高實驗與探究 中生物配人教第一章第二講

高實驗與探究中生物配人教第一章第二講第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日授課提示:對應(yīng)學(xué)生用書第9頁

一、掌握實驗操作技能,并能將這些相關(guān)的方法和技能進(jìn)行綜合運用

第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日實驗類型實驗名稱實驗一般程序

顯微鏡觀察類實驗1.用高倍顯微鏡觀察幾種細(xì)胞2.觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布3.用高倍顯微鏡觀察葉綠體和線粒體4.觀察植物細(xì)胞的吸水和失水5.觀察細(xì)胞的有絲分裂和減數(shù)分裂取材(染色)制片顯微觀察結(jié)論探究性實驗1.影響酶活性的條件2.探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式3.低溫誘導(dǎo)染色體數(shù)目變化4.植物生長素類似物對插條生根的作用分組編號設(shè)置對照條件處理觀察比較得出結(jié)論5.探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化6.探究水箱(或魚缸)中群落的演替處理觀察結(jié)論

驗證性實驗1.檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)2.綠葉中色素的提取和分離選擇材料材料處理檢測或分離觀察

模擬調(diào)查類驗1.通過模擬實驗探究膜的透性2.模擬探究細(xì)胞表面積與體積的關(guān)系3.模擬尿糖的檢測選擇材料模擬研究結(jié)論4.調(diào)查人群中的遺傳病5.土壤中動物類群的豐富度的研究選擇課題課題選擇理由收集、處理材料結(jié)論(一)考綱要求的教材實驗歸納分類第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日(二)、中學(xué)生物實驗涉及的基本技術(shù)歸納1.光學(xué)顯微鏡的使用適用于觀察生物的微觀結(jié)構(gòu),如觀察葉綠體和線粒體。注意正確掌握低倍鏡和高倍鏡的使用技術(shù):

(1)使用低倍鏡應(yīng)注意正確對光和調(diào)焦(粗、細(xì)準(zhǔn)焦螺旋的調(diào)節(jié))。

(2)高倍鏡的使用方法包括:①低倍鏡下找到清晰物像并移至視野中央。②轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換器,使高倍物鏡正對通光孔。③調(diào)節(jié)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋至物像清晰。第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.玻片標(biāo)本的制作適用于顯微觀察,凡需在顯微鏡下觀察的生物材料,必須先制成玻片標(biāo)本。包括:(1)壓片法(如洋蔥根尖細(xì)胞的有絲分裂)。壓片的一般過程是:取材固定解離(對不易分散的材料用鹽酸處理)漂洗染色壓片觀察。

(2)裝片法(如高倍鏡下觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)的流動)。其過程是:將材料在載玻片水滴中展平放蓋玻片時應(yīng)從一側(cè)慢慢蓋在水滴上,防止氣泡產(chǎn)生對材料染色或改變?nèi)芤簼舛扔^察。3.研磨、過濾適用于從生物組織中提取物質(zhì),如酶、色素等。4.紙層析技術(shù)適用于溶液中物質(zhì)的分離,如綠葉中色素的分離。主要步驟包括制備濾紙條、畫濾液細(xì)線、層析分離。第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.恒溫技術(shù)適用于酶參加的生化反應(yīng),一般用水浴或恒溫箱。6.解離技術(shù)用于破壞細(xì)胞壁,分散植物細(xì)胞,制作臨時裝片,如觀察有絲分裂時制片的解離過程。7.比色法:適用于還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)的檢測等另外還有根尖培養(yǎng)、幼小動物的飼養(yǎng)、植物必需元素的鑒定、同位素示蹤技術(shù)等。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、具備驗證簡單生物學(xué)事實的能力,并對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行解釋、分析和處理。

(一)教材經(jīng)典實驗分析,方法技能遷移1.細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的檢測方法

(1)淀粉:碘液;

(2)還原糖:斐林試劑、班氏試劑;

(3)CO2:Ca(OH)2溶液或酸堿指示劑;

(4)乳酸:pH試紙;

(5)有O2:余燼木條復(fù)燃;無O2:火焰熄滅;

(6)脂肪:蘇丹Ⅲ或蘇丹Ⅳ染液;

(7)蛋白質(zhì):雙縮脲試劑;

(8)染色體:龍膽紫、醋酸洋紅溶液;

(9)DNA:甲基綠;RNA:吡羅紅;

(10)線粒體:健那綠。第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.實驗結(jié)果的顯示方法

(1)光合速率:O2釋放量、CO2吸收量或淀粉產(chǎn)生量;

(2)呼吸速率:O2吸收量、CO2釋放量或淀粉減少量;

(3)原子轉(zhuǎn)移途徑:放射性同位素示蹤法;

(4)細(xì)胞液濃度大小:質(zhì)壁分離;

(5)細(xì)胞是否死亡:質(zhì)壁分離、亞甲基藍(lán)溶液染色;

(6)甲狀腺激素作用:動物耗氧量、發(fā)育速度等;

(7)生長激素作用:生長速度(體重變化、身高變化);

