1、第2讲实验设计、分析与评价1实验目的的审读若题目中以坐标模型呈现实验目的，则可描述为探究“横轴标识(自变量)”对“纵轴标识(因变量)”的影响。一般模式：探究(验证)自变量因变量，例如，探究光照强度对植物光合作用强度的影响。2实验原理的分析(1)实验原理一般由三段组成：自变量和因变量的关系因变量的观测指标实验过程描述。(2)实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考；有些题目要求对实验结果进行分析，其考查的是实验原理，所以对实验结果分析时套用实验原理即可。3变量的控制(1)变量之间的关系(2)变量的处理方法自变量的处理方法a“加”或“减”：例如验证甲状腺激素的生理作用“加”即口服或注射该
2、激素；“减”即手术切除甲状腺法。b“换”：如探究温度对酶活性的影响实验，对自变量温度无法“加”或“减”，就用“换”的方法。无关变量的控制方法a消除法：排除或隔离无关变量对实验结果的影响。例如在“验证生长素能促进果实发育”的实验中，有一组要求无生长素，需在开花前，用纸袋将雌花套住，隔离外来花粉的干扰。b恒定法：在整个实验中，尽量使所有的实验条件、实验处理、实验对象等都恒定不变。例如在“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用”实验中，始终将试管处于恒温水浴中，以消除温度这一无关变量对实验的影响。c平衡法：设立对照组，除自变量以外，无关变量对实验组、对照组的影响都是均等的，从而可不计无关变量的影响，得到实
3、验变量的效果。因变量的确定：因变量必须是可测量或可观察的指标，例如某溶液中是否存在淀粉酶，肉眼看不到，通过实验加淀粉，但淀粉含量是否发生变化还是看不到，所以需要通过加碘液或斐林试剂进行颜色方面的鉴定，即是否出现蓝色或砖红色沉淀这些现象指标做因变量。4实验设计的基本步骤(1)材料分组编号(遵循等量原则，必要时还要体现平行重复原则、随机性原则)。(2)对不同的对象施以不同的处理(遵循对照性原则和单一变量原则)。(3)在相同且适宜的条件培养(或反应)(控制无关变量)。(4)实验结果的观察与记录(因变量的预测)。5实验思路与实验步骤的异同要求写出或补充实验思路与实验步骤是探究性实验题最为常见的考查形式
4、，完美答案呈现的前提是突破一个难点：实验思路与实验步骤有何异同？现以“植物细胞的吸水和失水”中植物细胞的失水过程为例，分析如下：表述范例主要特点考题特点得分要点区分要点实验思路将植物细胞浸润在较高浓度的蔗糖溶液中，观察其变化言简意赅多数试题要求“写出”实验思路，很少要求“补充”实验思路必须体现“自变量”和“因变量”，对“无关变量”表述时注意体现“适宜且相等”思路，是“想”法实验步骤制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片。用低倍显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小。从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，重复几次。用低倍显微镜观察，看细胞的中央液泡是否逐渐变小精准细微常
