1、第十四章实验设计第38讲实验设计浙江学考选考考纲确认考点知识内容加试“实验与探究能力”要求能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验(活动)，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用(1)提出实验思路(2)对实验结果进行处理(曲线图形式)、分析和解释(1)提出实验思路(2)对实验结果进行处理(曲线图形式)、分析和解释(1)确定实验目的(2)分析实验原理(3)提出或完善实验思路(4)实验结果的表达及处理具备验证简单生物学事实的能力，能设计实验，提出或完善实验思路，能对实验现象和结果进行处理、分析和解释具有对一些生物学问题进行初步探究的
2、能力。能提出问题、做出假设和预期、确认变量、设计实验方案、处理和解释数据、做出合理的判断，能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订考点| 生物实验中的变量变量是实验过程中可以变化的因素。在设计实验时，要注意使自变量可控制、因变量比较好检测，并尽量避免无关变量对实验的干扰。(1)变量的种类变量是指可被操纵的特定因素或条件。根据其在实验中的作用可分为两大类：实验变量(自变量)与反应变量(因变量)。实验变量是指实验中由实验者操纵的因素或条件，而反应变量是指由实验变量引起的变化结果，二者之间是前因后果的关系。实验的目的就在于获得和解释前因与后果。无关变量与额外变量。无关变量是指实验中除实验变量外的影
3、响实验结果与现象的因素或条件。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。它们之间也是前因后果的关系。但对实验变量与反应变量的获得起干扰作用。(2)变量的控制控制变量是指控制其他因素不变，集中研究其中一个因素的变化，保证实验不受干扰或将干扰因素降到最低程度。通过实验控制，尽量减小实验误差，以取得较为精确的实验结果。操纵实验变量的方法：设法给研究对象施加干扰，造成研究对象的变化，从而使研究对象在被干扰状态中反映出某种现象和属性。检测反应变量的方法：根据实验原理和实验条件确定观察、测量的指标和方法。具体包括：观察特异性的颜色变化、沉淀反应；观察形态结构、生理变化；测量生长发育速度；测量生化反应速度。控制
4、无关变量的方法(平衡控制)：排除因实验对象的个体差异带来的影响；设法创造稳定的相同的条件进行对照，以抵消或排除这些因素对实验对象的干扰；设法提供适宜条件，以排除不利环境条件对实验对象的影响；重复实验，排除偶然因素的干扰，减小实验误差。不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量，观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。1(201610月浙江选考)设水稻细胞与染色剂甲反应呈红色，小麦细胞与染色剂乙反应呈黄色，大麦细胞与染色剂丙反应呈绿色。现有A、B、C三瓶不同的细胞悬液，每瓶中可能含有一种或多种上述细胞。欲用染色剂甲、乙、丙鉴别这三瓶细胞悬液中有几种细胞，请
5、根据下面提供的实验材料，提出实验思路、预测实验结果和结论。材料与用具：染色剂甲、乙、丙溶液各1瓶，A、B、C细胞悬液各1瓶，试管若干支，显微镜。(要求与说明：一种染色剂只与一种细胞产生反应，每支试管中只能加一种染色剂；装片的具体制作过程不作要求；实验条件适宜)请回答：(1)实验思路(其中实验分组用表格形式表示)：(2)预测实验结果和结论。【解析】正确解答该题的关键点有：(1)A、B、C三瓶不同的细胞悬液，由于每瓶可能含一种或多种细胞，故各取3支试管才能确定每瓶含有的细胞种类。(2)提供充分的材料与用具。(3)若提出其基本思路应完成以下思考：用什么用具进行编号？怎样进行分组才能达到实验的目的？如