(8)胰島素作用:動物活動狀態(tài)。第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.實驗條件的控制方法

(1)增加水中氧氣:泵入空氣或吹氣或放入綠色植物;

(2)減少水中氧氣:容器密封或油膜覆蓋或用涼開水;

(3)除去容器中CO2:NaOH溶液或KOH溶液;

(4)除去葉片中原有淀粉:置于黑暗環(huán)境一晝夜;

(5)除去葉片中葉綠素:酒精加熱;

(6)除去光合作用對呼吸作用的干擾:給植株遮光;

(7)如何得到單色光:棱鏡色散或彩色薄膜濾光;

(8)血液抗凝:加入檸檬酸鈉;

(9)各種細(xì)胞器的提取:細(xì)胞勻漿離心;4.實驗中控制溫度的方法

(1)還原糖鑒定:水浴加熱煮沸;

(2)酶促反應(yīng):水浴保溫;

(3)用酒精溶解葉中的葉綠素:酒精要隔水加熱;

(4)DNA的二苯胺試劑鑒定:水浴煮沸加熱;

(5)細(xì)胞和組織培養(yǎng)以及微生物培養(yǎng):恒溫培養(yǎng)。第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日(二)驗證性實驗和探究性實驗1.二者的比較

(1)驗證性實驗驗證性實驗是驗證某一個結(jié)論是否正確的實驗。①實驗者在實驗前已經(jīng)了解并掌握了相關(guān)理論知識,并對實驗現(xiàn)象有了一定了解或已形成一定認(rèn)識或提出了某種假說,而且這種假說是比較確定的,即按照假設(shè)成立,應(yīng)出現(xiàn)何種結(jié)果,再通過具體實驗來證明相應(yīng)的生物學(xué)現(xiàn)象或事實。②通過驗證性實驗可以對研究對象進(jìn)行更深入地了解,也能證明某種假設(shè)是否正確,從而加深對所學(xué)生物學(xué)知識的理解和記憶。③由于實驗者在實驗前大多已掌握了實驗結(jié)果和實驗結(jié)論,因此實驗者對實驗結(jié)果的預(yù)期常常是惟一的。第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日(2)探究性實驗探究性實驗是探究研究對象的未知屬性、特性以及與其他因素的關(guān)系的實驗。①實驗者在實驗前對研究對象不了解或不完全了解,完全由實驗者去嘗試、探索和研究,它是一種真正意義的科學(xué)研究,探究性實驗對生物科學(xué)的發(fā)展起了極大的推動作用。②探究性實驗是根據(jù)一定的實驗?zāi)康?利用現(xiàn)有的實驗條件,通過控制實驗變量的改變干擾研究對象,并觀察實驗結(jié)果(現(xiàn)象)和推理得出實驗結(jié)論。③由于實驗者在實驗前提出的假說往往是比較模糊的,也沒有掌握最后的實驗結(jié)果和實驗結(jié)論,因此對實驗結(jié)果的預(yù)期也是不確定的,只能把各種有可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象都考慮在內(nèi),再由各種現(xiàn)象推出相應(yīng)的實驗結(jié)論。④此類實驗一般需經(jīng)過探究得出實驗結(jié)論,往往需討論,即“如果出現(xiàn)結(jié)果a會怎樣,如果出現(xiàn)結(jié)果b或c又會怎樣”。第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日探究性實驗驗證性實驗實驗名稱鑒定某人是否出現(xiàn)糖尿驗證某糖尿病患者尿液中含葡萄糖實驗原理相同(斐林試劑與可溶性還原糖作用呈現(xiàn)磚紅色沉淀)實驗步驟相同(取尿液后加斐林試劑水浴加熱,觀察實驗現(xiàn)象)實驗現(xiàn)象出現(xiàn)或不出現(xiàn)磚紅色沉淀出現(xiàn)磚紅色沉淀預(yù)期實驗結(jié)果出現(xiàn)或不出現(xiàn)磚紅色沉淀出現(xiàn)磚紅色沉淀

實驗結(jié)論若出現(xiàn)磚紅色沉淀,證明此人出現(xiàn)糖尿;若不出現(xiàn)磚紅色沉淀,證明此人不出現(xiàn)糖尿糖尿病患者尿液中含葡萄糖2.舉例第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日三、具備對一些生物學(xué)問題進(jìn)行初步探究的能力,包括運用觀察、實驗與調(diào)查、假說演繹、建立模型與系統(tǒng)分析等科學(xué)研究方法。

