2023届新高考生物备考复习：实验与探究-理论部分

2023届新高考生物备考复习

实验与探究----理论部分

具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。

例题（2019全国II卷）某种H+-ATPase是一种位于膜上的载体蛋白，具有ATP水解酶

活性，能够利用水解ATP释放的能量逆浓度梯度跨膜转运①将某植物气孔的保卫细胞

悬浮在一定pH的溶液中（假设细胞内的pH高于细胞外），置于暗中一段时间后，溶液的pH

不变。②再将含有保卫细胞的该溶液分成两组，一组照射蓝光后溶液的pH明显降低；另一

组先在溶液中加入H+-ATPase的抑制剂（抑制ATP水解），再用蓝光照射，溶液的pH不变。

根据上述实验结果，下列推测不合理的是（）

A.f-ATPase位于保卫细胞质膜上，蓝光能够引起细胞内的『转运到细胞外

B.蓝光通过保卫细胞质膜上的H+-ATPase发挥作用导致父逆浓度梯度跨膜运输

C.H+-ATPase逆浓度梯度跨膜转运『所需能量可由蓝光直接提供

D.溶液中的酎不能通过自由扩散方式透过细胞质膜进入保卫细胞

考向三

具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查，假说演绎、

建立模型与系统分析等科学研究方法。

实验与探究能力是每年高考中的核心考点，体现此能力的试题背景取材广泛、灵活，具

有较强的区分度，预计在高考相关命题中会创设一定的新情境、要求考生设计实验方案、完

善实验步骤、预期实验结果、解释实验现象等，并且对考生的语言组织能力有一定的考查。

本部分内容学生容易存在的问题：不能运用实验设计的单一变量原则和对照原则；对实

验变量的控制不能进行恰当的处理；实验设计时不能很好地理解实验原理，不能科学合理地

安排实验程序；不能得出科学的结论；对实验中的失败不能有效地分析总结。

实验设计（步骤）

科学探究的基本步骤：

观察并提出问题f提出假说f设计并完成实验f分析结果，得出结论一表达交流。

一'变量种类

（-）实验变量（自变量）与反应变量（因变量）：

实验变量是实验过程中人为改变的变量（一般实验组处理的量），而反应变

量是指由实验变量而引起的变化结果。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。例如：关于“温度对唾液淀粉酶水解淀粉的影响”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：

实验过程中可能还会存在一些可变因素（自变量之外的），对实验结果造成

影响，这些变量称为无关变量。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。它们也是前因后

果的关系。但对实验与反应变量的获得起干扰作用。例如：上例实验中，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。

要求:自变量具有可操作性，无关变量具有可控性，因变量具有可预测性。

二、设计原则

（一）单一•变量原则：

不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变

量。例如，在验证温度对酶活性的影响的实验中，就必须控制pH值、底物量和酶量的相等，

只改变单一变量一一温度，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。

（-）对照原则：

1、空白对照：指不做任何实验处理的对象组。例如，在“探索生长素类似物促进插

条生根的最适浓度”的实验中，蒸储水处理插条组为空白对照。空白对照能明白地对比和衬托

出实验组的变化和结果，增加了说服力。

2、自身对照：实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照。单组法和轮组法，一

般都包含有自身对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验，则是典型的自身对照。自身对照,

方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组,

实验处理后的对象变化则为实验组.

3、条件对照：指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理作为对照意义的,或者说

这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。这种对照方法是指不论实验组还是对照组

的对象都做不同条件处理，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，“动

物激素饲喂小动物”实验，其实验设计方案是甲组:饲喂甲状腺激素（实验组）;乙组:饲喂甲状腺

抑制剂（条件对照组）;丙组:不饲喂药剂（空白对照组）。显然，乙组为条件对照。该实验既设置

了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分说明实验变量甲状腺激素能

促进蝌蚪的生长发育。

4、相互对照：指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照。在等组实验法中，若

不设空白对照，则大都是运用相互对照。如“探究生长素类似物促进杆插枝条生根实验”的等组

实验中不同浓度生长素类似物之间形成相互对照，较好地平衡和抵消了无关变量的影响，使

实验结果具有说服力。

如何设置对照实验呢？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（即无关变量）的完全相等”。具体来说有如下四个方面：

