2022年高三生物二輪總復習（江蘇專版）專題17實驗設計

專題十七實驗設計1.(2011年江蘇卷)為探究植酸酶對鱸魚生長和消化酶活性的影響，研究者設計并進行了相關(guān)實驗，實驗步驟及結(jié)果如下：①鱸魚的馴養(yǎng)：將從海洋中捕獲的鱸魚魚苗在浮式海水網(wǎng)箱中飼養(yǎng)14d，用普通飼料投喂，備用。②飼料的配制：在每千克普通飼料中添加200mg植酸酶，配制成加酶飼料；并將普通飼料和加酶飼料分別制成大小相同的顆粒，烘干后儲存。③鱸魚的飼養(yǎng)：挑選體格健壯、大小一致的鱸魚隨機分組，放養(yǎng)于規(guī)格相同的浮式海水網(wǎng)箱中，放養(yǎng)密度為60尾/箱。給對照組的鱸魚定時投喂適量的普通飼料，給實驗組的鱸魚同時投喂等量加酶飼料。④稱重并記錄：投喂8周后，從每個網(wǎng)箱中隨機取20尾鱸魚稱重。結(jié)果顯示，對照組、實驗組魚體平均增重率分別為859.3%、947.2%⑤制備鱸魚腸道中消化酶樣品，并分別測定消化酶的活性，結(jié)果如下表：根據(jù)上述實驗，回答下列問題：(1)步驟①中選用鱸魚魚苗而不是成體的主要原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；實驗前的馴養(yǎng)是為了＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。(2)步驟②中將配制好的飼料進行烘干要特別注意＿＿＿＿＿＿＿＿，其原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。蛋白酶活性(U/mg)脂肪酶活性(U/mg)淀粉酶活性(U/mg)對照組1.090.080.12實驗組1.710.100.13成體生長緩慢，實驗效果不明顯讓鱸魚適應實驗養(yǎng)殖環(huán)境溫度不能過高高溫會使植酸酶變性而失去活性(3)步驟③中還應控制好的無關(guān)變量主要有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。(4)本實驗得出的初步結(jié)論是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。(5)推測鱸魚的食性并說明理由：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。水溫、鹽度和溶氧量等

添加植酸酶的飼料促進鱸魚幼體的生長；植酸酶能提高腸道中蛋白酶的活性，而對腸道中脂肪酶和淀粉酶的活性影響較小

肉食性，其腸道中蛋白酶活性顯著高于脂肪酶和淀粉酶【解析】(1)利用幼體魚作為實驗材料，是因為其生長快，實驗效果顯著；馴養(yǎng)的目的是使鱸魚適應實驗環(huán)境。(2)由于飼料中加入了植酸酶，若溫度過高會使其變性失活。(3)實驗過程中要嚴格控制與鱸魚生命活動直接相關(guān)的無關(guān)變量，例如水溫、鹽度、溶氧量等。(4)由表格數(shù)據(jù)即可得出結(jié)論。(5)因為鱸魚消化道中蛋白酶活性高，說明鱸魚主要取食動物性食物，原因是動物性食物中蛋白質(zhì)的含量要高于植物性食物。2.(2011年北京卷)(實驗一：用不帶特殊病原體的小鼠進行如下特異性免疫實驗，過程如圖1，結(jié)果如圖2。(1)實驗中，對B組小鼠的處理是作為A組小鼠的＿＿＿處理。對照(2)從圖2可知，Ⅱ組與Ⅳ組相比，小鼠脾臟中的活細菌數(shù)量的增長趨勢相同，說明血清中的抗體不能有效抑制脾臟內(nèi)的細菌繁殖。注射來自于A組小鼠的T細胞后，在4天內(nèi)Ⅰ組小鼠脾臟中的活細菌數(shù)量無明顯變化，說明該組T細胞(活化T細胞)抑制細菌數(shù)量的增長。由此推測該細菌生活在＿＿＿＿。(3)實驗中，Ⅰ～Ⅳ組小鼠感染的是細菌X，感染的時間是在注射T細胞或血清的＿＿＿天。細胞內(nèi)前1