(一)實驗設(shè)計的基本理論實驗是科學(xué)研究過程中的一個重要環(huán)節(jié),是在人為控制條件下,研究對象的變化,以其結(jié)果論證科學(xué)結(jié)論的一種科學(xué)方法。由于研究問題性質(zhì)的不同,科學(xué)研究的方法也有差異,但通常分為以下幾步:1.觀察觀察是科學(xué)研究方法的第一步,這里的觀察,是在處于自然常態(tài)條件下進(jìn)行或通過實驗觀察。對事物進(jìn)行觀察時必須周詳,并將它們記錄下來。而尤為重要的是要保持客觀的態(tài)度。人們常希望看到人想要看或應(yīng)該看到的現(xiàn)象,因此而影響觀察結(jié)果,產(chǎn)生偏差。2.提出問題人們對事物作縝密觀察以后,常常由于好奇心或想作進(jìn)一步的了解而提出問題,雖然任何人都能提出問題,但只有有意義的問題才值得探討,因此,進(jìn)行研究時,不僅要提出問題,而且要提出確切的問題。此外,對問題的敘述,也要清楚而正確,例如“豌豆為什么子一代只出現(xiàn)顯性性狀,子二代卻出現(xiàn)性狀分離?分離比為什么都接近3∶1呢?”第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.假說科學(xué)方法的第三步是假說。假說,也稱假設(shè)或猜測,指用來說明某種現(xiàn)象但未經(jīng)證實論題,也就是對所提的問題所作出的參考答案。假說一般為兩步驟:第一步,提前假說,即依據(jù)發(fā)現(xiàn)的事實材料或已知的科學(xué)原理,通過創(chuàng)造性思維,提出初步假定;第二步,作出預(yù)期(推斷),即依據(jù)提出的假說,進(jìn)行推理,得出假定性的結(jié)論;例如,孟德爾一對相對性狀的實驗,其假說是:控制性狀的基因都是成對存在的;在雜合子形成配子時彼此分離,分別進(jìn)入不同的配子;其預(yù)期結(jié)果是:“F1與隱性親本相交后代高莖與矮莖的比例1∶1”。實驗預(yù)期是較具體的推斷。一個問題常有多個可能的答案,但通常只有一個是正確的。因此,假設(shè)是對還是錯,還需要加以驗證,即依據(jù)假設(shè)或預(yù)期,設(shè)計實驗方案,進(jìn)行實驗驗證。4.實驗實驗是驗證假說和解決問題的最終途徑,指在人為控制的條件下研究事物的變化的一種方法。這是科學(xué)方法的最大特色,也是科學(xué)方法中最困難的一步。如何求證假設(shè)可充分展現(xiàn)研究者的才華。在科學(xué)實驗中,要掌握或貫徹以下幾點:第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日(1)變量變量,或稱因子,是指實驗過程中所被操作的特定因素或條件,按性質(zhì)不同,通?？煞譃閮深?①自變量與因變量自變量,也稱為實驗變量,指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。因變量,亦稱反應(yīng)變量,指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。通常,自變量是原因,因變量是結(jié)果,二者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如,在“溫度對酶活性”的實驗中,所給定的低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫(沸水浴)就是實驗變量。而由于低溫、適溫、高溫條件變化,唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化,這就是反應(yīng)變量,該實驗即在于獲得和解釋溫度變化(自變量)與酶的活性(因變量)的因果關(guān)系。第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日②無關(guān)變量與額外變量無關(guān)變量,也稱控制變量,指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。額外變量,也稱干擾變量,指實驗中由于無關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果。顯然,額外變量會對反應(yīng)變量有干擾作用,例如,上述實驗中除實驗變量(低溫、適溫、高溫)以外,試管潔凈程度、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度,實驗操作程度,溫度處理的時間長短等等,都屬于無關(guān)變量,要求對低溫、適溫、高溫3組實驗是等同、均衡、穩(wěn)定的;如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條件,對3個實驗組的給定不等同、不均衡,不穩(wěn)定,則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生額外變量,出現(xiàn)干擾,造成誤差。實驗的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量或減少額外變量,以減少誤差。第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日(2)單一變量原則單一變量原則是處理實驗中的復(fù)雜關(guān)系的準(zhǔn)則之一。它有兩層意思:一是確?！皢我蛔兞俊钡膶嶒炗^測,即不論一個實驗有幾個實驗變量,都應(yīng)做到一個實驗變量對應(yīng)觀測一個反應(yīng)變量;二是確?！皢我蛔兞俊钡牟僮饕?guī)范,即實驗操作中要盡可能避免無關(guān)變量及額外變量的干擾。例如,上述實驗遵循單一變量原則,第一,在觀測上要做到:低溫處理觀測記錄低溫下的變化和結(jié)果,高溫處理觀測記錄高溫下的變化和結(jié)果,反應(yīng)變量不能混淆;第二,在操作上要做到:對3個實驗要在預(yù)先的低溫、適溫、高溫條件下做實驗處理,常見的錯誤是先在常溫下做處理再放到低溫、適溫、高溫條件中進(jìn)行觀測;這樣就混入了“常溫”這個無關(guān)變量及額外變量?？傊?實驗設(shè)計、實驗的全過程,都應(yīng)遵循單一變量原則。第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日(3)控制與平衡控制——保證實驗不受干擾或?qū)⒏蓴_因素降低到最低程度控制,是處理實驗中變量關(guān)系的又一準(zhǔn)則,指實驗要嚴(yán)格地操縱實驗變量,以獲取反應(yīng)變量。與此同時,還要嚴(yán)格地均衡無關(guān)變量,以消除額外變量的干擾。