1、第8讲 设计实验复习目标 初步学会设计实验的实验方法。学会观察实验中产生的现象，分析观察到的现象，得出你的结论。一实验设计的基本理论(一)科学研究方法的基本步骤：通过观察作出假设设计实验并完成实验并提出问题预期实验结果分析得出结论例1：我家母亲每年把秋天采拮吃不完的柑桔用马尾松枝覆盖，过年时，拿出来给客人吃依然很新鲜。请你就马尾松枝能否保鲜柑桔进行次科学探究。（二）实验设计的基本原则：1.科学性原则：指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期要有科学依据，实验的各个环节都不能偏离生物学基本知识和基本原理，以及其它科学领域的基本原则。（）实验原理的科学性例如：（）实验材料的选择的科学性例如：孟德
2、尔所选材料豌豆是他成功的关键；恩格尔曼的实验（光合作用的场所）水绵、好氧细菌、极细光束。高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动新鲜黑藻嫩叶。（）实验方法的科学性 例如：斯帕兰札尼的实验（酶的发现）。（）实验结果处理的科学性例如：孟德尔遗传规律的发运用统计学的方法。（）实验步骤的科学性例如：温度对酶活性的影响。例2：用含有各种必需矿质元素的溶液培养大麦，48h后测定几种离子的浓度点该离子开始浓度的百分比，实验结果如下实验条件水分消耗（ml）Ca2+K+Mg2+光照109013527179黑暗53410535113由上述实验结果能得出哪些实验结论？2.平行重复性原则：指实验设计的操作过程能重复，而结果
3、不变。有些实验只进行一次，结果不可靠，必须多次重复实验，且结果相同才可信。当然也可选择实验组同时含有多个实验对象的方法，来求得结果准确。例3在用质壁分离法测定细胞的渗透能力的实验中，将剪成小块的洋葱表皮细胞（等量）分别放入下面各组溶液中，结果如下表：培养皿蔗糖溶液浓度初始质壁分离细胞所见观察细胞数目的百分比10.2无20.3无30.41540.54050.68060.79970.8100请回答: (1)该洋葱表皮细胞的等渗浓度范围为_.(2)在以上基础上,如何进一步改进实验,将测定的洋葱表皮细胞的细胞液浓度范围精确到小数上点后两位.需设置的蔗糖溶液浓度分别为_. _.观察. 结果与分析.2单一
4、变量原则：即实验设计过程中控制其他因素（因子）不变，只改变其中某一因素，观察其对实验结果的影响。 例如：如探究外界条件对酶活性影响的实验，在一个实验中，要么把温度作为实验的变量，要么把pH作为实验的变量，而不能同时把温度和pH作为一个实验的变量。如果把温度作为实验的变量，就必须控制pH、底物量和酶量的相等，只改变单一变量温度，观察不同温度下酶活性的差异。遵循单一变量原则，既便于对实验结果进行科学的分析，又增强实验结果的可信度和说服力。实验变量与反应变量实验变量（又叫自变量）： 反应变量（又叫因变量）：关系：实验变量是原因，反应变量是结果，它们是因果关系。实验的目的就在于获得和解释前因与后果。例
5、如：关于“温度对酶活性的影响”的实验中，“低温(冰块)、适温(37)、高温 (沸水)就是实验变量，而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。该实验旨在获得和解释温度变化(实验变量)与酶的活性(反应变量)的因果关系。无关变量与额外变量。无关变量（又叫控制变量）： 额外变量（又叫干扰变量）：指由无关变量引起的变化结果。关系：它们之间也是前因后果的关系。但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。实验的关键之一在于控制无关变量，以减小误差。例如：“温度对酶活性的影响”中，除实验变量(温度)外，试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。 如无关变量中的任何一个或
6、几个对三组实验不等同、不均衡，就会产生额外变量，影响实验的真实结果。练习：填写下述变量表：实验自变量因变量无关变量比较过氧化氢在不同条件下和分解探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用3马尾松枝能否保鲜柑桔3、对照原则对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。通过设置实验对照对比。既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。如何设置对照实验呢？所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。具体来说有如下四个方面：所有用生物材料要相同：即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源
