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探究性实验和验证性实验的例析

一． 探究性实验与验证性实验的比较
l、概念
（1）探究性实验：指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。
（2）验证性实验：指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。
2、比较表

探究性实验
验证性实验
实验目的
探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系
验证研究对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系
实验假设
假设一般采用“如果A，则B” 的形式表述，是根据现有的科学理论、事实．对所要研究的对象设想出一种或几种可能性的答案、解释
因结论是己知的，因此不存在假设问题（或已有实验过程、结果，在提出假设时，通过验证，得出假设是正确的）
实验原理
因探究内容而异
因验证内容而异
实验过程
应有的实验步骤实际上并未完成，因探究内容而异
应有的实验步骤，可以是曾经做过或尚未做过的，因验证内容而异
实验的分组：有实验组和对照组。如果实验中是一个自变量，则分成2组（有时也分成3组），即自变量改变与否；如果是二个自变量，则分成3组，即1、2组的设立是改变其中的一个自变量，第3组是两个自变量改变与否；……
实验组和对照组的设计是对自变量的处理，对无关变量的应设置在相同的条件下，以免影响自变量对实验的效果。故从实验材料中分析出自变量是实验的关键。
实验现象
未知，可以不描述
已知，应准确描述
实验结果预测
对应假设，分类讨论。一般需讨论“如果出现结果①会怎样，如果出现结果②或③又会怎样”，一般有多种可能的结果。但有时也会出现“预测最可能的结果”的问题．此种情况应根据已有知识推测最合理的结果。
与实验假设一致
（不可与探究性的结果预测相混）
实验结论
根据可能的实验结果，进行分析。
对应实验目的做出肯定结论
3． 解答技巧及策略

　　此类实验需要对某些生物学现象作出合理化的假设并通过设计实验进行验证。如教材中“比较过氧化氢酶与Fe3+的催化效率”、 “探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”、“温度对酶活性的影响”、“植物向性运动的实验设计与观察”等。
4、复习探究和验证性实验要注意的问题：
（1）分清实验组和对照组。在设计实验时必须要有明确的标记，如用甲、乙、丙，或者是A、B、C或者1、2、3，总之让人以一目了然的感觉。 即对照原则：
①空白对照：即不给对照组做任何处理。如例9、11、12
②条件对照：给实验组某种处理，给对照组另外一个条件处理。如例1
③自身对照：指对照组和实验组都在同一研究对象上进行。例如鸡的阉割实验——阉割前鸡的状况为对照组，阉割后的鸡为实验组。如例4、7
④相互对照：不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照，例如不同温度对酶活性的影响。研究不同浓度下种子的萌发情况。如例2、3、6、10
（2）分析实验设计中的单一自变量。即单一变量原则。例如不同温度对酶活性的影响时，温度就是这一变量，而pH、底物浓度、酶浓度等就是无关变量，应设置为相同。
（3）注意实验操作步骤的前后顺序要有逻辑性（前因后果），步步有理，环环相扣，各步骤要严密、完整。
（4）注意实验用具与试剂及需要控制的实验条件。
（5）注意实验结果的观察、记录、分析和结论，确定对实验结果的观察内容和合适的观察方法，最后对结果作出科学的解释并得出正确的结论。
二．实验分析
1、探究性实验的设计
　　 例题：绿豆种子萌发初期的生长主要是胚轴的伸长。某研究性学习小组从一个农科所获得了一种复合肥料，他们想探究这种复合肥料溶液在什么浓度范围对绿豆萌发初期的生长促进作用最大。请你利用下列材料，参与他们的实验设计。
材料：做好标记的大号培养皿若干个、刚萌发出一小段胚轴的绿豆种子若干组(10粒／组)、
复合肥料颗粒、蒸馏水、脱脂棉、直尺等
实验步骤：
(1)配制一系列不同浓度的复合肥料溶液。(确定自变量)
(2)分别测量已萌发绿豆胚轴的长度，并计算各组的平均值，记录下来。(确定因变量，前测，收集、处理数据)
(3)将分别用不同浓度的复合肥料溶液浸润过的脱脂棉，铺在不同的培养皿中，再将几组已萌发的绿豆分别放入其中。另外设置一个用蒸馏水代替复合肥料溶液处理的对照组。(设置实验组和对照组)
(4)将上述装置放在温度等外界环境条件适宜且相同的地方培养。(控制无关变量)
(5)几天后，再次测量绿豆胚轴的长度，计算各组平均值，记录下来。(测量、收集、处理数据)
最后，将实验数据进行比较分析，得出结论。
　　例1：植物开花受光周期的影响。菊花等短日照植物只有白昼短于一定时数若干天后，才能开花。那么菊花感受光周期刺激的部位在哪里？是在植物的顶端花芽，还是在下部的叶片？请你设计实验探究菊花感受光周期刺激的部位，写出实验步骤，预测实验结果并分析。
实验材料：（略）
（1）实验步骤：