一句話,通過實驗控制,盡量消除實驗誤差,以取得較為精確的實驗結(jié)果。如果說“單一變量”原則,主要是對實驗變量與反應(yīng)變量的控制而言,而這里的“平衡控制”,則主要是對無關(guān)變量與額外變量的控制而說的,意思是說,實驗中的無關(guān)變量的因素條件,很難避免,只能設(shè)法平衡和抵消它們的影響,常用的方法有:①單組實驗法對一組(或一個)對象,既用A法,又用B法,順序隨機(jī)或輪流循環(huán),這是生物實驗常用的實驗方法。例如,“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原”實驗,通常是將做好的洋蔥紫色鱗片葉表皮細(xì)胞裝片,先用蔗糖溶液做質(zhì)壁分離觀察,接著又用清水做質(zhì)壁分離復(fù)原觀察,這就是單組實驗法。由于對象同一,無關(guān)變量影響也就被平衡和抵消了。第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日②等組實驗法將狀況相等的對象分成兩組或多組,一組用A法,另一組用B法,這也是生物實驗常用的實驗方法。例如,“植物激素與向性”設(shè)計了5組實驗,其對象是玉米幼苗,要求品種、萌發(fā)期、粗細(xì)、大小、長勢等狀況都是相同的,這就是等組實驗法,無關(guān)變量的影響起到了平衡和消除作用。③輪組實驗法對兩組或兩組以上的對象,循環(huán)進(jìn)行兩個或兩個以上的實驗處理,如甲組——A法、B法;乙組——B法、A法等,這樣能有效的平衡和抵消無關(guān)變量的影響。自然,操作起來要麻煩一些。例如,“植物向光性”實驗,可隨機(jī)取2株(組)生長狀況并不相等的玉米幼苗,作如下實驗處理:甲組:玉米幼苗——A選用“不透光”處理B選用“單側(cè)光”處理乙組:玉米幼苗——C選用“單側(cè)光”處理D選用“不透光”處理實驗結(jié)果,則是A+D(“不透光”)B+C(“單側(cè)光”)的比較,這就是輪組實驗法。這種實驗處理的匹配,對平衡、消除無關(guān)變量和額外變量更有說服力。第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日(4)對照對照是實驗控制的手段之一,目的還是在于消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響。實驗對照原則是設(shè)計和實施實驗的準(zhǔn)則之一。通過設(shè)置實驗對照對比,既可排除無關(guān)變量的影響,又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。通常,一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗組,是接受實驗變量處理的對象組:對照組,也稱控制組,對實驗假設(shè)而言,是不接受實驗變量處理的對象組,至于哪個作為實驗組,哪個作為對照組,一般是隨機(jī)決定的,這樣,從理論上說,由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的,被平衡了的,故實驗組與對照組兩者之差異,則可認(rèn)定為是來自實驗變量的效果,這樣的實驗結(jié)果是可信的。按對照的內(nèi)容和形式上的不同,通常有以下對照類型:①空白對照指不做任何實驗處理的對象組。例如,在“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實驗中,向甲試管溶液加入試劑,而乙試管溶液不加試劑,一起進(jìn)行沸水浴,比較它們的變化。這樣,甲為實驗組,乙為對照組,且乙為典型的空白對照?？瞻讓φ漳苊靼椎貙Ρ群鸵r托出實驗組的變化和結(jié)果,增強(qiáng)了說服力。第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日②自身對照指實驗與對照在同一對象上進(jìn)行,即不另設(shè)對照組。單組法和輪組法,一般都包含有自身對照。如“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實驗,就是典型的自身對照。自身對照,方法簡便,關(guān)鍵是要看清楚實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異,實驗處理前的對象狀況為對照組,實驗處理后的對象變化則為實驗組。③條件對照指雖給對象施以某種實驗處理,但這種處理是作為對照意義的,或者說這種處理不是實驗假設(shè)所給定的實驗變量意義的。例如,“動物激素飼喂小動物”的實習(xí)實驗,采用等組實驗法,其實驗設(shè)計方案是:甲組:飼喂甲狀腺激素(實驗組),乙組:飼喂甲狀腺抑制劑(條件對照組);丙組:不飼喂藥劑(空白對照組);顯然,乙組為條件對照。該實驗即設(shè)置了條件對照,又設(shè)置了空白對照,通過比較、對照、更能充分說明實驗變量——甲狀腺激素能促進(jìn)動物的生長發(fā)育。第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日④相互對照指不另設(shè)對照組,而是幾個實驗組相互對比對照,在等組實驗法中,大都是運用相互對照,如“植物的向性”的等組實驗中,5個實驗組所采用的都是相互對照,較好的平衡和抵消了無關(guān)變量的影響,使實驗結(jié)果更具有說服力。特別提醒：通常把改變生物生長所需正常條件的組為實驗組。如,對葉片遮光處理的實驗組、不遮光為對照組。第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.結(jié)論觀察、實驗的價值即在于獲得驗證性的結(jié)果。因此,在實驗中要記錄實驗的事實、現(xiàn)象和數(shù)據(jù),即捕捉、記錄由實驗變量而帶來的反應(yīng)變量。然后,論證、說明實驗中的自變量與因變量的因果關(guān)系,從而得到實驗的結(jié)果。①如果所獲得的結(jié)果與假設(shè)相符,則肯定假設(shè);②如果結(jié)果與假設(shè)不相符,則否定假設(shè);③如果結(jié)果與假設(shè)無關(guān),則無從判斷。最后得出結(jié)論?？茖W(xué)實驗必須遵循真實、客觀的基本準(zhǔn)則,即實驗中的觀察一定要實事求是,一切從實驗出發(fā),使獲取的材料(事實、現(xiàn)象、數(shù)據(jù))盡可能的反映客觀事物的本來面目,不能憑空胡謅,不能片面武斷。以上科學(xué)方法是進(jìn)行實驗設(shè)計,制定實驗方案的理論依據(jù)。第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日6.生物學(xué)探究實驗的一般方法