5、常要求“补充部分”实验步骤，很少要求“写出全部”必须体现“自变量”如何设置、“因变量”如何获得、“无关变量”如何保证相同且适宜步骤，是“做”法6.分析实验结果，归纳实验结论实验结果是通过观察或测量得到的实验现象，是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象，对实验因变量与自变量关系进行分析，得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。要掌握分析实验结果，归纳实验结论的一般方法：(1)通过实验目的、实验的对照组设置或步骤，根据单一因素不同，找出实验自变量。(2)由果找因，分析实验结果(因变量)与实验控制的单一因素(自变量)之间的逻辑关系，得出正确结论。(3)在有些实验中，还要
6、根据各对照组中得出的“分结论”，综合为“全面结论(总)”。(4)在验证性实验中，因为要验证的事实是正确的，实验结果只有一种，实验结论即是要实验验证事实。在探究实验中，因为实验结果是未知的，可能出现的实验结果有多种，因此对应的实验结论也有多种，不同的结果对应不同的结论。7实验方案的补充和完善实验方案的补充和完善是实验题目中难度较大的题目，要补充和完善实验方案首先找出实验方案中的错误和不足，要认真分析实验的材料、对照、步骤、结果等是否合理或正确。首先看实验材料、器材的选择是否合理，实验药品的使用和用量是否准确。其次是看实验对照：实验是否设置了对照；如果有对照，看对照设计是否合理，是否进行了编号和标
7、记，实验的自变量的控制是否严格，是否遵循单一变量原则、等量的原则、平行重复原则，是否排除了干扰因素。 三看实验条件：是否需要进行搅拌、加热等；实验需要的温度、光照是否合理。四看实验步骤：步骤顺序是否合理，步骤是否完整，具体操作是否违反生物学基本原理。五看实验结果：实验目的是否与实验结果、结论对应；探究性实验的结果和结论是否讨论全面；是否先写结果后写结论。 根据以上的分析，找出实验方案中的错误或不足，然后对实验方案进行补充和完善。1下面的两张图是某研究小组围绕探究H2O2分解条件而获得的实验结果。甲乙据图分析：图甲曲线AB段产生的最可能原因是什么？图乙曲线纵坐标y最可能代表什么？提示：反应过程受
8、过氧化氢酶数量(浓度)的限制。溶液中H2O2的剩余量。2某生物兴趣小组研究了一些因素对某种植物茎伸长的影响，部分实验结果如图所示。注：赤霉素合成抑制剂，图中简称抑制剂。某同学根据上述实验结果得出结论：该植物是赤霉素缺失突变体，你是否认同该同学的结论？请说明理由。(1)抓住实验目的，确定本实验的三个自变量。(2)依据因变量选择合理的对照性组别，即对比4组与5组植物体自身的赤霉素合成受阻。提示：否。 对比4组和5组的茎长，同样光照时间情况下，使用赤霉素合成抑制剂的小组茎长较短，说明该植物体自身的赤霉素合成受阻导致茎长伸长受阻，该植物不是赤霉素缺失突变体。3在适宜条件下，测得的某植物根细胞对a种物质
9、的吸收速率与外界溶液中这种物质浓度的关系如图所示(曲线代表植物根细胞对不同浓度a种物质的吸收速率)。王同学据图认为a的跨膜运输方式是主动运输，李同学认为是协助扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果及结论。(1)由两类运输方式的主要区别设置自变量，即是否消耗能量。(2)表述时主要注意无关变量的控制，如长势相同的某植物等。实验思路：预期结果及结论：提示：实验思路：将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲、乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对a物质的吸收速率 预期结果及结论： 若甲组根细胞对
