高考生物科學探究系列1　實驗方案設(shè)計的基本原則（講解+練習含答案）

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1實驗方案設(shè)計的基本原則

1．科學性原則

所謂科學性原則，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)不能偏離生物學基本知識和基本原理，以及其他科學領(lǐng)域的基本原則。科學性原則具有兩個方面的含義：首先，必須保證實驗的設(shè)計不出現(xiàn)科學性錯誤；其次，實驗設(shè)計要具有科學思想和科學方法的因素。具體地說，科學性原則體現(xiàn)在以下幾個方面：實驗原理的科學性、實驗方法的科學性、實驗材料選擇的科學性、實驗結(jié)果處理的科學性及實驗結(jié)果分析的科學性等。

2．對照原則

對照原則是中學實驗中最常用的原則。通過設(shè)置對照實驗，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。在一個對照實驗中，可包括實驗組和對照組。實驗組是接受自變量處理的對象組，對照組是不接受自變量處理的對象組，一般是隨機決定的。常用的對照組類型有空白對照、自身對照、條件對照、相互對照幾種。

3．單一變量原則

單一變量原則可使實驗中的復雜關(guān)系簡單化，使結(jié)果更準確。其含義包括：(1)不論一個實驗有幾個實驗變量，都應(yīng)做到一個變量對應(yīng)一個需要觀測反應(yīng)變量；(2)實驗中要盡可能避免無關(guān)變量的干擾。這一原則強調(diào)實驗組和對照組只有一個量是不同的，實驗組和對照組的結(jié)果差異只能是由這個單一變量導致的，從而證明實驗組變量的作用。因此，在進行實驗設(shè)計時，要首先確定實驗變量并正確設(shè)置。

4．等量性原則

該原則是指要嚴格地操縱自變量，以獲取因變量，無關(guān)變量應(yīng)相同或等量，以消除無關(guān)變量干擾。

5．平行重復原則

任何實驗都必須能夠重復，在同樣條件下重復，實驗結(jié)果應(yīng)該一致或相近。實驗設(shè)計時，可以通過在一組實驗中同時處理多個材料，對實驗結(jié)果求平均值，保證實驗結(jié)果的可信度。

6．隨機性原則

實驗設(shè)計中的隨機性原則是指被研究的樣本是從總體或群體中隨機抽取的。這樣做可以：(1)消除或減少系統(tǒng)誤差，使顯著性測驗有意義；(2)平衡各種條件，避免實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差。

1．(2022·江蘇蘇州高三專題練習)鹽脅迫是制約植物生長的主要因素之一、以藍莓為材料研究鹽脅迫(150mmol·L－1NaCl)的不同處理時間(在0d、4d、8d、12d和16d取樣，分別用T0、T4、T8、T12、T16表示)下藍莓葉片的生理特性及代謝物的變化，結(jié)果如下圖。

圖1鹽脅迫不同處理時間下對藍莓葉片可溶性糖及光合色素含量的影響

圖2鹽脅迫不同處理時間下對藍莓葉片POD及SOD活性的影響

注：POD和SOD為抗氧化保護酶系統(tǒng)的重要組成部分，具有清除活性氧，減輕脂膜過氧化的功能。

下列相關(guān)敘述錯誤的是()

A．在該研究中，藍莓植株的培養(yǎng)溫度、pH及處理的NaCl濃度均為無關(guān)變量

B．由結(jié)果可知，鹽脅迫下藍莓通過提高可溶性糖的含量來維持葉片細胞滲透壓穩(wěn)定

C．結(jié)果表明，藍莓細胞在鹽脅迫12d左右時光合色素含量最高，達到耐鹽響應(yīng)高峰

D．一定程度的鹽脅迫下，藍莓可通過降低POD和SOD活性來維持生物膜的結(jié)構(gòu)和功能

D[由分析可知，藍莓植株的培養(yǎng)溫度、環(huán)境中pH、NaCl濃度、光照強度等因素都會影響藍莓植株的生長發(fā)育，會影響實驗結(jié)果，為無關(guān)變量，A正確；分析圖1可知，隨鹽脅迫時間延長，藍莓葉片中可溶性糖的含量先增大后減少，說明藍莓通過提高可溶性糖的含量升高細胞內(nèi)液體的濃度來維持葉片細胞滲透壓的穩(wěn)定，B正確；由圖1可知，鹽脅迫12d左右時光合色素含量最高，C正確；由圖2可知，鹽脅迫處理下，POD的活性先升高后降低，SOD的活性也是先升高后降低，但變化幅度不明顯，D錯誤。故選D。]

2．(2022·江蘇阜寧縣東溝中學模擬預測)“焦邊”是由缺鉀所引起的植物葉片邊緣出現(xiàn)枯黃色的現(xiàn)象。某同學欲探究鉀對植物葉片生長情況的影響，配制了兩種培養(yǎng)液進行實驗，培養(yǎng)液主要成分的配方如下表所示。以下說法錯誤的是()