第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日(二)實驗設(shè)計的思路1.實驗設(shè)計的原理

(1)科學(xué)性原則所謂科學(xué)性,是指實驗?zāi)康囊鞔_,實驗原理要正確,實驗材料和實驗手段的選擇要恰當(dāng),整個設(shè)計思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學(xué)基本知識和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。如:淀粉酶水解淀粉的順序問題。

(2)可行性原則可行性原則是指在設(shè)計生物學(xué)實驗時,從實驗原理、實驗的實施到實驗結(jié)果的產(chǎn)生;都具有可行性。

(3)簡便性原則設(shè)計實驗時,要考慮到實驗材料容易獲得,實驗裝置比較簡單,實驗藥品比較便宜,實驗操作過程比較簡便,實驗步驟比較少,實驗時間比較短。第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日(4)可重復(fù)性重復(fù)、隨機(jī)和對照是保證實驗結(jié)果正確性的三大原則,多年來為研究者所公認(rèn)。因此,在實驗設(shè)計中也必須注意實驗的可重復(fù)性。任何實驗都必須要有足夠的實驗次數(shù),才能判斷結(jié)果的可靠性,設(shè)計的實驗不能只能進(jìn)行一次,在無法重復(fù)的情況下,作為正式結(jié)論,這樣的結(jié)論易被推翻。(5)對照原則(6)等量原則選取實驗材料或試劑時不同組別應(yīng)保持相同(或基本相同)或相等,確保實驗不會由于實驗材料的原因而產(chǎn)生誤差干擾實驗結(jié)果。第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.實驗設(shè)計的內(nèi)容一個比較完整的實驗設(shè)計方案,一般包括以下幾方面的內(nèi)容:①實驗題目的確定;②提出假說;③設(shè)計實驗方法和步驟;④提出實驗的預(yù)期結(jié)果;⑤要觀察和搜集的數(shù)據(jù)及方法。書寫實驗設(shè)計方案通常包括:實驗課題、實驗假說、實驗預(yù)期、實驗?zāi)康囊蟆嶒灧椒愋?、實驗對照類、實驗材料用具、實驗方法步驟和實驗結(jié)論與討論等項目,而在中學(xué)生物課本的實驗指導(dǎo)中,實驗假說和實驗預(yù)期大都隱含在”實驗原理”中。實驗方法類別、實驗對照類型則一般隱含在方法步驟里。3.實驗設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

(1)實驗設(shè)計中的假說在實驗設(shè)計中,每一個實驗?zāi)康牡拇_定,都是一個實驗假說的形成過程。我們作出實驗假說時,必須在注意假說的預(yù)見性的同時,強(qiáng)調(diào)客觀性和多樣性。

(2)實驗材料和實驗手段的選擇選擇恰當(dāng)?shù)牟牧虾褪侄?是所設(shè)計的實驗?zāi)芊襁_(dá)到預(yù)期結(jié)果的重要保證。

(3)反應(yīng)變量的確定和控制依據(jù)實驗條件和環(huán)境因素充分控制無關(guān)變量,使實驗具有科學(xué)性,結(jié)果不受干擾。第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日4.實驗設(shè)計的基本步驟

第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日【名師點睛】

各種不同類型實驗應(yīng)注意的問題①有關(guān)酶的實驗設(shè)計,應(yīng)注意各步驟的順序,必須先調(diào)節(jié)相關(guān)條件(溫度、pH等)才能使反應(yīng)物與酶相遇,還應(yīng)注意空白對照中加入“等量蒸餾水”。②生長素設(shè)計中,應(yīng)注意對胚芽鞘的生長狀況描述:“向哪方彎曲生長”“向上生長”“不彎曲不生長”,無子番茄培育時注意“去雄”“套袋”“一定濃度生長素類似物”。③動物激素調(diào)節(jié)實驗中,甲狀腺激素生理功能的研究常用飼喂法、切除法、注射法,常用蝌蚪、小白鼠、小狗作實驗材料,在設(shè)計過程中常作甲狀腺激素含量增多、減少和不變?nèi)N處理;而胰島素、胰高血糖素的研究常用注射法,少見切除法,常用小白鼠作實驗材料,在設(shè)計過程中常做該激素含量增多和不變兩種處理。④無土栽培時應(yīng)注意,“培養(yǎng)液中通空氣”“適時適量補(bǔ)充稀釋培養(yǎng)液”。⑤遺傳學(xué)實驗