6、何操作实验的变量？如何检测实验的结果？(4)预测实验结果与结论时，应根据实验的目的分类假设，由假设推出的结果即为预测的实验结果，假设则为实验结论。【答案】(1)取试管9支，进行编号。实验分组：表不同染色剂鉴别不同细胞悬液的实验分组_染色剂甲染色剂乙染色剂丙_细胞悬液A 1.A甲 2.A乙 3.A丙细胞悬液B 4.B甲 5.B乙 6.B丙细胞悬液C 7.C甲 8.C乙 9.C丙_按上述分组，在各试管中分别加入细胞悬液和染色剂溶液，摇匀。一段时间后，制作装片，在显微镜下观察各试管中细胞的颜色，并记录。(2)若某瓶细胞悬液的分组试管中只有一支显色，则说明该瓶有一种细胞。若某瓶细胞悬液的分组试管中只有
7、二支显色，则说明该瓶有二种细胞。若某瓶细胞悬液的分组试管中三支均显色，则说明该瓶有三种细胞。2(20164月浙江选考)为验证某生物制剂(W)具有促进细菌B增殖的作用，请根据以下提供的实验材料，以细胞数变化为检测指标，提出实验思路，并预测实验结果。实验材料：培养瓶若干个、液体培养基、W、细菌B、血细胞计数板、显微镜等(要求与说明：不考虑加入W后的体积变化等因素；细胞计数的具体操作过程不作要求；培养过程中不更换培养液；培养液成分变化不利于细菌B生长不作要求；实验条件适宜)请回答：(1)实验思路：(2)预测实验结果(设计一个坐标系，用柱形图表示至少3次的检测结果)：(3)分析与讨论：培养过程中，细菌
8、B的增长方式为_形增长。为提取细菌B内的酶，对该菌进行破碎时，应将其_。A置于蒸馏水中B用纤维素酶水解C置于稀盐酸中D冷冻研磨【解析】(1)为验证生物制剂(W)具有促进细菌B增殖的作用，需设置对照实验。实验组添加生物制剂(W)，对照组不添加，其他条件相同。实验过程中需要定期对培养液中的细菌相对数进行检测、计算平均值并记录。(2)对照组和实验组中，细菌在培养液中增殖，细菌数目增加。但W可促进细菌B增殖，因此添加W的实验组细菌增殖速度更快。(3)由于培养瓶的空间和培养液中营养成分的限制，细菌数量呈“S”型增长。为提取细菌B内的酶，要对该菌进行破碎。细菌具有细胞壁，其细胞壁的主要成分是肽聚糖，因此不
9、能用蒸馏水或纤维素酶处理使细胞破碎，A、B错误；将细菌置于稀盐酸中会使酶失去活性，C错误；在低温条件下酶仍具有活性，因此可用冷冻研磨的方法使细胞破碎，提取细菌B内的酶，D正确。【答案】(1)取适量细菌B，经稀释后得到菌液，在显微镜下用细胞计数板进行计数，并记录。取等量菌液分别接种于以下两组培养瓶中，每组若干瓶。甲组：液体培养基乙组：液体培养基W将上述两组样品培养一段时间后分别取等量上述两组中的培养瓶内的菌液，在显微镜下用血球计数板分别进行计数，并记录。每隔一段时间重复。对实验数据进行分析与处理。(2)(3)“S”D3(201510月浙江选考)欲进行小鼠肝细胞在不同浓度NaCl溶液中发生体积和数
10、量变化的实验，请根据以下提供的实验材料与用具，提出实验思路，预测实验结果并进行分析。材料与用具：小鼠肝细胞悬液(用质量分数为0.9%的NaCl溶液配制)、质量分数为1.3%的NaCl溶液、蒸馏水、试管若干支、血细胞计数板、显微镜(具有测距功能)等。(要求与说明：对NaCl溶液的具体稀释过程、细胞计数的具体操作过程不作要求；不考虑细胞体积变化对计数的影响；绘制曲线时的细胞体积指细胞的平均体积)请回答：(1)实验思路：(2)预测实验结果(在以下坐标系中，绘制细胞体积和细胞数量变化示意曲线)：不同浓度NaCl溶液对小鼠肝细胞体积和数量的影响(3)分析与讨论：当NaCl溶液浓度大于0.9%时，细胞体积
11、与数量发生的变化及其原因是什么？_。基于上述实验，怎样才能用肝细胞分离得到纯度较高的细胞膜？_。【解析】(1)实验目的为研究小鼠肝细胞在不同浓度NaCl溶液中的体积和数量变化，这个实验的自变量为NaCl溶液的浓度，因变量为小鼠肝细胞的体积和数量变化，所以需要设置不同浓度梯度的NaCl溶液。故实验思路为：取试管若干支，将质量分数为1.3%的NaCl溶液由高到低进行浓度梯度稀释。向各支试管中分别加入肝细胞悬液，放置一定时间。取各试管中的肝细胞悬液，分别滴加到血细胞计数板上，在显微镜下计数并测量细胞直径，记录实验结果。对实验数据进行统计分析。(2)该实验的实验原理是：动物细胞的细胞质浓度相当于0.9