①
②
③
（2）实验结果预测与分析：

　　例2：如果要探究栽种的植物在何种日温与夜温组合下，最有利于植物的生长，你如何进行实验设计?(日温可控制范围：15~35℃；夜温可控制范围：17~ 25℃；植物生长的其它条件均合适)
（1）实验方案：
①
②
③
（2）预测最有利于植物生长的温度组合并作解释：

　　例3：在自然界中生物的发光现象普遍存在，生物通过细胞的生化反应而发光。请设计实验探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系。
实验材料：萤火虫的萤光器晒干后研成的粉末，ATP粉末，蒸馏水，大小相同的试管若干，标签纸若干及其他实验所需材料。
实验步骤：
第一步：
第二步：
第三步：
实验现象预测及相应结论
1．
2．
3．
　　例4：血糖浓度的相对稳定是人和动物维持生命活动所必需的。请设计试验方案，探究某种器官在血糖调节中的功能。
实验目的：学习用摘除法造成功能缺损，以了解研究某些器官功能的一些方法；观察某器官对血糖平衡的调节作用。
动物与器材：成熟的150g左右的健康小白鼠6只，常用的手术器械，消毒器材，75%酒精，麻醉药品，鼠笼，注射器，计时工具等。
(1)列出一个课题名称：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)提出一项测量指标：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)方法步骤：
①取成熟的150g左右的健康小白鼠6只，先饥饿一天，分成实验组4只，对照组2只，并编号。
②消毒，切开皮肤和腹壁，摘除实验组的ⅹⅹ器官，缝合伤口并消毒。
③
④
(4)预测结果并分析：
①
②
③
　　例5：某同学在培养金黄色葡萄球菌时，培养基上污染了青霉，在青霉周围的金黄色葡萄球菌都被杀死了。有关此现象的产生，有人提出了化学拮抗的观点，即霉菌产生一种化学物质抑制了金黄色葡萄球菌的生长繁殖。试设计实验探究青霉与金黄色葡萄球菌之间是否存在这种关系。
你的实验假设是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
主要实验步骤：①制备细菌生长培养基两份，编号A、B;
② 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
④观察　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的生长状况。
实验结果预测和分析：

　　例6：一种以地下茎繁殖为主的多年生野菊分别生长在海拔10m、500m、1000m的同一山坡上。在相应生长发育阶段，同一海拔的野菊株高无显著差异，但不同海拔的野菊株高随海拔的增高而显著变矮。为检验环境和遗传因素对野菊株高的影响，请完成以下实验设计。
（1）实验处理：春天，将海拔500m、1000m处的野菊幼芽同时移栽于10m处。
（2）实验对照：生长于 m处的野菊。
（3）收集数据：第二年秋天 。
（4）预测支持下列假设的实验结果：
假设一　野菊株高的变化只受环境因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高 。
假设二　野菊株高的变化只受遗传因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高 　　　　 。
假设三　野菊株高的变化受遗传和环境因素的共同影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高 　　　　　 。
2、验证性实验的设计
　　例题：创新实验设计方案
实验课题：探究镍为植物生活所必需的矿质元素
材料用具：完全营养液甲、缺镍的完全营养液乙、适当的容器和固定材料、长势相似的玉米幼苗、含镍的无机盐。
方法步骤：
①取适当的容器及固定材料分为两组，编号A、B 。（实验分组准备）
②分别在A、B两组容器中加入完全营养液甲、缺镍的完全营养液乙 。(设置实验组和对照组)
③取长势相似的玉米幼苗平均分成两组，分别固定在A、B两组容器内培养 。(控制无关变量)
实验预期：A容器内的玉米幼苗生长正常；B容器内的玉米幼苗生长不正常 。
为进一步验证镍元素一定是必需元素，还应增加的实验步骤及结果是：在B容器内再加入一定量的含镍的无机盐 B容器内的玉米幼苗生长恢复正常 。
　　例7：空气中的含菌量是衡量空气质量的指标之一。为了检测学校生物实验室、教室、校长室、小树林四个地方空气中的含菌情况，请利用所提供条件设计一个简单实验。
1、请用100mL量筒、4副培养皿、煮沸过的洗碗水，设计取样的实验步骤。

