2019高中生物实验设计专题学案(含答案及解析-用)-副本.doc

高中生物实验设计专题

一、实验题按能力要求可划分为四大题型：
（1）实验分析题型；
（2）实验方案的纠错或完善题型；
（3）实验设计题型（验证性实验；探究性实验）；
（4）实验有关的综合类题型。

二、实验设计的一般模型：
审题
①浏览试题 ②明确要求 ③挖掘条件：认真审题辨信息，明确目的联已知。
类型
分析
验证性实验题
探究性实验题
实验目的
试题中已知，用线画出即可
把试题中提出的问题变为陈述句。即探究（研究）自变量与因变量的关系（目的、课题，结论是确定自变量与因变量的具体关系）。
实验假设
不需要假设
对探究问题提出一种可能性
原理分析
实验原理即实验所依据的科学道理，涉及到生物学及相关学科中的哪些方法和原理。要结合课本所学知识，并充分利用题中给出的实验条件，来确定实验原理。
材料分析
一般试题会给出材料用具，但完全开放性试题要求根据实验目的，自主选择实验材料和用具（原则：不要少用也不要多用）。
变量分析
步骤1
获取变量，取材、分组并编号：获取实验中的自变量（唯一不同的量 ）（及无关变量和因变量），将若干生长状况、大小等相同的材料（用具）均分若干组，并用1、2、3…等标号。要注意对照、控制变量、平行重复等原则。
步骤2
材料处理：①不施加自变量（自然条件或模拟自然条件）设为对照组；②施加自变量，设为实验组（也可能是相互对照）；③控制无关变量，即其他条件相同且适宜。（注意对照原则、可操作性原则和平行重复原则）
步骤3
在相同且适宜条件下反应或培养一段时间。
注：若题干中没有具体数据，则用定性语言“等量、适量”来表述。
步骤4
观察（或测量或测定）和记录最直接、最简单的因变量，并求平均值：寻找具有可操作性的观察指标（特异颜色变化、沉淀反应；形态结构、生理特征变化等
），或测定指标（生长发育速度、生化反应速度等）、记录数据。
结果分析
根据实验原理确定已知实验结果，并对实验结果进行准确描述
对应假设，分类讨论：指出自变量与因变量有什么具体关系。即若…（结果），则…（结论）。
一般有3种情况：
①若实验组和对照组无显著差异（A=B），则自变量无影响；
②若实验组比对照组好（A＞B），则自变量有利；
③若实验组比对照组差（A＜B），则自变量不利。
（如果是相互对照，也分类讨论）
实验结论
对应实验目的做出肯定结论
正确表达
将实验分析的成果用语言或表格或图形（曲线、柱形图等）予以表达
检查
检查实验设计及语言表达有没有科学性错误

三、对照原则、控制变量原、平行重复原则及预实验的意义
1、对照原则：排除实验操作等误差，排除食物、溶剂等影响，说明实验结果单纯由于某个实验条件的不同（即自变量）产生。通过对比，增强实验结果的说服力。
2、控制变量（单一变量或等量、随机、均分）原则：排除环境因素（无关变量）对实验的干扰，排除实验偶然性，提高实验正确率。
3、平行重复原则：取多个或重复实验求平均值，排除实验材料个体差异或实验操作等误差对实验结果的影响，减少实验误差。
4、预实验：为进一步实验摸索条件，也可以检验实验设计的科学性和可行性，以免由于设计不周、盲目开展实验而造成人力、物力和财力的浪费。

四、实验结果记录表格和图形（曲线图、柱形图）模式
结果分析及结论：指出自变量与因变量有什么具体关系。即若…（结果），则…（结论）。
特别注意：不论是表格，还是曲线图、柱形图，都需要有标题（即自变量与因变量的关系表或图）。
1、1个自变量
1）1个自变量，1个或多个因变量