10、a物质的吸收速率大于乙组，则说明a物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对a物质的吸收速率大致相同，则说明a物质的跨膜运输方式为协助扩散 实验思路及实验预期1某研究小组欲研究桑叶提取液对患糖尿病小鼠的降血糖效果，设计了一系列实验。下列有关实验的设计思路，说法错误的是()A随机选取三组生理状况相同、数量相等的健康小鼠，其中两组制备成患糖尿病的小鼠B每组小鼠在实验开始前和实验结束后都需要测量其血糖浓度C患糖尿病但不注射桑叶提取液的小鼠既可作为对照组又可作为实验组D健康小鼠除每天饲喂等量的食物，也要注射等量的桑叶提取液D遵循单一变量原则，应该随机选取三组生理状况相同、数量相等的健康小鼠，其
11、中一组小鼠正常，另外两组制成患糖尿病的小鼠，A正确；该实验的因变量是小鼠的血糖浓度，因此每组小鼠在实验开始前和实验结束后都需要测量其血糖浓度，B正确；患糖尿病但不注射桑叶提取液的小鼠与正常小鼠相比为实验组，与注射桑叶提取液的患糖尿病小鼠相比为对照组，C正确；根据实验的单一变量原则和对照性原则，实验组注射桑叶提取液，则对照组健康小鼠应该注射等量的桑叶提取液的溶剂，D错误。2干旱可促进植物体内脱落酸(ABA)的合成，而ABA又能促进根的伸长。为验证上述理论，请以处在干旱程度下的时间作为植物受旱严重程度的指标，完善实验分组设计和实验思路，预测实验结果并进行分析讨论。材料与用具：野生型正常小麦幼苗若干
12、，ABA缺失突变体小麦幼苗若干，一定浓度的ABA溶液，光照培养架等。(要求与说明：各种指标的具体测量的过程均不做要求，干湿处理的方式、过程不做要求，不考虑ABA溶液的浓度的影响和添加ABA溶液对湿度的影响。实验条件适宜)(1)实验分组设计：甲组：将野生型小麦幼苗种植在干旱条件下。乙组：将ABA缺失突变体幼苗种植在_下。丙组：将ABA缺失突变体幼苗种植在干旱条件下，添加_。(2)完善实验思路：_。(3)预测实验结果(以坐标曲线图表现实验结果)解析(1)根据题意可知，甲组实验为空白对照组，乙组为相同干旱条件处理的ABA缺失突变体，目的是与甲组比较突变体根的伸长变化量，丙组为相同干旱条件处理的ABA
13、缺失突变体和适量ABA溶液处理组，目的是探究补充外源性ABA对根伸长的影响。(2)该实验的目的是验证干旱是通过促进体内脱落酸(ABA)的合成来促进根的伸长，实验的自变量是时间与幼苗的种类和处理方式，因变量为根长度的增加量，所以除(1)的分组设计实验外，应控制温度、干旱程度、光照等无关变量适宜且相同，分别测定各组不同时间的小麦根的长度变化量作为实验的观察指标，并求其平均值。(3)根据题意可知，突变体由于缺少ABA，根的伸长增加量变化较小(乙组)，野生型可以产生ABA，根伸长增加量明显(甲组)，ABA缺失突变体和适量ABA溶液处理组根的伸长增加量接近野生型组，曲线如图：答案(1)干旱条件适量ABA
14、溶液(2)分别将甲、乙、丙组小麦幼苗若干种植在盛有相同土壤的若干个花盆中，并使它们均处于相同的缺水状态。将三组小麦幼苗置于光照培养架上，在相同且适宜的温度、光照等条件下种植一段时间。每隔一定时间测定各组小麦根的长度变化量，并求其平均值(3)实验思路不同于实验步骤。实验步骤是详细的可操作性较强的实验过程(填写实验步骤要求学生对实验的选材、分组、处理等均要写出具体要求及详细内容)，而实验思路不需要写出细致具体的可直接操作的步骤，只需要有一个大致的实验设计过程即可。实验思路一般用一句话表述为用某方法处理某材料，观察其对某方面的影响效果。描述实验思路的要点是答出自变量、因变量及实验对象，而不是具体可操