2、请用4只试管、滴管、0．01%亚甲基蓝溶液，设计检测的实验步骤。

3、实验结果的预测及分析。

　　例8：为了验证叶绿体在光下才能分解水，并还原电子受体，将新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加少量Si02和水并研磨成匀浆，通过5～6层纱布过滤获得叶绿体悬浮液。取1支试管，加入叶绿体悬浮液5ml和0.1% 2，6一二氯酚靛酚 (一种能被还原成无色的蓝色氧化剂)溶液5滴，摇匀。置于直射光下，观察试管内颜色的变化。
(1)正常叶肉细胞内的光反应发生的场所是　　　　　　　　　　　　　　　　　　，最终电子受体被还原的反应式是　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　。在叶肉细胞内有氧呼吸的过程中，氢的最终受体是　　　。
(2)本实验中制备叶绿体悬浮液时加入SiO2 的目的是　　　　　　　　　　　　　　。
(3)置于直射光下的试管液颜色变化是　　　　　　　　　　　　　　 。为了达到实验目的，本实验的方法步骤还需完善之处是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
　　例9：现有下列装置（锥形瓶中为两个小烧杯，玻璃管中为某有色液体）若干个以及正在萌发的种子、NaOH溶液、清水等材料，请设计一实验验证明萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。
（1）实验原理：　　　　　　　　　　　　 　　 　　　　　　　 。
（2）实验步骤：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

（3）实验现象：

　　例10：请设计一实验来验证从人体粪便中分离得到的大肠杆菌生长繁殖所需要的最适温度是37℃(注：在培养液中菌体数越多，菌液越混浊)。
A．材料用具：菌种、牛肉膏蛋白胨培养液、试管、无菌滴管、恒温箱数个等。
B．方法步骤：
①取3支试管，每管装入灭过菌的pH=7．0的牛肉膏蛋白胨培养液各5mL。
②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　 　　　　　　。
③　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 　　　　　　。
④　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 　　　　　　。
C．预期实验现象：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
　　例11：2003年研究细胞水通道和离子通道的科学家获得了诺贝尔化学家。科学家研究细胞膜上的各种蛋白质时，通过测定氨基酸序列及相应的DNA序列，发现了一种细胞水通道蛋白，并推测细胞渗透吸水、失水过程中，水分子进出细胞需通过此通道。为验证这一假设，科学家得到了如下材料：
a．分离纯化的水通道蛋白；　　b．含有水通道蛋白的细胞；
c．去除水通道蛋白的细胞；　　d．磷脂双分子层构成的内含水溶液的球状体（其膜结构能与加入的蛋白质结合）
e．能够抑制蛋白质活性的含汞离子的试剂；　　f．蒸馏水。
某生物小组同学设计了以下实验研究水通道：取一只培养皿，加入一定量的蒸馏水，放入含有水通道蛋白的细胞，一段时间后用显微镜观察。加入水通道蛋白质的细胞吸水涨破。
结论：水分子通过水通道蛋白质进入细胞内部。
①此实验的目的是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②找出上述实验过程的不合理之处，并加以改正　　　　　　　　　　　　　。
③选取科学家找到的材料设计另外一个实验，验证科学家提出的假设。
方法：