a.植物雜交實驗:如果為兩性花(花中既有雄蕊又有雌蕊)的植物雜交。如應(yīng)注意“去雄”“人工授粉”“授粉后套袋”,如果為單性花(即有雄無雌或有雌無雄),則無須“去雄”,但要“套袋”。

b.動物雜交實驗:千萬不能有“自交”,應(yīng)為“與相同基因型的異性交配”。第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日四、能對一些簡單的實驗方案做出恰當(dāng)?shù)脑u價和修訂四步看:一看對照、二看變量、三看操作、四看結(jié)果。1.一看對照:需要什么對照、幾個對照組。2.二看變量在實驗中除要設(shè)計的單一變量外,其他條件都必須一致,特別注意實驗過程中是否會因添加試劑或進(jìn)行某個操作而引起控制條件的不一致。

(1)實驗對象的一致性;

(2)實驗所加試劑的量要相等;

(3)實驗控制時間的一致性;

(4)實驗條件的一致性。第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.三看操作主要看實驗原理是否合理正確、實驗取材是否正確、方法步驟是否科學(xué)。

(1)實驗取材分析與評價:實驗材料的選擇要得當(dāng)、經(jīng)濟(jì)、易得、好用、效果好。

(2)藥品與試劑分析、評價及改進(jìn):藥品與試劑的量、濃度、純度等都是影響實驗結(jié)果的重要因素,在進(jìn)行實驗分析時要逐一檢查,不能忽視。例如:斐林試劑與雙縮脲試劑。(3)步驟及操作的分析、評價及改進(jìn):①否漏做某個實驗步驟;②操作步驟是否顛倒:③操作方法是否正確。4.四看結(jié)果主要看實驗結(jié)果的驗證方法與預(yù)測是否合理:(1)實驗結(jié)果的驗證方法是否正確;(2)驗證目標(biāo)是否準(zhǔn)確;(3)探究性實驗的實驗結(jié)果與結(jié)論是否為多個。第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日【名師點睛】設(shè)計型實驗試題的解題突破和方法①解題思路準(zhǔn)確把握實驗?zāi)康?明確實驗要解決的“生物學(xué)事實”是什么?要解決該“生物學(xué)事實”的哪一方面?明確實驗原理:分析實驗所依據(jù)的科學(xué)原理是什么?涉及到的生物學(xué)及相關(guān)學(xué)科中的方法和原理有哪些?確定實驗變量、設(shè)置對照實驗:找出自變量和因變量,確定實驗研究的因素,以及影響本實驗的無關(guān)變量;構(gòu)思實驗變量的控制方法和實驗結(jié)果的獲得手段。確定實驗方法:根據(jù)實驗?zāi)康暮退峁┑牟牧蟻泶_定。設(shè)計合理的實驗裝置和實驗步驟:嚴(yán)格遵循實驗設(shè)計原則,根據(jù)實驗原理以及充分考慮提供的實驗材料、用具的基礎(chǔ)上,根據(jù)設(shè)計要求,設(shè)計實驗裝置和步驟。得出預(yù)期實驗結(jié)果和結(jié)論第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日②實驗設(shè)計時的一般步驟a.取材、分組、編號取材時要注意數(shù)量和生理及發(fā)育狀態(tài)相同;用具要相同等。b.相同處理和不同處理根據(jù)實驗變量設(shè)置對照(注意:單一因素不同,其他因素相同且最適)。c.進(jìn)一步的相同處理其他因素相同且最適的繼續(xù)處理。d.檢測、觀察、統(tǒng)計、比較必須找出具體的觀察和記錄對象,觀察、記錄、統(tǒng)計、比較實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。③實驗的過程、結(jié)論等要進(jìn)行科學(xué)性描述a.無關(guān)變量常用:同種、相同或相似、隨機(jī)平均分組等詞描述、遵守相同性原則。b.實驗變量常用:適宜(濃度、量)等量的一段相同的時間等、遵守單一變量原則。c.因變量常用:相同且適宜的條件、一段相同且適宜的時間等、遵守簡便性原則。第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日授課提示:對應(yīng)學(xué)生用書第13頁

甲、乙、丙三位同學(xué),圍繞酶的特性,設(shè)計了如下實驗,請運用你所學(xué)的知識,指出三位同學(xué)實驗設(shè)計中存在的問題并提出修正方案。