實驗二：在體外觀察小鼠的T細胞和巨噬細胞(一種吞噬細胞)對細菌X的殺傷力，結(jié)果如圖3。(4)由圖3可知，能有效殺傷細菌X的是＿＿＿＿＿細胞，而不是活化T細胞?；罨奘?5)有人假設，活化T細胞釋放某種物質(zhì)活化了巨噬細胞。若用體外實驗驗證該假設，實驗組應選擇的實驗材料包括＿＿＿＿＿＿(填選項前的符號)。a．培養(yǎng)過活化T細胞的培養(yǎng)液b．培養(yǎng)過巨噬細胞的培養(yǎng)液c．A組小鼠的巨噬細胞d．B組小鼠的巨噬細胞e．培養(yǎng)過未活化T細胞的培養(yǎng)液f．細菌X(6)該系列實驗的目的是研究＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。a、d、f小鼠抗細菌X的免疫應答【解析】(1)實驗一中B組為A組的對照組。(2)由于Ⅰ組注射的是活化的T細胞，同時由曲線圖可看出Ⅰ組抑菌效果最好，故推測該細菌生活在細胞內(nèi)。(3)由圖示信息即可得出答案。(4)由圖示曲線可得出答案。(5)根據(jù)實驗目的，實驗組選擇的材料應為a、d、f。實驗設計是指在正式進行科學實驗之前，實驗者根據(jù)一定的目標和要求，運用有關(guān)科學知識、原理，對實驗過程中的材料、手段、方法和步驟等全部方案的制訂。實驗設計應遵循以下原則：

1．對照原則該原則既可排除無關(guān)變量的干擾，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。考點1：實驗設計遵循的原則

對于對照實驗，一個實驗包括實驗組和對照組。實驗組，是接受實驗(自)變量處理的對象組；對照組，也稱控制組，是不接受實驗(自)變量處理的對象組。常用的對照類型有以下幾種：

(1)空白對照：對照組不做任何處理的對象組。例如，在“探究pH影響酶的活性”實驗中，滴加氫氧化鈉、鹽酸的為實驗組，滴加等量蒸餾水的為空白對照組。(2)自身對照：指對照和實驗都在同一研究對象上進行，不再另外設置對照組。例如，“觀察植物細胞的吸水和失水”實驗，即典型的自身對照，其中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：即雖給對照組施以部分實驗因素，但不是所研究的實驗處理因素。如在“驗證甲狀腺激素促進幼小動物發(fā)育”的實驗中，設計了如下三組實驗：甲組，飼喂甲狀腺激素；乙組，飼喂甲狀腺激素抑制劑；丙組，對蝌蚪不作任何處理。其中甲組是實驗組，丙組是空白對照組，乙組為條件對照組。

(4)相互對照：不單獨設置對照組，而是幾個實驗相互作為對照。如“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”實驗中，不同的生長素類似物濃度之間形成相互對照。

2．單一變量原則在實驗中，變量是指可被操縱的特定的因素或條件。單一變量原則是指控制其他因素不變，只改變其中一個因素(要研究的因素)，觀察其對實驗結(jié)果的影響。

3．平行重復原則任何實驗必須有足夠的實驗次數(shù)，才能避免結(jié)果的偶然性，使得出的結(jié)論準確、科學。如在“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”實驗中，每個濃度處理的植物枝條應該有3～5根。4．科學性原則科學性原則是指實驗的原理要符合科學原理，實驗結(jié)果的預期有科學依據(jù)，實驗的各個環(huán)節(jié)不能偏離生物學基礎知識和基本原理，以及其他學科領(lǐng)域的基本原則。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)實驗原理的科學性。實驗原理是實驗設計的依據(jù)，也是用來檢驗和修正實驗過程中失誤的依據(jù)，因此它必須是經(jīng)前人總結(jié)或經(jīng)科學檢驗得出的科學理論。

(2)實驗材料選擇的科學性。根據(jù)實驗目的和實驗原理選擇恰當?shù)膶嶒灢牧?，是保證實驗獲得預期結(jié)果的關(guān)鍵因素之一。(3)實驗方法的科學性。明確實驗要求和目的，確定科學實驗思路，才能得出正確而可靠的實驗結(jié)果。

(4)實驗步驟的科學性。正確的實驗步驟是確保實驗成功的重要環(huán)節(jié)。

(5)實驗結(jié)果的科學性。這是指對于實驗得出的結(jié)論不能簡單對待，而應該首先記錄，然后整理，最后再經(jīng)過仔細分析，找出它們所能透露給我們的最大的信息量。