①用生物材料要相同：即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方

面特点要尽量相同或至少大致相同。植物：大小相似，长势相同的同种植物；动物：体

重（体长）、年龄、生长趋势相同，有时甚至要性别相同。

②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。

③所用实验试剂要相同：即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量问题。

④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。

（三）随机性原则：是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于：一

是可以消除或减少系统误差;二是平衡各种条件，避免实验结果中由于不确定因素造成偏差。

（四）平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验在同

样条件下进行足够次数的重复，不能只进行12次便得出结论，重复、对照、随机是保证实

验结果准确的三大原则。任何实验都必须有足够的实验次数才能判断结果的可靠性.

三、步骤设计：变量控制法

（-）确认变量：对照实验步骤设计关键是对三大变量：实验变量（自变量）、反应变量（因

变量）、无关变量的确认和处理。

（-）变量控制：指控制其他因素不变，集中研究其中一个因素变化，保证实验不受干扰或

将干扰因素降低到最低程度。通过实验控制，尽量消除实验误差，以取得较为精确实验结果.

1操纵实验变量一一实验组

“加”“减”或“变”：例如验证甲状腺激素的生理作用一一“加”即口服或注

射该激素；“减”即手术切除甲状腺法；“变”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“变”的方法，即采用等梯度改变温度。

2控制无关变量

消除法：排除或隔离无关变量对实验效果的影响。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，需开花前，用纸袋将雌花套住，隔离外来花粉

干扰。

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。

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，得到实验变量的效果。

3检测反应变量

因变量是实验现象或实验结果，但不是实验结论，该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。而实验结论是需要根据实验现象或实验结果进行分

析，从而获得的结论性语句，即某溶液中存在/不存在淀粉酶。

（三）表述步骤

1、主要内容：

实验变量的操纵方法：对研究对象施加何种实验变量，如何施加等；

无关变量的控制方法：采用何种方式来控制无关变量对实验的影响；

反应变量检测方法：用何种方法观察和测量什么指标等。

2、一般规律（三步法）：

第一步:实验前的准备一一描述“无关变量”

取材（等同性）：选取年龄、性别相同，健康且发育状况相同的同种动物；

选取长势相同、大小相似的同种植物等

分组（随机性）：随机均分（或等分）X组

编号（规范性）：编号A、B……组或甲、乙……组

如，某学校生物兴趣小组拟探究添加皮革蛋白粉饲料对动物生长发育的影响作用。

实验材料和用具：大鼠若干只，普通饲料，添加皮革蛋白粉的饲料，其他所需条件均满足。

①选择身体健康、发育正常、体重相同、同一性别的大鼠若干，随机均分为A、B

两组，分笼饲养。

第二步:实验中的处理一一描述“自变量如何控制、无关变量如何平衡”：遵循单一变

量原则，对照原则

相同处理和不同处理：根据实验变量设置对照，注意除实验变量不同外，其他

因素都应相同且适宜。如实验组“用适量某溶液”处理，对照组“用等量的蒸

播水（或生理盐水或清水）”处理，且“每组都在相同且适宜条件下培养（或饲

养）”或“培养相同的时间”

②A组鼠每天都饲喂适量普通饲料,B组鼠饲喂等量的添加皮革蛋白粉饲料,在相同

且适宜的条件下饲养相同的一段时间。

第三步:实验后的观测一一描述“因变量怎样检测”