(示例:某同學(xué)做唾液淀粉酶水解淀粉的實驗:取一支試管,先加入2mL淀粉糊,然后再加入1mL唾液,放在水溫37℃的燒杯內(nèi),一段時間后,向試管內(nèi)滴加2滴碘液,結(jié)果不變藍(lán),說明唾液淀粉酶能夠水解淀粉。缺乏對照,應(yīng)再取1支試管,加入1mL蒸餾水代替唾液,其余條件都相同,起對照作用)(1)甲同學(xué)探究酶的高效性:取一支試管,加入2mLH2O2,再加2滴新鮮土豆研磨液,觀察到產(chǎn)生大量氣泡,用帶火星的衛(wèi)生香檢測,衛(wèi)生香猛烈燃燒,說明酶的催化作用具有高效性。(2)乙同學(xué)探究不同的酶其所需的pH條件不同:①取12支試管并編號1~12,各加入2mL蛋清液,調(diào)節(jié)各試管的pH,分別等于1~12;②同時向12支試管內(nèi)加入胃蛋白酶和胰蛋白酶;③放在37℃左右的大燒杯內(nèi)一段時間;④用雙縮脲試劑檢驗試管中蛋白質(zhì)的存在情況。第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日

(3)丙同學(xué)探究溫度影響酶的活性:①取6支試管編號,A、A1、B、B1、C、C1。在6支試管中都加入等量的淀粉溶液和等量的淀粉酶溶液。②A、A1試管放入60℃水中,B、B1試管放入100℃水中,C、C1試管放入冰水中,維持5分鐘。③取出后各加入等量的碘液,觀察。第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日

【解析】

實驗設(shè)計評價題通常是給一個或幾個實驗方案,這些方案不完整需要補(bǔ)充,或有幾項明顯的錯誤需指出并改正,或判斷實驗設(shè)計是否合適,這就需要應(yīng)用評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價,看其是否“科學(xué)合理、設(shè)計簡潔、效果明顯”等。運用已具備的生物知識或生物技能,確定實驗原理,選擇實驗器材,擬定實驗步驟,記錄并處理實驗數(shù)據(jù),分析實驗現(xiàn)象,構(gòu)思出解決問題的方案。(1)中明顯缺少對照實驗;(2)中則出現(xiàn)了兩個變量;(3)中實驗步驟敘述不清。

【答案】

(1)缺乏對照。應(yīng)再取一支試管,滴加2滴FeCl3溶液,其余條件都相同,觀察到產(chǎn)生的氣泡較少。

(2)存在兩個變量。應(yīng)在12支試管中,只加胃蛋白酶(胰蛋白酶),再取12支試管,只加胰蛋白酶(胃蛋白酶)。

(3)實驗步驟混亂。應(yīng)①取6支試管編號,A、A1、B、B1、C、C1。在A、B、C試管中都加入等量的淀粉溶液,在A1、B1、C1試管中都加入等量的淀粉酶溶液。②A、A1試管放入60℃水中,B、B1試管放入100℃水中,C、C1試管放入冰水中,維持5分鐘。③分別將淀粉酶溶液注入相同溫度下的淀粉溶液中,搖勻后,維持各自溫度5分鐘。第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日【規(guī)律探究】對實驗方案進(jìn)行評價時,一般采用以下“五看”法:一看對照有無對照實驗如果有對照,看對照設(shè)計是否合理實驗變量設(shè)置是否有標(biāo)記是否遵循了單一變量原則是否遵循了等量原則是否排除干擾因素二看步驟步驟的順序是否合理步驟是否完整具體操作有無違反生物學(xué)基本原理三看結(jié)果實驗結(jié)果的驗證目標(biāo)是否準(zhǔn)確實驗結(jié)果的驗證方法是否得當(dāng)四看器材生物學(xué)材料選擇是否得當(dāng)實驗器材選擇是否合理藥劑選擇、使用、用量是否準(zhǔn)確五看條件是否需要攪拌、加熱等實驗所需的溫度、光照等條件是否合理第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日

(2009年浙江理綜)給正常成年實驗兔注射甲藥物后,使其患了高血壓病,注射乙藥物可使高血壓癥狀緩解。為了驗證甲、乙兩種藥物的上述作用,請您根據(jù)以下提供的實驗材料與用具,設(shè)計實驗步驟,并在下面的坐標(biāo)中畫出實驗過程中該組兔的血壓變化示意曲線,標(biāo)注注射藥物的時間點。材料與用具:一組正常成年實驗兔、血壓測定儀、適宜濃度的甲藥物、適宜濃度的乙藥物、注射器等。

(要求:答題時對該組實驗兔不再分組;對動物的手術(shù)過程與藥物的具體注射劑量不作要求)

(1)實驗步驟:①在下圖所示的坐標(biāo)中畫出實驗過程中該組兔的血壓變化示意曲線,并標(biāo)注注射藥物的時間點?！谌隧?，共四十七頁，2022年，8月28日

【解析】

該實驗是通過實驗動物自身不同處理條件下的對照而得出結(jié)論的,采用這種對照方式時要注意對未處理、不同處理條件下的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測定、對比,多次測定可降低誤差。對于一組正常成年實驗兔,血壓是正常的,因甲藥物可使血壓升高,注射甲藥物后血壓應(yīng)升高,乙藥物可使血壓降低,注射乙藥物后血壓應(yīng)降低。畫血壓變化示意曲線時,應(yīng)反映出變化趨勢。

(2)