5．可行性原則指整個實驗設計要具有可操作性，包括實驗材料、實驗器材、實驗方法的選擇等。例1：(2010廣東理綜卷)假設你去某飼料研究所進行課外實踐活動，需要完成以下任務：(1)選用恰當?shù)脑噭z測某樣品中是否含有蛋白質(zhì)。提供的試劑有：①碘液，②蘇丹Ⅲ溶液，③雙縮脲試劑，④斐林試劑。你選用的試劑應該是________；蛋白質(zhì)與相應試劑反應后，顯示的顏色應為________。(2)完善以下實驗設計并回答問題。③紫色①實驗組6中，Ⅰ應該為__________，原因是____________________________________________；Ⅱ應該為____，原因是____________________________________；②要直觀和定量地反映小鼠的生長情況，可以測量小鼠的__________和__________。普通飼料要排除普通飼料中的植物蛋白對實驗結(jié)果的影響

無關(guān)變量應該處于相同且適宜的狀態(tài)21平均體長

平均體重【解析】

本題主要考查學生科學地選擇實驗試劑、對照實驗中單一變量的控制及因(反應)變量的檢測。探究A動物蛋白對小鼠生長的影響，不同濃度A動物蛋白的組合即2、3、4、5為實驗組，且為相互對照組；第1組為空白對照組，排除基礎飼料對實驗結(jié)果的影響；還缺乏另外一個對照組，來排除植物蛋白對實驗結(jié)果的影響，即第6組。【變式題1】某研究小組進行一個有關(guān)兔水鹽代謝調(diào)節(jié)的實驗，以下為實驗報告，請予以完善。實驗名稱兔的水鹽代謝調(diào)節(jié)(一)材料與方法(1)家兔12只，2.5kg/只，隨機分為3組(甲組、乙組及丙組)，每組4只。(2)對甲組兔靜脈滴注1.5%NaCl溶液，乙組滴注0.9%NaCl溶液，丙組滴注蒸餾水。滴注量均為200mL,0.5h滴完。(3)從滴注開始收集測定2h內(nèi)兔的尿液量。(二)結(jié)果與分析(1)甲、乙、丙三組兔平均尿量比較：__________。(2)原因：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。甲＜乙＜丙

甲、乙、丙三組兔分別注入1.5%NaCl溶液、0.9%NaCl溶液和蒸餾水。丙、乙、甲三組兔細胞外液的滲透壓依次升高，下丘腦的滲透壓器所受的刺激依次升高，下丘腦分泌、經(jīng)垂體釋放的抗利尿激素依次增多，腎小管、集合管等對原尿中的水重吸收的量依次增多，所以丙、乙、甲三組兔尿量依次減少(三)討論(1)實驗設計時每組兔能否只用1只？為什么？______________________________________________________________________(2)有人認為需要增加1組兔才能使本實驗設計更為完善，你認為對該組兔最有必要作何實驗處理？為什么？________________________________________________________________________________________________

不能。只用一只兔不能排除因個體差異造成的對實驗結(jié)果的影響。

用這組兔作空白對照，不滴注任何液體；可以使甲、乙、丙三組兔的尿量有更好的比較基準。【解析】

本題考查實驗設計應遵循對照原則、平行重復原則及利用生物學知識對實驗結(jié)果進行分析。細胞外液滲透壓越高，下丘腦分泌、垂體釋放的抗利尿激素越多，腎小管、集合管等對原尿中的水重吸收的量越多，尿量越少。有空白對照實驗數(shù)據(jù)作為比較，使實驗的結(jié)果更加準確；平行重復實驗才能避免結(jié)果的偶然性，使得出的結(jié)論準確、科學。例2:請用所給的實驗材料和用具，設計實驗來驗證哺乳動物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有專一性。要求完成實驗設計、補充實驗步驟、預測實驗結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問題。實驗材料與用具：適宜濃度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4種溶液，斐林試劑、37℃恒溫水浴鍋、沸水浴鍋。(1)若“+”代表加入適量的溶液，“-”代表不加溶液，甲、乙等代表試管標號，請用這些符號完成下表實驗設計?？键c2:探究性實驗和驗證性實驗(2)實驗步驟：①按照上表中的設計，取試管、加溶液；________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)結(jié)果預測：_____________________________________________________________________________________________________________。(4)結(jié)論：___________________________________。②混勻，37℃恒溫水浴一段時間；③取出試管，分別加入適量的斐林試劑，混勻，水浴加熱一段時間；④觀察實驗現(xiàn)象并記錄實驗結(jié)果。

