，等到根的長度生長到45cm時，分別

20、從上午8時開始每隔一小時選取一定數(shù)量的根尖進行固定、解離、漂洗、染色、制片觀察，分別統(tǒng)計分裂期細胞數(shù)目，計算比例，以確定取材的最佳時間 (1)該方案的假設是_ (2)該方案的實驗目的是_ (3)方案中的固定是指將所取的材料放人酒精和冰醋酸混合液中，浸泡1 O分鐘后轉(zhuǎn)入70酒精中保存，細胞被處理后固定于某一時期，以待使用。解離和染色所用的試劑分別是_和_ (4)學習小組設計下表，用于記錄觀察結(jié)果(考生不要填寫表格) 結(jié)果預測與分析 a_ b_ (5)將常溫下培養(yǎng)洋蔥的裝置移到冰箱的低溫室(4)內(nèi)再培養(yǎng)一段時間，后移回常溫下 培養(yǎng)，觀察其根尖細胞，發(fā)現(xiàn)某些細胞染色體加倍，原因是_4.仔細閱讀下列實

21、驗過程和結(jié)果：把燕麥種在暗處，胚芽鞘包著胚芽出土，并向上直立生長；把燕麥胚芽鞘放在單側(cè)光下，胚芽鞘彎向光源生長。將除去尖端的燕麥胚芽鞘在單側(cè)光下培養(yǎng)，胚芽鞘既不向上生長也不向光彎曲。將切下的胚芽鞘尖端放置在瓊脂切塊上，過些時候移去尖端，將此瓊脂塊切下一小塊放在切去尖端胚芽鞘切面的一側(cè)，結(jié)果胚芽鞘向另一側(cè)彎曲生長。用未接觸過胚芽鞘尖端的瓊脂塊放在切去尖端的胚芽鞘切面的一側(cè)，結(jié)果胚芽鞘不生長，也不彎曲。將燕麥胚芽鞘尖端以下的部分用不透光的錫箔遮住，然后放在左側(cè)照光的條件下培養(yǎng)，胚芽鞘向左彎曲。將胚芽鞘尖端用一個錫箔小帽罩起來，仍放在左側(cè)照光的條件下培養(yǎng)，胚芽鞘直立生長。請根據(jù)上面的實驗過程分析說明

22、：（1）實驗步驟可以說明 。（2）綜合步驟可以說明 。（3）實驗步驟和可以說明 。（4）實驗步驟設置的目的是 。（5）實驗步驟和說明了（6）通過上述的各種實驗可以說明（7）尖端產(chǎn)生的這種物質(zhì)是 ，取名為5.研究性學習作為一種重要的學習方式，對中學生的創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)起到了積極的作用。下面列出了兩大研究課題名稱。請選擇其中之一，并回答下列問題。課題一、某地區(qū)遺傳病的調(diào)查研究課題二、大氣污染對植物的影響 （1）請你擬定一個較小的具體課題名稱： _。 （2）簡述你研究該課題的兩點主要意義： _。 （3）對所選課題出一種假設： _。 （4）你所選用的調(diào)查研究方法主要包括： _。6.（寧夏理綜）

23、同一品種的西瓜種植在非生物因素相同的兩塊土地上，但單位面積產(chǎn)量差別很大，為了探究兩塊土地上產(chǎn)量不同的原因，請根據(jù)所學知識提出一個值得研究的課題（要求寫出課題的題目）。參考答案：1沒有空白對照，應設計一個用蒸餾水浸泡的對照組；1粒種子數(shù)量太少，改為30粒種子；各培養(yǎng)皿應放入相應濃度生長素溶液浸濕的濾紙而不是蒸餾水浸濕的濾紙 種子的發(fā)芽率2. （1）用這頭矮牛與多頭正常母牛交配，其后代矮牛與正常牛呈1：1，則矮牛是是由于基因突變的直接結(jié)果。.（2）用這頭矮牛與多頭正常母牛交配，其后代全部正常或正常牛多于矮牛，則矮牛是由于隱性矮生基因的“攜帶者”偶爾交配后的結(jié)果。（3）當改變飼養(yǎng)條件后，這一性狀有改變，則矮生是由于非遺傳因素（如飼養(yǎng)條件）的影響。3. （1）根尖分生區(qū)細胞處于分裂期的比例與實驗時取材時間有關系(或無關系，但要與實驗結(jié)果分析相對應)（2）確定取材的最佳時間（合理表述均可）（3）10%的HCl