观察并记录实验结果:一段时间后，观察（现象）或测量（数据），做好记录（并计

算出平均值）。如果实验现象是隐蔽的，必须找出具体的检测方法，以显现实验

结果，便于观察。

③检查大鼠的生长发育状况，统计各组大鼠体重和发育状况。

3、预测实验结果

探究性实验预测的实验结果不唯一，大多有三种可能：变量促进结果（正相关）、

变量抑制结果（负相关）、变量与结果无关（无影响）；或“全肯定，全否定，一肯定，一否

定”等。

①若A、B两组大鼠体重基本相等，发育状况相同，说明添加皮革蛋白粉的饲料

对动物生长发育没有影响（无影响）

②若A组大鼠体重大于B组大鼠体重，且A组大鼠的生长发育状况比B组大鼠好,

说明添加皮革蛋白粉的饲料对动物生长发育有抑制作用（负相关）

③若A组大鼠体重小于B组大鼠体重，且A组大鼠的生长发育状况比B组大鼠差，

说明添加皮革蛋白粉的饲料对动物生长发育有促进作用（正相关）

注：步骤设计语言要求

第一，步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说，并加以编号。

第二，试管（或烧杯，水槽等）要用字母或文字加以编号，如A、B或甲、乙等等，这

样可使叙说简洁一些。

第三，叙说中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如：“盖玻片”不能说是

“薄的玻璃片”；“等量的”不宜说成“一样多的”；“振荡”不宜说成“晃动”“摇

动”等等。

第四，一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化表达，尽可能用“相同”“适

宜”或“适量”等语言表达。

第五，实验设计中适时出现“其他培养条件相同”或“培养一段相同时间后”等都是很

好的得分点。

第六，题目给出的实验材料和试剂一般应充分利用，除非题目条件允许，否则不能自己

随意增减实验材料和试剂。

四、分析结果，得出结论

实验结论：是在实验结果的基础上，根据已有知识的合理迁移，通过推理和

判断，得出的关于生命现象最本质的认识。

结论表述：

（1）现象f分析f结论（由特殊上升到一般的提炼归纳过程）

（2）两种表述句式：

A.验证性实验：因为（现象）说明（分析原因）证明（结论）

B.探究性实验：如果（现象）那么说明（结论）

注意：实验结果分析出现问题最多的就是探索性实验，表现在：

（1）分析不全面，不能准确分析各种可能性

（2）结果和结论不能一一对应

（3）表达不正确，结果和结论颠倒

例题1：药物X为激素类药物。为探究其对机体排卵的影响，某同学选用若干条发育状

况相同的成年雌性鳗鱼进行实验，回答下列问题。

（1）请完善下面的实验步骤

①将端鱼随机分为甲、乙两组。甲组的处理是注射适量的用质量分数为0.65%的NaCl溶

液配制的药物X溶液，乙组的处理为»

②将上述两组鲸鱼置于的条件下饲养。

③一段时间后统计两组鱼排卵的数量，并对所得数据进行统计、处理和分析。

(2)实验结果与分析

若甲组®庸鱼的排卵数量大于乙组，则说明药物X

若甲组牖鱼的排卵数量与乙组的相当，则说明药物X

I

(3)经检测，药物X与鳞鱼垂体中某种物质的结构十分相似，该同学测定了两组鲫鱼体内

雌性激素的含量，发现甲组的雌性激素含量高于乙组。请你对药物X的作用机理作出解

释：o

答案：

(1)①注射等量不含药物X的质量分数为0.65%的NaCl溶液②相同且适宜

(2)有促进雌性随鱼排卵的作用对雌性端鱼排卵没有影响(或没有促进作用)

(3)药物X可能与促性腺激素有相同作用，能促进雌性激素的合成与分泌，进而促进鲸鱼排卵

例题2：为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据

给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析.

(1)材料和用具：日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸镭

水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等.

(实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作考试要求，室温恒定.)

(2)方法与步骤__________________________________________________________________

(3)结果预测与分析：_____________________________________________________________

答案：

(2)①将两组大白鼠分别标号为甲组和乙组，并分别用给出的仪器，测定与记录耗氧量和活动量

②每日用灌胃器给予甲组鼠灌胃甲状腺激素溶液，给予乙组鼠灌胃等量的蒸播水，饲养一定时间.