实验组别
1
2
3
4
5
…
自变量（根据题确定）
对照组
实验组1
实验组2
实验组3
实验组4
…
因变量（根据题确定）
因变量1

因变量2

因变量3

…

如：
实验组别
1
2
3
4
5
汞溶液浓度（mg/L）
0
5
10
25
50
发芽种子的平均数（单位）

幼苗的平均根长（单位）

曲线图如（柱形图略）：
自变量
因变量

2）1个自变量，1个因变量，多个平行或重复实验

实验组别
1
2
3
4
5
…
自变量（根据题确定）
对照组
实验组1
实验组2
实验组3
实验组4
…
平行或重复组
（根据题确定）
1

2

3

…

平均值
（因变量单位/自变量单位）

如：
NAA浓度
（ppm）
每根枝条的生根数量

枝条编号

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

第1枝条

第2枝条

第3枝条

第4枝条

第5枝条

每一枝条平均生根数量（条）

曲线图如（柱形图略）：
（自变量）
（因变量）

2、2个自变量
自变量1
因变量
自变量2

对照组

实验组1

实验组2

实验组3

实验组4

…
对照组

实验组a

实验组b

实验组c

实验组d

…

如：

曲线图如：
（自变量2）
（因变量）
（自变量1）

五、专题训练
（一）、实验分析题型
1．某生物兴趣小组用迎春枝条作实验材料，做了探究NAA促进扦插枝条生根最适浓度实验的预实验，结果如图所示。请根据预实验结果，设计进一步的探究实验：
⑴材料用具：生长旺盛的一年生迎春枝条若干、烧杯、量筒、培养皿、NAA、蒸馏水等。
配制溶液： 配制浓度依次为2ppm、2.5ppm、3ppm……6ppm的NAA溶液9份 （溶液浓度梯度差为0.5ppm）。
解析：由曲线图可知，促进生根的最适浓度在2ppm—6ppm之间，又题干要求浓度梯度差为0.5ppm，因此配制浓度梯度依次为2ppm、2.5ppm、3ppm……6ppm的NAA溶液9份。
⑵实验步骤：
① 将长势相同的、等长大小的迎春枝条随机平均分成9份，每份5枝 ；（解析：获取变量，取材分组并编号；遵循对照原则、控制变量原则、平行重复原则。因此本实验的目的是探究最适浓度，因此不需设制空白对照，而是相互对照。）
②浸泡： 将9份枝条的基部分别浸泡在2ppm、2.5ppm、3ppm……6ppm的NAA溶液中 ；（解析：材料处理。）
③一天后， 取出枝条放在适宜相同条件下分别进行扦插培养 ；（解析：在相同且适宜条件下反应或培养一段时间。）
④十天后， 对扦插枝条的生根情况进行统计记录 。（解析：观察（测量、检测）最直接、最简单的因变量。）
⑶该实验应控制好两个主要无关变量是： 各组枝条处理时间要长短一致 所用植物材料尽可能做到条件相同 。（解析：影响本实验的无关变量有枝条处理时间、枝条来源部位、温度、扦插的土壤条件等。）
⑷请你设计一个表格来呈现实验现象。
⑷
NAA浓度
（ppm）
每根枝条的生根数量

枝条编号

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

第1枝条

第2枝条

第3枝条

第4枝条

第5枝条

每一枝条平均生根数量（条）

解析：自变量与因变量的关系。

2．南方红豆杉为世界珍稀濒危物种，具有极其重要的药用和经济价值。虽可利用种子繁殖，但种子的休眠期长，种子萌发率低，为挽救这一珍稀濒危物种，某学校研究性学习小组围绕提前解除种子休眠提高发芽率这一目标，做了如下实验探究，通过实验得到了下表中的实验结果。请分析回答：
处理方法
发芽率
机械破损后直接播种
28．2%
0．05%赤霉素浸种24小时
23．8%
机械破损后，再用0．05%赤霉素浸种24小时
80．4%
机械破损后，再用40℃的0．05%赤霉素浸种24小时
96．6%
（1）根据该小组的研究内容，请为他们的研究课题拟定一课题名称：
打破（提前解除）南方红豆杉种子休眠期的技术（方法、措施）研究。 【或探究人工处理红豆杉种子提高发芽率的技术（方法、措施）研究】 。（解析：探究自变量与因变量的关系。）
（2）该小组实验前做出假设是：
机械破损、植物激素（赤霉素）、温度等外因能解除种子的休眠期提高发芽率 。（解析：对探究的问题提出一种可能性。）
（3）概括该小组实验过程的主要步骤：
①将种子分为四组。
② 按表上要求对各组种子进行处理 ；（解析：实验设计的第二、三步，如上表。）
③ 播种并分别记录各组发芽情况 。（解析：实验设计的第四步。）
（4）该实验可能得出的重要结论：
机械破损、赤霉素浸泡、温度对解除种子休眠都有作用，但机械破损后再用40℃的赤霉素浸泡效果最好 。（解析：结论表中已经给出，现在将表中的数据转化文字描述，要求简单、全面、准备确。）
（5）为了使研究结果更加科学，更具有说服力，应做哪些方面的改进？
设置对照组 。（解析：对照实验使实验具有说服力。）