7、和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。所用实验器具要相同：即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。所用实验试齐要相同：即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题。所用处理方法要相同：如：保温或冷却：光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。设置对照组有4种方法：(1)空白对照，即不给对照组做任何处理；例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。(2)条件对照，即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；这种对照
8、方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。例如，在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组(饲喂甲状激素)，乙组为条件对照(饲喂甲状抑制剂)；课本中涉及到温度对淀粉酶活性影响的实验中0、100等温度下的对照则为条件对照；显然，通过条件对照实验说服力大大提高。(3)自身对照，指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组；例如，“质壁分离与复原”实验，自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。(4)相互对照，不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。这种方法常用于等组实验中。“植物
9、向光性”实验中，利用若于组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。证明玉米根的生长方向与地心引力的关系实验中不同方向放置的玉米种子之间则属于相互对照。4.可行性原则：从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都具有可行性。5.简便性原则：实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验药品比较便宜，实验操作挝程比较简便，实验步骤比较少，实验时间比较短。（三）中学实验有关的一些最常见的经典性的实验方法汇总如下：（1）化学物质的检测方法 如： 淀粉碘液 还原性糖斐林试剂、班氏试剂C02Ca（0H）2溶液或酸碱指示剂 乳酸PH试纸02余烬复然 无02火焰熄灭蛋白质被蛋白酶分
10、解、双缩脲试剂、燃烧 脂肪苏丹、苏丹（2）实验结果的显示方法 如： 光合速度02释放量或CO2吸收量或淀粉产生量呼吸速度02吸收量或CO2释放量或淀粉减少量原子途径放射性同位素示踪法细胞液浓度大小质壁分离、体积的变化细胞是否死亡质壁分离 甲状腺激素作用动物耗氧量，发育速度，神经系统兴奋性等生长激素作用生长速度（体重变化，身高身长变化）胰岛素作用动物活动状态、血糖浓度 菌量菌落数或亚甲基蓝褪色程度（3）实验条件的控制方法 增加水中氧气泵入空气或吹气或放入绿色植物减少水中氧气容器密封或油膜覆盖或用凉开水除去容器中CO2NaOH溶液 除去叶中原有淀粉置于黑暗环境（饥饿处理）除去叶中叶绿素酒精加热 除
11、去光合对呼吸干扰给植株遮光如何得到单色光棱镜色散或薄膜滤光 血液抗疑加入柠檬酸钠线粒体、细胞膜提取细胞匀浆离心 骨的脱钙盐酸溶液CO2浓度的平衡NaHCO3溶液 (四)、常用的表达词汇： 适宜、适应、等、相同、等量、各、分别、显著差异、一段时间(五)、实验设计题的简单分类：验证型 对于实验现象可以由要验证的结论直接得出，不必讨论研究型 对于实验现象一般要讨论并得出相应的结论（正、反、中间）(六) 实验设计方案一般包括以下内容： 1实验名称 2实验目的 3实验原理 4实验对象 5实验器材 6实验方法与步骤 7实验结果预测分析 8实验测量与记录 9实验结论 (七) 实验设计的具体模型：1实验目的要
12、明确实验目的是要探究或者验证的某一事实。关键是我们在已知实验目的的情况下要能准确得出实验变量，因变量以和无关变量.如：探究光照对种子萌发的影响，实验变量是光照，因变量是种子的萌发情况。2实验原理要科学实验原理是进行实验的科学依据。有可能用到物理、化学、生物等多学科知识，如：探究细胞体积为什么这么小，用三个边长分别为1cm、5cm、10cm的立方体琼脂块浸泡在有色溶液中，在适宜相同时间内观察有色溶液渗透深度。用到了物理学的扩散原理作原理；又如：探究过氧化氢酶和Fe3+ 的催化效率，用的是2H2O22H2O + O2 , 用到了化学分解反应作原理；特别是引入的生物变量为颜色反应时，很多都要用到化学