含有蔗糖和蔗糖酶溶液的試管，以及含淀粉和淀粉酶溶液的試管中出現(xiàn)磚紅色沉淀，其他試管中不出現(xiàn)磚紅色沉淀酶的催化作用有專一性【解析】

(2)實驗步驟略。(3)驗證性實驗應該能夠預測到正確的實驗結(jié)果。(4)結(jié)論應該是與實驗目的一致的。(5)溫度會影響酶的活性。(5)在上述實驗中，如果僅將37℃恒溫水浴鍋的溫度調(diào)到20℃，而在其他條件不變的情況下重做上述實驗，出現(xiàn)磚紅色試管中的顏色會比37℃時淺，其原因是_______________________________________________________。20℃低于酶的最適溫度，酶活性低，水解產(chǎn)生的還原糖少【變式題2】(2010安徽卷)面對去冬今春我國西南部分地區(qū)嚴重旱情，生物興趣小組同學查閱資料發(fā)現(xiàn)，摩西球囊霉菌可以與植物根系形成共生體，能提高干旱條件下植物體內(nèi)活性氧的清除能力，增強抗旱性。請完成實驗設計，探究接種摩西球囊霉菌是否具有提高紫花苜蓿(牧草)的抗旱能力。材料用具：紫花苜蓿幼苗，摩西球囊霉菌菌種，栽培土(經(jīng)滅菌處理的田間土與河沙混合，體積比9∶1)，大小一致的花盆。方法步驟：(1)每個花盆中放置栽培土3kg，并將花盆平均分成A、B兩組。(2)A組各花盆中_____________________________，B組各花盆中_________。(3)將等數(shù)量的幼苗移栽于各花盆中，置于____________條件下培養(yǎng)。(4)6周后，______處理10d，每天觀察、記錄并統(tǒng)計________________________________________。結(jié)果預期與分析：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。接種等量的摩西球囊霉菌菌種不接種適宜且相同干旱紫花苜蓿死亡率或存活率或存活天數(shù)

A組紫花苜蓿死亡率明顯低于B組，則可能是接種摩西球囊霉菌提高了抗旱能力；A組紫花苜蓿死亡率等于或明顯高于B組，則可能是接種摩西球囊霉菌不能提高抗旱能力【解析】

本題是考查探究性實驗的有關(guān)內(nèi)容。根據(jù)題意可知，設置對照實驗，控制好無關(guān)變量，放在干旱環(huán)境中進行實驗，統(tǒng)計指標為紫花苜蓿死亡率或存活率或存活天數(shù)。探究實驗的預期結(jié)果不唯一?？键c3:實驗設計的基本程序

1．確定實驗名稱：是關(guān)于一個什么內(nèi)容的實驗，同時確定是“驗證性實驗”還是“探究性實驗”。

2．明確實驗目的：實驗要解決什么問題。

3．分析實驗原理：完成該實驗的理論依據(jù)。

4．設計實驗操作步驟：一般按以下步驟進行。

(1)取材、分組、編號。根據(jù)實驗要求選擇適宜的材料和器材進行分組。分組編號要有明確的標記，如A、B、C或者甲、乙、丙等，讓人看后一目了然，便于實驗的觀察、統(tǒng)計、比較和對實驗現(xiàn)象的描述。(2)實驗處理。根據(jù)實驗要求分別對實驗組和對照組進行處理，除實驗變量外，其他條件應保持相同，即控制無關(guān)變量。

(3)相同且適宜條件下培養(yǎng)一段時間。

(4)檢測、觀察、統(tǒng)計、比較。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。

5．實驗結(jié)果的預測：如果是驗證性實驗，都可以預測到與實驗目的一致的結(jié)果；如果是探究性實驗，預測的結(jié)果不唯一，通常有三種可能：變量促進結(jié)果，變量抑制結(jié)果，變量與結(jié)果無關(guān)。