【答案】(1)①用血壓測定儀對該組每只實驗兔每隔一定時間測定血壓,計算血壓的平均值作為對照。②給該組每只實驗兔注射等量的甲藥物,用血壓測定儀對每只實驗兔每隔一定時間測定血壓,計算血壓的平均值。③當(dāng)該組實驗兔患高血壓病后,給每只實驗兔注射等量的乙藥物,用血壓測定儀對每只實驗兔每隔一定時間測定血壓,計算血壓的平均值。第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日授課提示:對應(yīng)學(xué)生用書第14頁

1.(2009年江蘇生物)下列有關(guān)實驗及顯色結(jié)果的敘述,錯誤的有(多選)（）

A.水浴加熱條件下,蔗糖與斐林試劑發(fā)生作用生成磚紅色沉淀

B.沸水浴條件下,脫氧核苷酸與二苯胺發(fā)生作用呈現(xiàn)藍(lán)色

C.常溫條件下,蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑發(fā)生作用呈現(xiàn)紫色

D.常溫條件下,核糖核酸與甲基綠作用呈現(xiàn)綠色

解析:斐林試劑是檢驗還原糖的試劑,蔗糖屬于非還原糖,與斐林試劑混合,在水浴條件下不能與斐林試劑產(chǎn)生磚紅色沉淀;二苯胺檢測的物質(zhì)是DNA,脫氧核苷酸是DNA的基本組成單位,不能進(jìn)行檢測;核糖核酸是(RNA),甲基綠檢測脫氧核糖核酸(DNA)呈綠色。

答案:ABD

第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日2.(2009年福建理綜)下列對有關(guān)實驗的敘述,正確的是（）

A.在觀察洋蔥細(xì)胞有絲分裂實驗中,將已解離、漂洗、染色的根尖置于載玻片上,輕輕蓋上蓋玻片后即可鏡檢

B.對酵母菌計數(shù)時,用吸管吸取培養(yǎng)液滴滿血球計數(shù)板的計數(shù)室及其四周邊緣,輕輕蓋上蓋玻片后即可鏡檢

C.在葉綠體色素提取實驗中,研磨綠葉時應(yīng)加一些有機(jī)溶劑,如無水乙醇等

D.檢測試管中的梨汁是否有葡萄糖,可加入適量斐林試劑后,搖勻并觀察顏色變化

解析:在觀察洋蔥細(xì)胞有絲分裂實驗中,染色好的根尖蓋上蓋玻片后必須再加上一塊載玻片進(jìn)行壓片,使細(xì)胞盡量分散,方可鏡檢。用血球計數(shù)板對酵母菌計數(shù)時,要先稀釋培養(yǎng)液,否則細(xì)胞數(shù)目多,無法計數(shù)。葡萄糖是還原糖,還原糖的鑒定還需加熱。

答案:C

第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日3.(2009年天津理綜)下列是有關(guān)著名科學(xué)家通過研究取得重要理論成果的敘述,正確的是()

A.虎克(R.Hooke)在顯微鏡下觀察木栓組織發(fā)現(xiàn)蜂窩狀“細(xì)胞”,建立了細(xì)胞學(xué)說

B.坎農(nóng)(W.B.Cannon)通過研究細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)的過程,提出了內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)概念

C.摩爾根(T.H.Morgan)對雄果蠅白眼性狀的遺傳分析,證明了基因位于染色體上

D.韋爾穆特(I.Wilmut)等在體外條件下將羊體細(xì)胞培養(yǎng)成了成熟個體,證明了哺乳動物體細(xì)胞具有全能性

解析:細(xì)胞學(xué)說是施萊登和施旺共同建立的?？厕r(nóng)提出了穩(wěn)態(tài)維持機(jī)制的經(jīng)典解釋:內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)是在神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)的共同作用下,通過機(jī)體各種器官、系統(tǒng)分工合作,協(xié)調(diào)統(tǒng)一而實現(xiàn)的。將羊體細(xì)胞培養(yǎng)成成熟個體,證明了哺乳動物體細(xì)胞核具有全能性,而不是體細(xì)胞具有全能性。

答案:C

第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日4.(2008年廣東生物)觀察在0.3g/mL蔗糖溶液中的洋蔥表皮細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)中央液泡逐漸變小,說明(

)

A.細(xì)胞壁相當(dāng)于一層半透膜

B.洋蔥表皮細(xì)胞是活的

C.此時蔗糖溶液濃度小于細(xì)胞液濃度

D.細(xì)胞壁收縮導(dǎo)致中央液泡失水

解析:因為細(xì)胞壁是全透性的,從而分析它不能相當(dāng)于半透膜結(jié)構(gòu),由此判斷A錯誤;由于題干中“發(fā)現(xiàn)中央液泡逐漸變小”,說明細(xì)胞是活的,故B正確;C項中蔗糖溶液濃度大于細(xì)胞液的濃度,故錯誤;D項中是因為蔗糖溶液的濃度大才導(dǎo)致中央液泡失水的,故錯誤。

答案:B

第四十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日5.(2009年江蘇生物)回答下列與細(xì)胞有關(guān)的實驗問題。

(1)下列4項實驗中,需保持細(xì)胞生理活性的有