13、的颜色鉴定知识。但既然是生物实验利用生物知识的时候居多，所以探索那方面生物学规律，最重要的就是要联系我们课本上讲的有关章节，生物学的很多实验其实就是考察学生将所学知识迁移到新情景的能力。3、实验过程三大步 第一步 分组 取按题目中给出的培养装置分组。 取极值等距离分组。取按题目中给出的培养对象、试剂、材料、条件分组。 取最适值等距离分组。标号 能明确分析出实验组、对照组的可用实验组、对照组的说法；还可用字母如：A、B等进行标号。 对于多支试管建议最好用1、2、3等进行标号。第二步 对照 实验目的中要研究的实验变量（自变量）形成对照，关键是要保持单一变量的原则。相同 实验生物要相同。实验试剂要等
14、量。实验条件要对等。第三步 观察 反应或培养一段相同时间后，观察实验目的中的反应变量。记录 可采用文字语言记录。可采用表格、图表记录，必须具体记录。4实验结论要准确 实验现象（预期结果）（实验结果）要么实验组达成实验目的，对照组未达成实验目的。要么对照组达成实验目的，实验组未达成实验目的。要么实验组、对照组都达成实验目的。不能两者都不达成实验目的。若两者都不达成实验目的，就是做题人不想得分。实验结论 只能是得出在这个实验中的结论，往往是实验目的的达成，不能将其盲目拔高或者拓宽。实验分析 此时要将实验分析拔高或者拓宽到书本上的理论知识的高度。实验设计模型应用举例例：现有一种植物的种子，已经知道它
15、的萌发受水分、温度和氧气的影响，但不了解与光是否有关，探究光的有无对种子萌发的影响，请你依据所给的材料和用品设计出实验的 有关方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。材料和用具：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。（1）方法步骤：（2）可能的实验结果及相应的实验结论：实验设计模型应用：（1）、实验目的要明确，据模型该实验的实验目的是：探究光的有无对种子萌发的影响，所以题目中所提到的水分、温度和氧气等条件可视为相关变量而不是主导因素，更准确的认识是在实验步骤中保持的相同因素。接着从试验目的中分析出对照因素为光照的有无，生物变量为种子萌发的情况（或发芽率）。（2）实
16、验原理要科学，模型中提到实验原理要联系我们课本上讲的有关章节，我们联想到光影响植物激素的调节，但没有提及对种子萌发的影响，其实真正的实验原理来自与初一的教学内容：种子萌发不受光的影响。（3）、实验过程三大步，要得出实验过程的从实验材料入手，分析：数量充足的铺有滤纸的培养皿是培养装置，滤纸是保证有水但又不被水淹而呼吸作用正常，无菌水是让种子吸水萌发，表面消毒过的种子是试验生物但不受微生物破坏。据模型思考实验步骤。分组、标号；分组据模型按题目中给出的培养条件分两组，标号为A组、B组。对照、相同；对照将A组置于光照条件下，将B组置于黑暗环境中，相同将A、B两组置于相同的适宜水分、温度和氧气等条件下。
17、对照处理组别观察、记录；观察一定要扣反应变量萌发情况（或发芽率），记录可采用文字语言记录或可采用表格、图表记录。采用表格不但能记录实验过程、还能记录实验结果、实验结论和实验分析等，采用表格能使学生思路更清晰。用表格记录如下：处理措施A组B组向两只培养皿内倒入等量无菌水适量放置于不同的环境中光照黑暗温度、水分、空气状况相同且适宜培养一段相同时间后观察、记录萌发情况实验结果实验结论有光组萌发，无光组不萌发，则该种子萌发受光的影响有光组不萌发，无光组萌发，则光抑制该种植物种子的萌发。有光组萌发，无光组也萌发，则该种子萌发不受光的影响。据模型思考实验预期结果、实验结论在光照下的A组达成目的萌发，而在黑
18、暗中的B组未达成目的未萌发，则光照对种子的萌发有促进作用。在光照下的A组未达成目的萌发，而在黑暗中的B组达成目的未萌发，则光照对种子的有抑制作用。在光照下的A组和在黑暗中的B组达成目的萌发，则光照对种子的萌发无影响。设计实验练习1（全国II卷32）.（17分）请用所给的实验材料和用具，设计实验来验证哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有专一性。要求完成实验设计、补充实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。实验材料与用具：适宜浓度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉四种溶液，菲林试剂、试管、37恒温水浴锅，沸水浴锅。（1）若“+”代表加入适量的溶液，“”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用
19、这些符号完成下表实验设计，请在答题卡上作答。 溶液试管蔗糖溶液淀粉溶液蔗糖酶溶液唾液淀粉酶溶液甲+（2）实验步骤：按照上表中的设计，取试管、加溶液。（3）结果预测：_。（4）结论：_。（5）在上述试验中，如果仅将37恒温水浴锅的温度调到20。而在其他条件不变的情况下重做上述实验，出现砖红色试管中的颜色会比37时的浅，其原因是_。2（广东A卷36）.（8分）小王发现黑暗中生长的大豆幼苗比阳光下生长的大豆幼苗高得多。请设计一个实验方案，探究不同光照强度对大豆植株高度的影响，并预测实验结果。 实验材料和用具：大豆种子（200粒）、光照培养箱（光照强度范围010000Lux，温度、湿度等均可自行设定）