6．實驗結(jié)論的歸納：實驗結(jié)果是由實驗變量引起的變化，如測得的有關(guān)數(shù)據(jù)、實驗對象出現(xiàn)的顏色的變化、形態(tài)和生理等方面的變化，是對實驗現(xiàn)象的直接陳述。實驗結(jié)論是在實驗結(jié)果的基礎上，根據(jù)已有的知識合理遷移，通過推理和判斷，得出的關(guān)于生命現(xiàn)象的最本質(zhì)的認識。如“鑒定葡萄糖是還原糖”的實驗中，葡萄糖與斐林試劑共熱煮沸后出現(xiàn)磚紅色沉淀，這是實驗結(jié)果，在此基礎上得出“葡萄糖是還原糖”則是實驗的結(jié)論。例3:小王發(fā)現(xiàn)黑暗中生長的大豆幼苗比陽光下生長的大豆幼苗高得多。請設計一個實驗方案，驗證不同光照強度對大豆植株高度的影響，并預測實驗結(jié)果。實驗材料和用具：大豆種子(200粒)、光照培養(yǎng)箱(光照強度范圍0～10000lx，溫度、濕度等均可自行設定)、培養(yǎng)皿、直尺等。(1)實驗方案：___________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)實驗結(jié)果預測：_____________________________?！窘馕觥?/p>

本題考查根據(jù)自然現(xiàn)象設計實驗方案及預測實驗結(jié)果的能力。在設計實驗過程中，注意遵循對照原則、單一變量原則、平行重復原則等科學原則。至少分三組，有黑暗作為對照，每組必須有一定的種子數(shù)量，且數(shù)量相等。預測實驗結(jié)果要根據(jù)題中所給的自然現(xiàn)象，即黑暗中生長的大豆幼苗比陽光下生長的大豆幼苗高得多，即可得出正確答案?！敬鸢浮?/p>

(1)①實驗材料：選出180粒大小一致的種子，分成六組，每組30粒，在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)；

②培養(yǎng)條件：光照強度：0、2000、4000、6000、8000、10000lx，溫度為25攝氏度，培養(yǎng)一周；

③測定指標：用直尺測量植株高度，計算每組的平均值。

注：要求至少分為三組(三個處理)，每組有一定的種子數(shù)量，光照強度必須有0lx(黑暗)

實驗結(jié)果預測：隨光照強度增加，植株高度下降?！咀兪筋}3】(2010浙江卷)為研究兔紅細胞在不同濃度NaCl溶液中的形態(tài)變化，請根據(jù)以下提供的實驗材料與用具，寫出實驗思路，設計記錄實驗結(jié)果及原因分析的表格，并填入相應內(nèi)容。材料與用具：兔紅細胞稀釋液、質(zhì)量分數(shù)為1.5%的NaCl溶液、蒸餾水、試管、顯微鏡等。

(要求：答題時對NaCl溶液的具體配制、待觀察裝片的具體制作不作要求)實驗思路：(1)①_______________________________________________________________。②_________________________________________________________________。③

_______________________________________________________________________________________。(2)設計一張表格，并將預期實驗結(jié)果及原因分析填入該表中。不同濃度NaCl溶液對兔紅細胞形態(tài)的影響配制一系列質(zhì)量分數(shù)由0到1.5%的NaCl溶液，分別等量加入各支試管中向上述各支試管中分別加入等量的兔紅細胞稀釋液，放置一定時間

取兔紅細胞稀釋液和上述試管中的紅細胞稀釋液制作裝片，用顯微鏡觀察并比較紅細胞形態(tài)的變化【解析】

實驗目的為研究兔紅細胞在不同濃度NaCl溶液中的形態(tài)變化，所以需要設置不同濃度梯度的NaCl溶液，實驗原理是動物細胞在等滲溶液中形態(tài)不變，在低滲溶液中細胞吸水脹大，在高滲溶液中細胞失水皺縮?！敬鸢浮?/p>

實驗評價就是利用已有的生物學知識，從實驗取材、藥品試劑、步驟及操作、結(jié)果及預測等進行評價，從而正確解答有關(guān)內(nèi)容。對實驗方案評價時，要注意從以下幾方面入手：(1)實驗原理是否正確；(2)藥品和試劑的使用是否正確；(3)實驗材料的選擇是否正確；(4)有無對照，如果有看對照設計是否合理；考點4：實驗設計的評價與修訂

(5)實驗步驟是否科學(實驗是否遵循了單一變量原則，是否漏做了某個實驗步驟，操作步驟是否顛倒，操作方法是否正確)；

(6)是否采取正確的方法進行實驗結(jié)果的呈現(xiàn)和記錄；

(7)對實驗結(jié)果的預測與分析是否合理；

(8)實驗的安全性如何。實驗設計修訂就是在發(fā)現(xiàn)問題的基礎上提出正確的方案。發(fā)現(xiàn)問題是基礎，修正是目的。例4：(2008江蘇卷)為研究酵母菌種