③测定与记录甲、乙组鼠的耗氧量和活动量

(3)未给甲状腺激素时，甲、乙两组鼠的耗氧量和活动量相近，给甲组鼠甲状腺激素后，其耗氧量和活

动量均大于乙组鼠。结果表明甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，提高神经系统的兴

奋性，从而使动物的耗氧量和活动量增加。

例题3:现有一种由人工膜制成的袋，为检测淀粉和碘能否透过该膜，现提供试剂和用品如

下：铁架台、烧杯和人工膜袋各一个，1%的淀粉溶液、稀碘溶液和细棉线。

(1)请用上述试剂和用品，设计一个实验装置，探究淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能

否通过该膜，请用示意图表示(加图注).

(2)实验结果预测及分析

①

②

③

④

答案:

(1)

（2）实验结果预测及分析：一段时间后，

①袋内外液体均不变蓝，表明淀粉和碘均不能通过：

②袋内外液体均变蓝，表明淀粉和碘均能通过；

③袋内液体变篮，袋外液体不变蓝，表明碘能通过，淀粉不能通过；

④袋外液体变蓝，袋内液体不变蓝，表明碘不能通过，淀粉能通过.

（注：结果预测应与实验设计一致.）

高考例证

1.（07北京卷）疫苗对预防传染病具有重要意义。为研制抗某种病毒的灭活病毒疫苗，研

究人员设计实验方案如下：

（1）制备疫苗

将纯化的某种病毒在特定的中培养、增殖。收获病毒后用灭活剂杀死，但要

确保灭活病毒的——不被破坏且能被免疫细胞识别，这样得到的灭活病毒即为本实

验所用的疫苗。

（2）用实验动物检测疫苗刺激机体产生抗体的能力

①实验原理：通过接种疫苗，灭活病毒进入实验动物体内可刺激B细胞，使之增殖、

分化形成效应B细胞并产生相应的—；当—病毒邛j•次入侵•时，机

体能产生更强的特异性免疫反应，包括o

②实验过程：将健康的实验动物分成对照组和多个实验组，每组若干只动物。

对照组的处理：接种不含疫苗的接种物，一段时间后再。

实验组的处理：接种,一段时间后再接种病毒。

为确定疫苗的有效浓度，不同实验组的动物需接种的疫苗。

③分析结果：统计实验组和对照组动物的发病率、存活率。

若该疫苗可以刺激机体产生足够的抗体，则实验组比对照组发病率、

存活率。

答案：

（1）活细胞抗原决定簇

（2）①抗体同种细胞免疫和体液免疫②接种病毒疫苗（含疫苗的接种物）不同浓度

③低高

2.（09全国II卷）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，斐林试剂、

试管、37c恒温水浴锅，沸水浴锅。

（1）若“+”代表加入适量的溶液，“一”代表不加溶液，甲、乙等代表试管标号，请用这

些符号完成下表实验设计。

蔗糖溶液淀粉溶液蔗糖酶溶液唾液淀粉酶溶液

甲4-—+—

（2）实验步骤：

①按照上表中的设计，取试管、加溶液。

②

③

④

(3)结果预测：。

(4)结论：___________________________________»

(5)在上述试森中，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37c时的浅，其原因_______________。

答案：

(1)

蔗糖溶液淀粉溶液蔗糖酶溶液唾液淀粉酶溶液

甲+一+一

乙一+—+

丙+——+

T一++一

(2)②混匀，37C恒温水浴一段时间

③取出试管，分别加入适量的斐林试剂，混匀，沸水浴一段时间

④观察实验现象并记录实验结果

(3)含有蔗糖和蔗糖酶溶液的试管(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)酶的催化作用具有专一性；

(5)20C低于酶的最适温度，酶活性低，水解产生的还原糖少。

考向四

能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订

要求考生综合运用所学的生物学知识及实验原理、方法和技能，对给出的实验方案进行

修改或完善。如要求考生指出实验中的错误并进行修改。

“五看法”评价实验设计：

一看对照(1)无对照实验

(2)有对窗实验：实验变量设置；是否进行编号与标记；

是否遵循单一变量原则；是否遵循等量原则;