预计将出现的现象：　　　　　　　　　 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　。
结论：　　　　　　　　　　　　 　。
　　例12、为了研究环境因子光照、CO2 的不足分别对光合作用的影响，可将叶片用打孔器打取小圆片，并使之下沉于水中，在不同条件下根据叶圆片上浮所需时间的长短推测光合作用的相对强弱。请回答：
（1）浸没于水中的叶圆片上浮的原因是：　　　 　 　　　　　　　。
（2）实验假设：　　　　　　　　 　　　　　　　　　　。
（3）实验组1：取三角瓶，编号A，加入新制冷开水；再加入一定量NaHCO3 粉末，令其在水中溶解；用黑纱布包裹三角瓶后，适宜温度下水浴保温；放入下沉小叶圆片10片，将三角瓶置于日光灯下；记录叶片上浮所需时间或一定时间内上浮叶片数。
请写出实验组2设计的主要思路：

（4）设计记录结果的表格：

探究性和验证性实验的例析　答案

　　例1：步骤：①取生长状况一致的（未开花）菊花三组，分别编号为A、B、C。
②A组将顶端花芽遮光、B组将下部的叶片遮光、C组不作处理。
③将A、B、C三组菊花放在相同的条件下，给以一定天数的短日照处理，观察比较三组菊花的开花情况。
结果预测与分析：①A组、C组开花，B组不开花，说明菊花感受光周期刺激的部位在下部叶片。
②B组,C组开花，A组不开花，说明菊花感受光周期刺激的部位在顶端花芽。
③A组,B组不开花，C组开花，说明菊花光周期刺激的部位必须同时是顶端花芽和下部叶片。
④A组、B组、C组均开花，说明菊花感受光周期刺激的部位既可以是顶端花芽，也可以是下部叶片。（提示：本小题也可先推感光部位，再反推结果预测）
　　例2：(1)①取生长状态一致的同种栽培植物，均等分成多个组(或4组)，并编号。
②将各组植物置于不同日温和夜温的组合下培养。
③一段时间后，分别测量生长高度，其中植物生长最高的-组的环境温度为最佳的温度组合。
(2)预测与解释：高日温，低夜温。
日温高，有利于光合作用合成有机物；夜温低，呼吸作用减弱，有机物的消耗减少。
　　例3：第一步：配制不同浓度的ATP溶液置于小试管中，贴上标签。
第二步：将萤光器粉末分成若干等份分别放入不同编号的试管中 。
第三步：观察发生现象并记录。
①发光现象随ATP溶液浓度升高而渐强荧光强度与ATP浓度成正比。
②发光现象随ATP溶液浓度升高而渐弱，荧光强度与ATP浓度成反比。
③发光现象随ATP溶液浓度改变而不变，荧光强度与ATP浓度成无关。
　　例4：(1)探究胰腺在血糖调节中的功能(其它答案，只要符合题意也可给分)
(2)尿中有无葡萄糖或血糖的浓度等
(3)③将对照组2只小白鼠也与②一样动手术，只是不摘除胰腺。将实验组和对照组的小白鼠分别笼养，且饲养的温度等各项条件一律相同。测定两组小白鼠尿糖有无(血糖浓度)，并记录下实验组出现尿糖的时间
④将实验组的小白鼠分成两组，在其中一组中注射适量的胰腺研磨液，另一组不作处理，观察现象。
(4) ①若实验组出现尿糖，而对照组不出现尿糖，且实验组中经处理的小白鼠尿糖消失，则说明胰腺分泌的物质具有降血糖的作用。
②若实验组不出现尿糖，对照组出现尿糖，且实验组经处理的小白鼠出现尿糖，则说明胰腺分泌的物质具有升血糖的作用。
③若实验组和对照组均无明显变化，则说明胰腺在血糖的调节中无作用。
　　例5：假设：霉菌产生一种化学物质抑制了金黄色葡萄球菌的生长繁殖
步骤：②向培养基A中接种青霉、B不接种。并将A、B培养基置于适宜温度条件下培养一段时间，然后取出培养基A，将其中生长的青霉全部去除
③向培养基A和B中同时接种金黄色葡萄球菌，置于适宜温度条件下培养一段时间
④两培养基上金黄色葡萄球菌