12、%的NaCl溶液的浓度，在浓度低于0.9%的NaCl溶液中动物细胞会吸水膨胀，甚至涨破；在浓度高于0.9%的NaCl溶液中动物细胞会失水皱缩，细胞体积越小，现象越明显；在清水中，动物细胞吸水过多而破裂。因此在清水中或者较低浓度NaCl溶液下肝细胞会涨破，没有完整的肝细胞存在，当NaCl溶液达到一定浓度后才会有完整细胞出现，随着NaCl溶液浓度的增大，完整细胞越来越多，直至NaCl溶液浓度大于0.9%时，细胞数量不变。 (3)当NaCl溶液浓度大于0.9%时，细胞体积变小，原因是细胞失水皱缩，细胞数量不变，原因是细胞仍完整。要想利用肝细胞分离得到纯度较高的细胞膜，可以将肝细胞置于蒸馏水中，使细胞
13、吸水涨破，然后进行离心等处理，从而得到纯度较高的细胞膜。【答案】(1)取试管若干支，将质量分数为1.3%的NaCl溶液由高到低进行浓度梯度稀释。向各支试管中分别加入肝细胞悬液，放置一定时间。取各试管中的肝细胞悬液，分别滴加到血细胞计数板上，在显微镜下计数并测量细胞直径，记录实验结果。对实验数据进行统计分析。(2)(3)NaCl溶液浓度大于0.9%时，细胞体积变小，原因是细胞失水皱缩，细胞数量不变，原因是细胞仍完整。将肝细胞置于蒸馏水中，使细胞吸水涨破，然后进行离心等处理，从而得到纯度较高的细胞膜。1验证性实验和探究性实验设计(1)验证性实验与探究性实验的一般区别验证性实验：已知特性、属性、影响
14、因素等，实验中不用假设，结论能准确描绘，即为验证的内容，不必进行推论。探究性实验：对象未知，必须要假设，一种或多种，结论需观察分析，必须进行推论。(2)实验设计的一般步骤了解实验目的：认真读题，弄清该题要验证的是什么样的生物学事实。即明确实验要解决什么问题。一般在题干中有“验证”“证明”。有些实验需要对题目内容去粗取精。提炼要点。而探究性实验则要搞清楚需要探究什么。明确实验原理：实验原理就是设计该实验的理论依据是什么。这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法。另外提供的实验仪器的使用方法和原理也应考虑在内。原理一般是高中生物教材上的有关理论知识，分析该实验考查的是哪部分知识，联
15、想该部分知识结构，用有关的生物学原理先解释清楚实验。写出实验操作过程A选材：选材应保持条件相同(如日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠)。B分组编号：研究对象、器皿等要分组标号，设立实验组和对照组。C实验处理：分别对实验组和对照组施加单一变量；除实验变量外，实验组和对照组的培养、饲养等条件应相同，即控制无关变量。D培养(或饲养)、观察、记录：培养条件一定相同，可以用“适宜、相同、合适、一定时间”等模糊词去表述，观察并记录实验现象和实验数据。E实验结果分析或者预测实验现象：对于验证性实验，要根据所学知识和原理，分析得出应有的实验结果和推出相应的结论(此时一般只有一个结果和相应的结论，且结论与实验目
16、的相对应)，如“验证”“证明”都可预测到与实验目的一致的结果。对于探究性实验，在进行结果预测时，应讨论可能出现的各种情况，并根据各实验结果得出相应的结论。F实验结论：通过对现象、结果的分析，概括出规律性的结论，结论一般就是实验目的。常用格式有：验证性实验：因为(现象)说明(分析原因)证明(结论)。探究性实验：如果(现象)那么说明(结论)。2实验评价题的解题方法(1)实验评价题类型随着生物高考越来越重视对实验能力的考查，实验题形式日趋多样化，其中实验评价题是较常见的形式，考查形式主要有以下几种：对对照实验的评价由于生物实验研究对象的复杂性、多样性和差异性等原因，生物实验大多采用对照实验法，即确定