20、、培养皿、直尺等。（1）实验方案：（2）实验结果测试：3（浙江卷30）（26分）回答下列、小题：.（12分）给正常成年实验兔注射甲药物后，使其患了高血压病，注射乙药物可使高血压症状缓解。为了验证甲、乙两种药物的上述作用，请您根据以下提供的实验材料与用具，设计实验步骤，并在下面的坐标中画出实验过程中该组兔的血压变化示意曲线，标注注射药物的时间点。材料与用具：一组正常成年实验兔、血压测定仪、适宜浓度的甲药物、适宜浓度的乙药物、注射器等。（要求：答题时对该组实验兔不再分组；对动物的手术过程与药物的具体注射剂量不作要求）（1）实验步骤： .血压时间0（2）在下面的坐标中画出实验过程中该组兔的血压变化示
21、意曲线，并标注注射药物的时间点。4（安徽卷29）（15分）2（7分）某生物兴趣小组调查发现，在黄瓜幼苗期喷洒一次乙烯利溶液（100-200mgL-1），可能促进多开雌花，提高黄瓜产量。但乙烯利浓度低于或高于这个范围时，其作用效果尚不清楚。请设计实验，探究乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响。材料用具：2-3片真叶的分栽黄瓜幼苗若干、乙烯利溶液（300mgL-1）、蒸溜水、喷壶方法步骤：（1） 将黄瓜幼苗平均分成A、B、C、D四组。（2） （3） （4） 连续观察6周，记录并统计。雌花数乙烯利浓度mgL-1实验结果预测：（请在图中将预测的结果以折线的形式表示）例2（1）植物对水和矿质元素的吸收与光有
22、一定关系。（2）植物对水和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程。 （3）植物对矿质元素的吸收具有选择性。例30.5-0.6mol/L； 0.52、0.54、0.56、0.58； 将切成小块的洋葱表皮细胞等量分别放入上面各组溶液中。1答案：（1） 溶液试管蔗糖溶液淀粉溶液蔗糖酶溶液唾液淀粉酶溶液甲+乙+丙+丁+（2）混匀，37恒温水浴一段时间； 取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，沸水浴一段时间； 观察实验现象并记录实验结果。（3）含有蔗糖和淀粉酶溶液的试管（试管甲），以及含有淀粉和淀粉酶溶液的试管（试管乙）中出现砖红色沉淀，其他试管中不出现砖红色沉淀；（4）（哺乳动物的蔗糖酶和淀粉酶）酶的催
23、化作用具有专一性；（5）20低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少。2答案：实验方案： 1 实验材料：选出180粒大小一致的种子，分成六祖，每组30粒，在培养皿中培养。 2培养条件 光照强度 0、2000、4000、6000、8000、10000Lux 温度25度，培养一周 3 测定指标 用直尺测量植株高度，计算每组的平均值。注：要求至少分为三组（三个处理），每组有一定的种子数量，光照强度必须有0 Lux（黑暗）实验结果测试：随光照强度增加，植株高度下降。解析：本题考查根据自然现象设计实验方案及预测实验结果的能力。在设计实验过程中，注意遵循对照原则，单一变量原则，平行重复原则等科学原则
24、，所以至少分三组，且有黑暗作为对照，每组必须有一定的种子数量，且数量相等。预测实验结果要根据题中所给的自然现象，即黑暗中生长的大豆幼苗比阳光下生长的大豆幼苗高得多，即可得出正确答案。3(26分) (1)用血压测定仪对该组每只实验兔每隔一定时间测定血压，计算血压的平均值作为对照。 给该组每只实验兔注射等量的甲药物，用血压测定仪对每只实验兔每隔一定时间测定血压，计算血压的平均值。 当该组实验兔患高血压病后，给每只实验兔注射等量的乙药物，用血压测定仪对每只实验免每隔一定时间测定血压，计算血压的平均值。(2)4解析：本题考查的是必修3第3章植物激素调节的有关知识，是对学生实验设计能力的考查。题中在黄瓜
25、幼苗期喷洒一次乙烯利溶液（100-200mgL-1），可能促进多开雌花，提高黄瓜产量。但乙烯昨浓度低于或高于这个范围时，其作用效果尚不清楚。所以就要根据题目中所给的材料乙烯利溶液（300mgL-1）来配制高于（100-200mgL-1）的浓度和低于（100-200mgL-1）的浓度两种乙烯利溶液来对照来处理黄瓜的幼苗，来观察其效果。并用蒸馏水做空白对照。结果的预测可能有四种情况：1、用不同浓度的乙烯利溶液可能相同，都比水处理的开雌花的多。2、低浓度的效果不好，高浓度的效果也不好。3、低浓度的效果不好，高浓度的和中间浓度的效果一样。4、随着浓度的增加效果越来越好。由于乙烯利作用没有两重性，最可能的是第三种情况。答案：（2）用蒸馏水稀释乙烯利溶液，配置成4种浓度（要求在0100mgL-1、100200mgL-1、200300mgL-1三个区间各至少取一种浓度）。（3）取等量上述各浓度乙烯利溶液，用喷壶分别喷洒各组黄瓜幼苗一次。（4）各组雌花数（或各组每株平均雌花数）实验结果预测：如配置的浓度为0、50、150、250mgL-1，折线图为（要求在横坐标上注明上述（2）配置的浓度）