3．在人群中有耳垂和无耳垂是一对相对性状，已知无耳垂是隐性性状，有耳垂是显性性状。某小组计划调查上海市50个家庭的父母与子女间这对相对性状的遗传（假设一对夫妻只生一个孩子），作为一次研究性学习活动。
（1）如果你是该小组中的一员，请你确定本次研究活动的主要目的：___确定这一性状是否为伴性遗传（或验证基因的分离定律，调查基因频率等）___。
（2）请设计一张表格（写在下面），用于调查时统计数据，并给表格起一个标题。
上海市部分家庭耳垂性状遗传的调查统计表
父亲性状
母亲性状
儿子性状
女儿性状
有耳垂
无耳垂
有耳垂
无耳垂
有耳垂
有耳垂

有耳垂
无耳垂

无耳垂
有耳垂

无耳垂
无耳垂

（3）该实验的不足之处是____被调查的家庭数目太少___。

（二）、实验方案的纠错或完善题型
4．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素的活性。为了探索这一问题，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，请改正并预测实验现象及结论。实验步骤:
(1)取三只相同的洁净玻璃缸，编上号，分别装上等量的蒸馏水、河水、自来水。
(2)取发育状况不同的15只蝌蚪，分成三等份，分别放人1、2、3号玻璃缸中，三只玻璃缸放在相同的适宜外界条件下培养。（解析：（1）（2）为获取变量取材分组）
(3)每天同时向1、2、3号玻璃缸中分别投入普通饲料、甲状腺制剂拌匀的饲料、用60℃温水处理1小时的甲状腺制剂拌匀的饲料。（解析：（3）为材料处理）
(4)过几天比较蝌蚪的发育状况。（解析：（4）为培养、观察记录）
改正：
(1)“蒸馏水、河水、自来水”错，应改为“河水”。
（解析：本实验是探究温度对甲状腺素活性的影响，温度是自变量，第一步中又分别用“蒸馏水、河水、自来水”，违反了“控制变量或单一变量原则”，应用等量的同一种液体，而该溶液是用来培养蝌蚪的，所以要蝌蚪自然生长的溶液，即“河水”）
(2) “发育状况不同的15只蝌蚪”错，应改为“发育状况相同的15只蝌蚪”。
（解析：同样违反了“控制变量或单一变量原则”。）
(3) “分别投入普通饲料、…”错，应改为“分别投入等量且适量的普通饲料、…”
（解析：叙述中没有体现出“控制变量或单一变量原则”。）
预测实验现象及结论：
①若2玻璃缸内蝌蚪发育最快，而1、3玻璃缸内蝌蚪发育状况相同，说明高温使甲状腺制剂失活。
②若2玻璃缸内蝌蚪发育最快，3玻璃缸内次之，1玻璃缸最慢，说明高温使甲状腺制剂活性降低。
③若2、3玻璃缸内蝌蚪发育状况相同，而1玻璃缸内较慢，说明高温未影响甲状腺制剂活性。

（三）、实验设计题型
5．根据提供的实验材料设计并完成pH对酶活性影响的实验。材料用具：试管、量筒、烧杯、酒精灯、温度计、新鲜唾液、质量分数为3％的可溶性淀粉溶液，质量分数为5％的盐酸，质量分数为5％的NaOH溶液，清水、碘液。用正确方法完成实验中的一些步骤：
（1）第一步：实验至少要取 三只（解析：设计PH值梯度时，至少要有酸性、中性、碱性三个梯度） 支洁净的试管，编号后分别注入1mL新鲜唾液。（解析：第一步：获取变量、取材分组）
（2）第二步： 分别向1、2、3号试管中注入1mL盐酸溶液，1mL NaOH溶液，1mL清水 。
（3）第三步：分别向试管中注入2mL淀粉溶液，振荡后将试管下部浸入装有 35℃温水 的烧杯中，这样处理的原因是 酶的催化作用需要适宜的温度 。
（解析：第二、三步：材料处理。“1mL”可写成“等量且适量”。）
（4）第四步：10min后 取出试管，分别滴入1滴碘液并摇匀，观察颜色变化 。
（解析：第四步：反应、观察记录）
（5）实验结果分析： 1、2号试管变蓝，淀粉未被分解，因为过酸过碱的环境都会影响唾液淀粉酶的活性，3号试管不变蓝，淀粉已被分解（解析：本实验是教材上的已知实验，三支试管都变蓝、三支试管都不变蓝的情况不存在） 。