17、实验组后，根据等量原则和单一变量原则设置相应对照组，要求不同组别只能有一个实验变量，其余无关变量保持相同且适宜，观察比较不同实验组别的差异。通过对照(对比)实验得出科学的结论。对实验步骤顺序的评价正确的实验步骤是实验取得成功的前提，它能确保出现正常的实验现象，进而推理得出正确的实验结论。答题时应注意：是否漏做某个实验步骤；操作步骤是否颠倒。评价实验试剂和仪器使用是否正确实验者只有正确使用试剂和仪器才能如期看到实验效果。如使用双缩脲试剂时，必须先加氢氧化钠(A)溶液形成碱性环境，然后再加硫酸铜(B)溶液；又如使用碘液检测淀粉是否被淀粉酶完全水解时，正确顺序是：淀粉淀粉酶水浴保温一段时间加碘液。纠
18、正或改进题型特点试题中既有合理成分，又有不合理成分，干扰因素较多，要求在原有设计的合理成分的基础上，提出自己的实验设计思路。这表面上是考查考生对实验设计的分析与评价能力，实质上是全面测试设计生物学实验方案的能力，同时还考查考生的科学态度和科学精神方面的水准。(2)实验评价题解题策略和步骤四步看：一看对照、二看变量、三看操作、四看结果。一看对照：需要什么对照、几个对照组。二看变量在实验中除要设计的单一变量外，其他条件都必须一致，特别注意实验过程中是否会因添加试剂或进行某个操作而引起控制条件的不一致。a实验对象的一致性；b实验所加试剂的量要相等；c实验控制时间的一致性；d实验条件的一致性。三看操作
19、主要看实验原理是否合理正确、实验取材是否正确、方法步骤是否科学。a实验取材分析与评价：实验材料的选择要得当、经济、易得、好用、效果好。b药品与试剂分析、评价及改进：药品与试剂的量、浓度、纯度等都是影响实验结果的重要因素，在进行实验分析时要逐一检查，不能忽视。例如：本尼迪特试剂与双缩脲试剂。c步骤及操作的分析、评价及改进：()是否漏做某个实验步骤；()操作步骤是否颠倒；()操作方法是否正确。四看结果主要看实验结果的验证方法与预测是否合理：a实验结果的验证方法是否正确；b验证目标是否准确；c探究性实验的实验结果与结论是否为多个。1(20163月温州选考测试卷)在动物激素中，有些种类是内分泌细胞通过
20、囊泡分泌的，有些则不需要通过囊泡分泌。激素的囊泡分泌存在两条分泌途径：激素合成后随即被释放到细胞外，称为组成型分泌途径；激素合成后暂时储存在细胞内，受到胞外信号刺激时再释放出去，称为调节型分泌途径。研究者据此提出如下实验思路：(1)实验分组：(培养液中葡萄糖浓度为150 mg/dL)甲组：培养液胰岛细胞_。乙组：培养液胰岛细胞X物质(蛋白质合成抑制剂，用生理盐水配制)丙组：培养液胰岛细胞Y物质(细胞内囊泡运输抑制剂，用生理盐水配制)(2)在适宜条件下培养合适时间后，检测各组培养液中_的含量。请回答：(1)实验目的：_。(2)设置丙组的作用是研究_。(3)题中是_，是_。葡萄糖浓度采用150 m
21、g/dL的作用是_。(4)若胰岛素是胰岛细胞通过囊泡分泌的，请将下列表格写完整。序号预期检测结果结论a甲、乙两组检测结果一致胰岛素只存在_分泌途径b甲组检测结果：_乙组检测结果：_胰岛素只存在组成型分泌途径c(在坐标系中用柱形图表示甲、乙两组检测结果)胰岛素存在两条分泌途径【解析】(1)根据题干信息“动物激素中，有些种类是内分泌细胞通过囊泡分泌的，有些则不需要通过囊泡分泌，而激素的囊泡分泌存在两条分泌途径”可知，实验目的是探究激素的分泌途径，而从实验思路中可知，研究的内分泌细胞是胰岛细胞，其分泌的激素是胰岛素，故实验目的是探究胰岛素的分泌途径。(2)丙组施加的是细胞内囊泡运输抑制剂，而根据题干
22、可知，有些激素是通过囊泡运输的，有些激素不需要通过囊泡分泌，故丙组的目的是研究胰岛素是否通过囊泡分泌。(3)根据分组情况，甲组是空白对照组，乙组、丙组是实验组，故是一定量的生理盐水；实验的自变量是X物质和Y物质，因变量是胰岛素的分泌途径，其检测指标应是细胞外胰岛素的量，即培养液中胰岛素的含量，故是胰岛素；高血糖的刺激能使胰岛细胞分泌胰岛素，而血糖低时不能使胰岛细胞分泌胰岛素，所以培养液中葡萄糖浓度采用150 mg/dL的作用是刺激胰岛细胞分泌胰岛素，即作为胞外信号。(4)已知胰岛素是胰岛细胞通过囊泡分泌的，根据题意，可能是组成型分泌途径，也可能是调节型分泌途径，或者两种途径同时存在；而组成型分