预测和分析：①A、B两培养基中金黄色葡萄球菌生长良好，则说明两者间不存在化学拮抗的关系；
②A培养基中金黄色葡萄球菌生长不良，而B培养基中金黄色葡萄球菌生长良好，则说明两者间存在化学拮抗的关系
　　例6：（2）10m、500m、1000m （3）测量株高、记录数据
（4）假设一：与10m处野菊株高无显著差异
假设二：与原海拔处（500m、1000m）野菊株高无显著差异　　　假设三：比10m处矮，比原海拔处高
　　例7：1、（1）用量筒量取等量的煮沸过的洗碗水，分别倒入4只培养皿中。
（2）分别将以上4只培养皿暴露放置于4个场所。
（3）静置1-3天后同时加盖取回。
2、（1）分别取等量放置过的洗碗水放入4只试管中。
（2）在每只试管内加5-10滴0.01%的亚甲基蓝溶液，置于温暖处。
3、根据4支试管内洗碗水在相同时间内褪色程度来判断空气中的含菌量，褪色程度最大的空气中的含菌量相对最高，褪色程度最小的空气中的含菌量最低。
　　例8：(1)叶绿体囊状结构薄膜(类囊体膜) NADP+ ＋2e- ＋H+ → NADPH 　　O2
(2)使研磨充分 (3)蓝色渐褪为无色　　另取一支试管，加入与实验组相同的材料，但置于黑暗中。
　　例9：（1）当萌发的种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸时，吸进的氧气量少于释放出的CO2 量。　　
（2）取三个该装置，分别编号1、2、3，在1号装置左边的烧杯中放入一定量的NaOH溶液，在2号、3号装置左边的烧杯中分别放入等量的清水；在1号、2号装置右边的烧杯中放入等量萌发的种子，然后观察三个装置玻璃管两侧液面的变化。
（3）1号装置玻璃管两侧液面左低右高，2号装置玻璃管两侧液面左高右低，3号装置玻璃管两侧液面等高
　　例10：②将3支试管分别标明35℃、37℃、39℃三种温度(其他合理答案也可得分，但第二支试管的温度要求在37℃左右，其它要求等温度梯度)
③向每管接入培养18-20h的等量大肠杆菌菌液少许，混匀 。
④将上述各试管分别按不同温度进行振荡培养24h(或一段时间)，观察并记录结果。
C、37℃试管中菌液的混浊度最高。
　　例11：①验证水分子进出细胞需通过水通道蛋白
②缺少对照实验　　改正：取另一只培养皿，加等量的蒸馏水；将不含有水通道蛋白的细胞放入，在相同条件下放置一段时间后用显微镜观察。不含有水通道蛋白的细胞保持原状。
③方法
A、将分离纯化的水通道蛋白与球状体混合，得到含有水通道蛋白的球状体；
B、取甲、乙两只培养皿，加入等量的蒸馏水；
C、将含有水通道蛋白的球状体放入甲培养皿中，将不含有水通道蛋白的球状体放入乙培养皿中；
D、在相同条件下放置一段时间。
预计将出现的现象：含水通道蛋白的球状体吸水膨胀，不含水通道蛋白的球状体保持原状。
结论：水分子通过水通道蛋白进入球状体。
　　例12：（1）光合作用释放O2 ，O2 在水中的溶解度很小，叶片随下表面O2 的增多而上浮。
（2）光照强弱、CO2 供应情况等条件的改变都会影响光合作用
。
（3）不加入NaHCO3 粉末，也不用黑纱布包裹三角瓶B,其余方法与实验组1相同。
（4）叶圆片上浮所需时间（上浮叶圆片数）记录表

编号
处 理
各叶片上浮所需时间
一定时间内上浮叶片数
1
2
3
……
平均值
A
弱光

B
CO2