6．现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受水分、温度和氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关，探究光的有无对该种子萌发的影响，请你依据所给材料和用品设计出实验的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。
材料和用品：数量充足的铺有滤纸的培养皿、无菌水、表面消毒过的种子等。
方法步骤：
① 向培养皿中倒入适量的水，将等量的种子分别放入A、B两组培养皿中 。
② 将A组置于有光照的环境中，B组置于黑暗环境中 。
③ 将A、B两组置于温度、水分、空气状况适宜且相同的环境中培养一段时间 。
④ 观察并记录两组种子的萌发情况 。
可能的实验结果及相应的结论：
①有光组萌发，无光组也萌发(或答发芽率差异不显著)，该种植物的种子萌发不受光的影响。
②有光组萌发，无光组不萌发(或答有光组发芽率高于无光组，差异显著)，光是该种植物种子萌发的必要条件之一。
③有光组不萌发，无光组萌发(或答无光组发芽率高于有光组，差异显著)，光抑制该种植物种子的萌发。

7．蚕豆叶片是观察气孔的优良材料，尤其是下表皮气孔数目较多，气孔是各种气体进出叶片的通道。下图为气孔结构示意图，气孔两侧的细胞称为保卫细胞，决定着气孔的开闭。有人提出气孔的开闭与保卫细胞的吸水和失水有关。
请你根据试题中所给的材料和用具设计一实验，探究保卫细胞吸水和失水与气孔开闭之间的关系，并得出相应结论。

（1）材料用具：显微镜，镊子，刀片，吸管，载玻片，盖玻片，吸水纸，蒸馏水，0.3g/mL的蔗糖溶液。
（2）实验步骤：
步骤1 取载玻片2片，分别在中央滴加蒸馏水和蔗糖溶液各一滴。
（解析：“认真审题辨信息”。从材料用具中有显微镜、蒸馏水、0.3g/mL的蔗糖溶液我们可知本题的用意是“用显微镜观察蚕豆叶片保卫细胞在吸水和失水状况下气孔的开闭情况来判断题中的假设”。步骤1进一步做了提示。因此实验要取材、制片、镜检）
步骤2 用镊子撕取蚕豆叶片下表皮两块，分别置于载玻片中央的液滴中，盖上盖玻片 。
步骤3 将装片分别置于显微镜下观察 。
（3）实验结果预测及结论
① 如果蒸馏水中气孔开放，蔗糖液中气孔关闭，说明失水使气孔关闭，吸水使气孔开放　 。
②　　如果蒸馏水中气孔关闭，蔗糖液中气孔开放，说明失水使气孔开放，吸水使气孔关闭　　。
（③如果蒸馏水和蔗糖液中的气孔都开放或关闭，说明气孔的开放或关闭与吸水或失水无关。但这种情况是不会发生的）

8．某课题小组的研究性学习课题是“探究影响细菌生长繁殖的因素。”他们在培养细菌的过程中发现了某种细菌（记作X）的周围其他细菌的生长繁殖受到抑制。他们把X细菌接种到专门的培养基上培养，一段时间后除去X细菌，用该培养基再培养其他细菌，结果其他细菌仍然不能生长和繁殖。据以上材料回答下列问题：
（1）从生态学的角度分析，X细菌与其周围细菌之间的关系称　　竞争　。
（2）X细菌周围的其他细菌不能生长和繁殖的原因最可能是　　X细菌代谢过程中产生了能抑制其他细菌生长和繁殖的物质（解析：“认真审题辨信息”，因题干中说“他们把X细菌接种到专门的培养基上培养，一段时间后除去X细菌，用该培养基再培养其他细菌，结果其他细菌仍然不能生长和繁殖”，而推得，但因缺乏对照实验，因而不能得出肯定的结论，只是最大可能）　。
（3）为验证（2）中的原因进行了如下实验。请参照上述题目中给出的有关材料，补充相关的实验步骤及结果：（解析：思路——根据题干中的实验步骤，再增加一个对照组）
第一步：取两个培养皿，按相同营养成分配制成甲、乙两个培养基。
第二步：　　在甲培养基上接种X细菌，培养一段时间后将X细菌除去；乙培养基上不接种X细菌作为对照　　　　。
第三步：　　在这两个培养基上分别培养接种相同的其他细菌，（一段时间后分别观察甲、乙两培养基中其他菌的生长情况。） 　。
第四步：在相同条件下，让甲、乙两个培养基上的细菌生长繁殖。
实验结果： 甲培养基上的其他细菌不能生长繁殖，乙培养基上的其他细菌能正常生长繁殖 。
A
B
C
D