15、作性的设计。在控制无关变量时，实验思路中只要提到“相同且适宜”即可，具体操作时不同的实验者可以采用不同的方法去控制。实验步骤设计及结果分析1(2018全国卷)已知药物X对细胞增殖有促进作用，药物D可抑制药物X的作用。某同学将同一瓶小鼠皮肤细胞平均分为甲、乙、丙三组，分别置于培养液中培养，培养过程中进行不同的处理(其中甲组未加药物)，每隔一段时间测定各组细胞数，结果如图所示。据图分析，下列相关叙述不合理的是()A乙组加入了药物X后再进行培养B丙组先加入药物X，培养一段时间后加入药物D，继续培养C乙组先加入药物D，培养一段时间后加入药物X，继续培养D若药物X为蛋白质，则药物D可能改变了药物X的空间
16、结构C根据图示，乙、丙两组的细胞增殖速度都大于甲组，且开始一段时间内乙、丙两组增殖速度相同，所以两组均为先加入药物X，而丙组培养一段时间后细胞增殖速度低于乙组，说明丙组培养一段时间后又加入了药物D；药物D可抑制药物X的作用，可能是药物D改变了药物X(蛋白质)的空间结构。综合上述分析，C项叙述不合理。2(2020陕西百校联盟高三联考)在农业生产中，人们发现麦穗发芽会影响小麦的产量和品质。某兴趣小组为探究麦穗发芽率与淀粉酶活性的关系，进行了实验。请补充实验方案并回答问题： (1)实验材料及用品：萌发时间相同的A品种和B品种小麦种子及其研磨液(不含淀粉)、恒温水浴锅、缓冲液、碘液、蒸馏水、一系列不同
17、浓度的淀粉溶液等。实验步骤：取三组试管，每组若干个，分别标为甲、乙、丙。在每组的每个试管中分别加入1 mL的缓冲液。给甲、乙两组的每个试管中按组分别加入0.5 mL的_，丙组每个试管加入等量的蒸馏水。在甲、乙、丙三组的每个试管中分别加入1 mL_。处理适宜时间后，终止反应，并控制在常温下，分别加适量碘液，观察记录颜色。实验结果：三组试管均变蓝，且蓝色深浅丙组甲组乙组，说明_。该兴趣小组的另一实验表明，处理相同的时间，A品种小麦的麦穗发芽率高于B品种，根据这两个实验能推测得到的实验结论是_。(2)某同学选用适当处理的小麦种子，按以上方案进行了实验，实验结果却是甲、乙两组都没有变蓝，而丙组显示蓝色
18、。试分析可能的原因：_。解析(1)本实验的自变量是不同发芽小麦种子的提取液(去淀粉)中酶的活性，步骤中给甲、乙两组的每个试管中按组分别加入0.5 mL的萌发时间相同的A品种和B品种小麦种子研磨液。步骤中在甲、乙、丙三组的每个试管中分别加入1 mL一定浓度的淀粉溶液，摇匀，适宜温度下保温。步骤三组试管均变蓝，且蓝色深浅丙组甲组乙组，说明A品种小麦的淀粉酶活性低于B品种。该兴趣小组的另一实验表明处理相同的时间，A品种小麦的麦穗发芽率高于B品种，通过这两个实验能推测出的结论是淀粉酶活性越低，麦穗发芽率越高。(2)某同学按(1)中方案进行了实验，实验结果却是甲、乙两组都没有变蓝，而丙组显示蓝色；可能的
19、原因是选用了浓度较小的淀粉溶液，有可能甲、乙两组淀粉被消耗完，遇碘不再变蓝。答案(1)萌发时间相同的A品种和B品种小麦种子研磨液一定浓度的淀粉溶液，摇匀，适宜温度下保温A品种小麦的淀粉酶活性低于B品种淀粉酶活性越低，麦穗发芽率越高(2)使用的淀粉溶液浓度偏小实验方案的评价与完善1为研究Cu2和Cl对唾液淀粉酶活性的影响，某小组设计了如下操作顺序的实验方案：甲组：CuSO4溶液缓冲液淀粉酶溶液淀粉溶液保温检测乙组：NaCl溶液缓冲液淀粉酶溶液淀粉溶液保温检测 丙组：蒸馏水缓冲液淀粉酶溶液淀粉溶液保温检测各组试剂量均适宜，下列对该实验方案的评价，不合理的是()A缓冲液的pH应控制为最适pHB保温的