*是否排除干扰因素

二看材料用具(1)生物材料选择是否恰当

(2)实验器材选择是否合理

(3)药剂选择、使用、用量是否准确

三看条件(1)是否需要搅拌、加热等

(2)实验所需的温度、光照等条件是否合理

四看步骤(1)步骤顺序是否合理

(2)步骤是否完整

(3)具体操作是否违反生物学基本原理

V

五看结果(1)实验目的是否与实验结果、结论对应

(2)探究性实验的结果和结论是否讨论全面

(3)是否先写结果后写结论

例题1：(02年全国卷)为验证“镁是植物生活的必需元素”，三位同学进行了实验设计，下

列是实验的基本思路。请分别指出三个实验思路能否达到实验目的，为什么？再写出你的设

计思路。

(1)实验一：取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器进行培养。对照组容

器内只盛有蒸储水,实验组盛有用蒸储水配制的镁盐溶液。两组置于相同的适宜条件下培养,

并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况。

(2)实验二：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中(砂性土壤肥

力均匀，容器符合实验要求)，对照组浇以蒸储水，实验组浇以蒸储水配制的镁盐溶液，两

组置于相同的适宜条件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况。

(3)实验三：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中(砂性土壤肥

力均匀，容器符合实验要求)，对照组浇以含有植物必需的各种元素的完全营养液，实验组

浇以不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条件下培养，观察比较两组植物的生长

发育情况。

(4)下面由你进行实验设计，请写出你的设计思路。

答案：

取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器进行液体条件下的培养。

对照组是盛有植物必需的各种元素的完全营养液，实验组盛有不含镁离子的完全营养液(准确的说应该

是只缺少镁元素的“不完全培养液”)，两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气。观察比较两

组植物的生长发育情况，经分析得出正确结论。

例题2:若除酶外所有试剂已预保温，则在测定酶活力的实验中，下列操作顺序合理的是

()

A.加入酶一加入底物一加入缓冲液一保温并计时一一段时间后检测产物的量

B.加入底物一加入酶一计时一加入缓冲液〜保温一一段时间后检测产物的量

C.加入缓冲液一加入底物一加入酶一保温并计时一一段时间后检测产物的量

D.加入底物一计时一加入酶一加入缓冲液一保温一一段时间后检测产物的量

专项训练

1.下表是某小组为探究“HQ?酶的活性是否受pH影响“而设计的实验操作步骤，据表回答:

操作步骤操作方法试管甲试管乙

1加体积分数为3%的乩。2溶液2mL2mL

加质量分数为5%的HC11mL/

2

加质量分数为5%的NaOH/1mL

3加质量分数为20%的猪肝研磨液2滴2滴

4观察___

(1)实验的因变量是，可观测的指标是。

(2)I.上述操作步骤中存在明显的缺陷，请写出改进方案：

__________________________________________________________________________。

②。

II.在完成改进方案后预期的实验结果及结论是：

①若_________________________________________________________________________

则过氧化氢酶活性受pH影响。

②___________________________________________________________________________

则过氧化氢酶活性不受pH影响。

(3)将此次多余的猪肝研磨液保留到下次使用，应对它进行(填“高温”或“冷藏”)

处理。

(4)如果用出现同一结果所需要的时间来表示醐的活性，那么所需的时间越长，酶的活性

越。

答案：

(1)过氧化氢分解速率气泡产生速率(相同时间内，试管中产生气泡的数量)

(2)1.①实验步骤1与3互换②再增加丙试管,在加入HC1或NaOH的步骤中换为加入1ml蒸饰水，其

他步骤与修正后的步骤相同

11.①若甲、乙两试管中产生的气泡数量较少，丙试管中产生大量的气泡

②若甲乙丙三支试管产生的气泡数量基本一样

(3)冷臧

⑷低(或弱)

2.为了研究在适宜的光照下，CO?浓度及施氮量对植物总光合速率的影响，研究人员选取生

理状态相同的某种植物若干，分为四组，分