9．为了验证植物的根总是向着重力方向生长，有人设计了下列实验：
第一步：取已萌发的玉米4粒，分别放在培养皿的四个位置上（如图所示），并且幼苗的根尖都朝向培养皿的中心。
第二步：将滤纸剪成培养皿大小，盖在玉米粒上，再盖上湿棉花，直到填满整个培养皿。然后盖上培养皿盖，使玉米粒不能移动位置。用胶布将培养皿和盖粘牢。
第三步：把培养皿竖立放在恒温箱内（无光照），不让其滚动，在适宜的温度下培养。
请根据上述实验的设计思路，回答下列有关问题：
（1）若培养皿竖立起来后，位置C在正下方，那么，四粒玉米中，处于__ A___位置的玉米粒可作实验对照。
（2）请你预测该实验的结果。
A处作对照的玉米幼根竖直向下生长，B、C、D三处作实验的玉米幼根都弯曲向下生长。或四粒玉米的根均向下生长。(其它正确答案也给分)。
（3）萌发的玉米粒在恒温箱内培养期间，其总重量和所含有机物重量分别发生了哪些变化？原因是什么？
萌发玉米粒总重量增加，因为幼根生长吸水较多。有机物重量减少，因为细胞呼吸作用消耗了部分有机物。
（4）现提供栽有玉米幼苗的花盆和纸箱若干，请你设计一个验证植物茎具有背地生长特性的实验。
将一盆幼苗(花盆)竖直放置，一盆幼苗(花盆)侧放(或倒放)，用纸箱罩住花盆，一段时间后观察，可见两个花盆中的幼苗茎均向上生长。(其它正确答案也给分)

（四）实验有关的综合类题型
10．植物的根与茎分别具有向地生长和背地生长的特性，这与重力影响植物体内生长素的重新分布有关。
实验一：将植物幼苗分成甲、乙两组。将甲组幼苗根的前端中央插入一薄云母片（见下图）。提示：云母片不影响植物生长，但不能让生长素透过。

将两组幼苗水平放置培养一段时间后，两组幼苗的生长情况如上图所示。
（1）根据上述实验结果得出的实验结论是： 幼苗根的向地生长与根尖内生长素的重新分布有关 。
（2）图乙所示幼苗的幼茎和幼根近侧端的生长素都远比远地侧高，但两者所发生的反应却不相同，这是因为 根对生长素浓度的反应敏感，高浓度会抑制根近地侧的生长，根表现为向地生长；茎对生长素浓度的反应敏感性差，高浓度能促进茎近地侧的生长，茎表现为背地生长。（说明：仅答生长素具有两重性或根茎对生长素敏感度不同，只给1分） 。
实验二：科学家研究发现，在单侧光的照射下，胚芽鞘中生长素能从向光侧横向运输到背光侧，从而导致胚芽鞘向光弯曲生长。为了验证胚芽鞘中的生长素的横向运输是发生在A段（胚芽鞘尖端）而不是B段（胚芽鞘下面一段），请根据提供的材料和用具，设计实验加以验证。
（1）实验材料及用具：胚芽鞘，一侧开孔的硬纸盒，薄云母片，光源等。
（2）绘图表示实验装置及方法，并用文字加以注解或补充说明。

甲 乙 丙
以上装置放在相同条件下培养一段时间后，观察胚芽鞘的生长和弯曲情况。
（3）实验结果的预测、解释和结论：
预测及解析：丙装置内胚芽鞘直立生长，表明胚芽鞘尖端生长素的横向运输受到阻止，植物不表现为向光生长。
甲、乙装置内胚芽鞘弯向光源生长，表明在单侧光照射下，甲、乙胚芽鞘尖端的生长素依然发生了横向运输，使背光侧生长素浓度高于向光侧，植物表现向光生长。
结论：在单侧光照射下，胚芽鞘尖端生长素的横向运输发生在A段而不是在B段。

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