23、泌途径会受到X物质(蛋白质合成抑制剂)的抑制，而调节型分泌途径几乎不受X物质的影响。因此，当甲组和乙组的检测结果一致时，说明胰岛素的分泌只存在调节型分泌途径；若胰岛素的分泌只存在组成型分泌途径，则实验结果是甲组的培养液中有胰岛素，乙组的培养液中无胰岛素；若胰岛素存在两条分泌途径，则在单位时间内，甲组检测到较多胰岛素，乙组检测到较少胰岛素，用柱形图表示实验结果时，注意横轴是组别，纵轴是胰岛素含量相对值。【答案】(1)探究胰岛素的分泌途径(2)胰岛素是否通过囊泡分泌(3)一定量的生理盐水胰岛素作为胞外信号(4)调节型有胰岛素没有胰岛素检测结果如下图所示：2(20163月宁波选考测试卷)为探究在不同
24、温度条件下，不同浓度2，4D对某植物插条生根的作用。请根据以下实验材料与用具，提出实验思路，设计表格记录实验结果。实验材料与用具：2，4D、蒸馏水、某植物插条若干、500 mL烧杯若干、量尺、水浴锅等。(要求与说明：插枝均无顶芽且侧芽数相同；2，4D溶液具体浓度及配制过程、插条浸泡的具体时间等不做要求)请回答：(1)实验思路：_。(2)设计一个表格，用于记录实验结果。(3)分析与讨论：本实验的检测指标是_。对植物插条生根有作用的其他植物激素有_。在相同的时间和条件下，某同学发现插条有的生根，有的不生根，试分析不生根的原因：_。【解析】(1)实验设计遵循单一变量原则、对照性原则和平行重复原则。根
25、据实验目的可知，自变量是温度和2，4D浓度，温度的控制可通过水浴锅设置温度为低、中、离(至少3种)；2，4D浓度的控制可通过用蒸馏水稀释某一2，4D溶液，配制出一系列具有一定浓度梯度的2，4D溶液(至少3种浓度)。实验对象是插条，为遵循平行重复原则，则必须在每一温度下和每一浓度下放置多根插条(至少2根)，这有利于减少实验误差。实验的因变量是插条的生根情况，可用量尺测每根插条生根的总长度，并求各组平均值。(2)设计一个记录实验结果的表格，表格一般包括表题、行题、列题和数据格。表题为实验目的，即在不同温度条件下，不同浓度2，4D对某植物插条生根作用的记录表；行题可为自变量2，4D浓度，用组别A、B
26、、C、D、E、F表示；列题为另一自变量温度，两个自变量可调换位置。又由于每一组别有3根插条，每根插条均要测根的总长度，并求出各组平均值，在表格中均要有所体现；数据格是每根插条的生根的总长度。数据标题、行标题和列标题在栏头中体现。(3)本实验的因变量是生根情况，用每组根的总长度来衡量，用每根插条的生根数目来衡量也可；影响根的生长的植物激素有生长素类、细胞分裂素类、赤霉素类和乙烯等，而本实验的2，4D属于生长素类，故对植物插条生根有作用的其他植物激素有赤霉素、细胞分裂素、乙烯等；由于作用的时间相同，且条件相同，但有的插条生根，有的插条不生根，所以可能是插条倒置于2，4D溶液中造成的，插条具有极性，
27、在形态学的下端生根，形态学的上端不会生根。【答案】(1)用蒸馏水配制一定浓度梯度的2，4D溶液，分别标记为A、B、C、D、E，蒸馏水标记为F；取三个水浴锅，分别设温度为20 、30 、40 ，在每个水浴锅中放入6个分别装有适量且等量的浓度依次为A、B、C、D、E、F的六种溶液的500 mL烧杯。另取生长状况相同的该植物插条，均分成18份，每份3根插条，编号为1、2、3，分别浸泡在烧杯内溶液中；在相同且适宜的条件下浸泡相同的时间后，取出各组插条，测量并记录各组每根插条的生根总长度，并求各组平均值(2)如表所示：组别根的总长度及平均值(mm)温度A组B组C组D组E组F组20 123平均值30 123平均值40 123平均值(3)每组根的总长度赤霉素、细胞分裂素、乙烯(脱落酸)(脱落酸可写可不写)插条的(形态学)下端未接触到2，4D溶液(或插条倒置于2，4D溶液中)