組別培養(yǎng)液類別培養(yǎng)液所含主要成分的質(zhì)量濃度/(mg·L－1)

KNO3CaCl2·2H2OMgSO4·7H2O(NH4)2SO4

甲組完全培養(yǎng)液25000150250134

乙組缺鉀培養(yǎng)液0150250134

A．因變量為葉片邊緣是否出現(xiàn)枯黃色

B．該實驗不能證明鎂是合成葉綠素的必需元素

C．乙組實驗結(jié)果可以證明缺鉀會導致植物出現(xiàn)“焦邊”現(xiàn)象

D．可以增加一組二次對照實驗，即在缺素培養(yǎng)液中加入鉀，觀察植物葉片生長是否恢復正常

C[實驗的自變量是培養(yǎng)液是否含有鉀元素，因變量是葉片邊緣是否出現(xiàn)枯黃色，A正確；該實驗的自變量為是否含鉀，缺鉀會使植物葉片邊緣出現(xiàn)枯黃色，但不能得出鎂是合成葉綠素的必需元素的結(jié)論，要證明該結(jié)論，需要測量葉綠素的含量，B正確；乙組不含鉀而出現(xiàn)“焦邊”現(xiàn)象，需與甲組對照，同時再添加一組在缺鉀培養(yǎng)液中加入鉀的實驗，才可以證明缺鉀會導致植物出現(xiàn)“焦邊”現(xiàn)象，C錯誤；可以增加一組二次對照實驗，即在缺鉀培養(yǎng)液中加入鉀，觀察植物葉片生長是否恢復正常，增強實驗的說服力，D正確。故選C。]

3．(2022·江蘇南通模擬預測)丙酮酸進入線粒體被徹底氧化分解需要經(jīng)過系列脫氫過程，其中間產(chǎn)物琥珀酸在琥珀酸脫氫酶催化下脫下的氫可將藍色的甲烯藍(一種指示劑)還原成無色的甲烯白。丙二酸和琥珀酸分子結(jié)構(gòu)相似，可以競爭性與琥珀酸脫氫酶結(jié)合，但不會脫氫。試設(shè)計實驗方案探究丙二酸對琥珀酸脫氫反應(yīng)是否有抑制作用，下列敘述不合理的是()

A．實驗假設(shè)：丙二酸對琥珀酸脫氫反應(yīng)有抑制作用

B．實驗取材：大白鼠心肌細胞含有較多的線粒體，可從其研磨液中提取琥珀酸脫氫酶

C．實驗分組：對照組加琥珀酸、實驗組加丙二酸，兩組都加入甲烯藍和琥珀酸脫氫酶

D．觀察指標：藍色的甲烯藍還原成無色的甲烯白時間的長短

C[探究丙二酸對琥珀酸脫氫反應(yīng)是否有抑制作用，實驗假設(shè)可以是：丙二酸對琥珀酸脫氫反應(yīng)有抑制作用，也可以是：丙二酸對琥珀酸脫氫反應(yīng)沒有有抑制作用，A正確。實驗取材：線粒體中的琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸脫氫，要獲取琥珀酸脫氫酶，可以從大白鼠心肌細胞研磨液中提取琥珀酸脫氫酶，B正確。實驗分組：實驗的自變量是有無丙二酸，對照組加琥珀酸、甲烯藍和琥珀酸脫氫酶；實驗組加琥珀酸、丙二酸、甲烯藍和琥珀酸脫氫酶，C錯誤。本實驗的觀測指標可以是：藍色的甲烯藍還原成無色的甲烯白時間的長短，D正確。故選C。]

4．(多選)(2022·江蘇無錫高三專題練習)關(guān)于生物實驗中“對照”及“變量”的相關(guān)敘述錯誤的是()

A．檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實驗中，沒有進行對照

B．探究pH對酶活性影響的實驗與探究酶活性的最適pH實驗，溫度都屬于無關(guān)變量，兩實驗的自變量、因變量相同，但實驗組數(shù)設(shè)置有所不同

C．觀察紫色洋蔥鱗片葉細胞質(zhì)壁分離與復原實驗中，滴加蔗糖和清水，屬于自變量，原生質(zhì)層位置變化為因變量，該實驗不存在對照

D．探究溫度對淀粉酶活性影響實驗中，淀粉酶的濃度是自變量，不同溫度條件下淀粉遇碘變藍程度是因變量

ACD[檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)實驗中，也存在對照實驗，如蛋白質(zhì)鑒定實驗時，留出了一部分樣液不加雙縮脲試劑作為本實驗對照，A錯誤；探究pH對酶活性影響的實驗中自變量為pH，溫度為無關(guān)變量，探究酶活性的最適pH實驗中自變量也是pH，溫度也屬于無關(guān)變量，兩實驗的自變量、因變量相同。探究酶活性的最適pH實驗中應(yīng)設(shè)置一系列不同的pH相互對照，實驗組數(shù)相