20、温度应控制在37 左右C宜选用碘液来检测淀粉的剩余量D设置的对照实验能达到实验目的D缓冲液的作用是调节pH，维持pH稳定，本实验pH以及温度都是无关变量，为了避免温度和pH对实验的干扰，因此温度和pH都应该设置到最适，A、B评价合理；本实验的因变量可以是淀粉的剩余量，根据淀粉遇碘变蓝可以检测实验中淀粉是否有剩余，与对照组相比较说明Cu2和Cl对唾液淀粉酶活性的影响，C评价合理；甲乙两组实验中除了有Cu2和Cl，还有SO和Na，需要排除二者对实验的干扰，因此对照组还需要再设置一组排除SO和Na干扰的对照实验，因此设置的对照实验只有一组不能达到实验目的，D评价不合理。2(2020北京石景山区高三期
21、末)石斛是历代中医治疗“消渴症”(糖尿病)的良药。为探究4种石斛多糖DOP14的降血糖效果， 并研究其分子机制，科研人员做了以下实验。(1)取雄性小鼠若干只，适应性饲养后注射200 mg/kg四氧嘧啶生理盐水溶液，72 h后测定空腹血糖值，若血糖值13 mmol/L，即为造模成功小鼠。四氧嘧啶通过选择性地破坏_细胞，从而导致_，进而引起体内糖类代谢紊乱。(2)将模型鼠随机分为6组，分别为4个实验组以及2个对照组。除正常饮食和饮水外，实验组每天分别灌胃一次DOP14，连续21 d。对照组2每天灌胃有效降糖药物二甲双胍，对照组1的处理应为_。每隔7天测定一次空腹血糖，结果见下图：结果表明：_。请评
22、价上述实验方案是否严谨，并说明理由_。(3)依据已知的胰岛素调节信号通路(见下图)，研究人员提出了关于石斛多糖降糖机制的假设。假如你是研究人员，请你提出一种具体假设，并写出利用上述几组小鼠验证假设的思路。_。(提示：实验思路用一两句话描述即可)解析(1)造模成功小鼠血糖浓度偏高，说明不能降低血糖，所以四氧嘧啶通过选择性地破坏胰岛B细胞，导致胰岛素分泌不足，造成体内血糖浓度升高。(2)由于对照组2每天灌胃有效降糖药物二甲双胍，实验组每天分别灌胃一次DOP14，所以对照组1作为空白对照每天灌胃等量清水。从图中看出对照组1血糖浓度最高，而实验组的血糖都比对照组1低，而DOP1血糖浓度最低，说明DOP
23、14都能够显著降低模型鼠的空腹血糖值，其中以DOP1降糖效果最好。整个实验过程中都是用的血糖高的小鼠，而正常的小鼠的生理情况未知，所以该实验设计不完整，需要应增加用等量清水灌胃正常小鼠的对照组。(3)从图中看出胰岛素降血糖的机制是胰岛素和受体结合后，激活了IRS1，激活的IRS1将Akt磷酸化，磷酸化的Akt促进葡萄糖的吸收和糖原的合成，所以可以作出假设：假设1: 铁皮石斛多糖能够显著促进胰岛素分泌；验证思路：分别检测各组小鼠的胰岛素含量。假设2：石斛多糖能促进Akt的磷酸化；验证思路：检测各组小鼠的pAkt含量。答案(1)胰岛B胰岛素分泌不足(2)灌胃等量清水DOP14都能够显著降低模型鼠的
24、空腹血糖值，其中以DOP1降糖效果最好不严谨，应增加用等量清水灌胃正常小鼠的对照组(3)假设：石斛多糖能够显著促进胰岛素分泌。验证思路：分别检测各组小鼠的胰岛素含量(或假设：石斛多糖能促进Akt的磷酸化。验证思路：检测各组小鼠的pAkt含量)(其他假设合理即可)评价类实验的一般解题规律一看“对照”(若无对照，则参照实验组补充对照组；若有对照，则看对照是否有标记、是否遵循单一变量原则和等量原则)。二看“步骤”(顺序是否合理，步骤是否完整)。三看“材料”(材料选择是否合适，实验仪器、药剂的使用是否准确)。四看“条件”(是否需要搅拌、冷却等，温度、光照等条件是否合理)。五看“结果与结论”(实验目的是否与实验结果、结论对应，探究性实验的结果和结论是否讨论全面，是否是先写结果后写结论)。