实验设计一般要求

高三生物实验专题复习高考复习专题实验设计的一般要求明确实验要求和目的联系理论原理确定实验思路设计实验步骤（预测现象）保证实验信度（单一变量性等量性）实验结果的预测、分析和讨论实验中应遵循的几个原则实验复习专题(一)科学性原则(二)对照性原则

(三)单一变量性原则(四)等量性原则(一)科学性原则(1)化学物质的检测方法

①淀粉——碘液(蓝色)②还原性糖——斐林试剂\班氏试剂(砖红色)

③CO2——Ca(OH)2溶液(澄清石灰水变浑浊)④乳酸——pH试纸⑤O2——余烬复然⑥蛋白质——被蛋白酶水解、双缩脲试剂(紫色)——苏丹Ⅲ染液(橘黄色）⑦脂肪⑧DNA——二苯胺(蓝色)——苏丹Ⅳ染液(红色）(2)实验条件的控制方法①增加水中氧气——泵入空气或吹气或放入绿色植物②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水③除去容器中CO2——NaOH溶液④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境⑤除去叶中叶绿素——酒精水浴加热⑥除去光合对呼吸干扰——给植株遮光⑦如何得到单色光——棱镜色散或透明薄膜滤光⑧血液抗疑——加入柠檬酸钠⑨线粒体提取——细胞匀浆离心⑩骨无机盐的除去——盐酸溶液(3)实验结果的显示方法

①净光合速度——O2释放量或CO2吸收量或有机物积累量②呼吸速度——O2吸收量或CO2释放量或有机物消耗量③原子或分子转移途径——放射性同位示踪④细胞液浓度大小——质壁分离⑤植物细胞是否死亡——质壁分离◆水生植物可依气泡的产生量或产生速率；◆离体叶片若事先沉入水底可依单位时间内上浮的叶片数目；◆植物体上的叶片可依指示剂（如碘液）处理后叶片颜色深浅。

细胞质流动(3)实验结果的显示方法⑥甲状腺激素—动物耗氧量,发育速度等⑦生长激素—生长速度(体重、体长变化)⑧胰岛素作用—动物活动状态⑨菌量—菌落数，亚甲基蓝褪色程度（4）实验中常用器材和药品的使用

NaOH：Ca(OH)2：CaCl2HCl：NaHCO3：NaCl：琼脂：亚甲基蓝：酒精：蔗糖：滤纸：纱布、尼龙布：龙胆紫溶液或醋酸洋红：用于吸收CO2或改变溶液的pH鉴定CO2解离或改变溶液的pH提供CO2配制生理盐水或用于提取DNA激素或其他物质的载体或培养基用于检测污水的细菌含量用于消毒、提纯DNA、叶片脱色及配制解离液测定植物细胞液浓度或观察质壁分离和复原过滤或纸层析过滤，遮光碱性染料，用于染色体染色提高细菌细胞壁的通透性（5）简明、准确组织语言文字2、实验步骤分步描述并加以编号（一般不宜连续描述）3、在量上难以做到准确的量化描述，应尽可能用“定性”的语言表达。

1、实验组别编号描述如：凡实验中涉及到两组或两组以上，所用器材需用1、2、3……或A、B、C……或甲、乙、丙……等加以编号便于区分。如：第一步……。第二步……。……如：1、……。2、……。……如：“一段时间”、“适宜的温度”、“适量的”、“一定量的”等。4、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。

5、注意避免“词不达意”。

如：如图二，有些学生描述为“分别在甲、乙两试管中加入A、B物质”，如此表达则成了图三的含义，显然与图二不符。准确的描述应为“在甲乙两支试管中分别加入A、B物质”或“在甲试管中加入A物质，乙试管中加入B物质。”（5）简明、准确组织语言文字、图形6、选用文字、表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。例：某生物学兴趣小组开展“不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”的课题研究。他们已将香烟和蒸馏水按照1︰1的重量比浸泡24小时，过滤后的滤液作为原液。如果你是其中一员，请设计一张表格用于在实验时记录数据。不同浓度的烟草浸出液每分钟心跳次数第一次测量第二次测量第三次测量平均值浓度1浓度2浓度3蒸馏水（对照）A.表格的设计：例：用幼叶鞘作为实验材料进行生长素促进生长的探究实验设计和实验结果6、选用文字、表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。B.座标曲线表示：例：小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮杆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即可称为杂合体），生产上通常用块茎繁殖，现要选育黄肉（Yy），抗病（Rr）的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序，以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明。（写出包括亲本在内的三代即可）马铃薯第一代yyRr×Yyrr亲本杂交第二代YyRr,yyRr,Yyrr,yyrr种植，选黄肉，抗病（YyRr）第三代YyRr用块茎繁殖C.用图表示：6、选用文字、表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。小麦第一代AABB×aabb亲本杂交第二代AaBb种植F1代，自交第三代A_B_,A_bb,aaB_,aabb种植F2代，选矮杆，抗病（aaB-）继续自交，期望下代获得纯合体×③设计一个在室外空旷处进行的、在不用任何药剂、装置和触及幼苗的情况下,使幼嫩植株长成如图示形态的实验方案,并说明其原理。①用最简易的方法鉴定高杆小麦是纯种还是杂种。②培育无子果实要求用秋水仙素还是生长素。例：（7）明确实验要求和目的，确定实验思路(a)注意操作细节合理性：合理设计操作过程⑥不同的情况下要合理地选用不同的水。如：清水、池水、凉开水、蒸馏水、生理盐水。……等等①溶液或培养基灭菌后是否要冷却后使用？②向淀粉糊中加了唾液后是否要振荡试管呢？③酶促反应的试管如何加热？是直接加热，还是水浴保温？④用酒精溶解叶中叶绿素时，酒精直接加热，还是隔水加热？⑤使甲状腺制剂、胰岛素、生长激素进入动物体内的方法应如何操作？是饲喂，还是注射？(b)注意操作顺序的合理性“蛋白质的鉴定实验”中：

合理设计操作过程例：“还原性糖鉴定实验”中：

先将斐林试剂甲液（0.1g/mL的NaOH）和乙液(0.05g/mL的CuSO4)混合以后，再加入组织样液中，先将双缩脲试剂A液（0.1g/mL

NaOH）加入组织样液中，再加入B液(0.01g/mL

CuSO4)

。酶的活性受高温低温酸碱度影响的实验中先将淀粉糊和稀释的唾液保持相应的温度或调成相应的PH值再混合。(c)设计方案具有可操作性

缺乏可操作性1：（湖南）统计发现，有12％的考生设计为“取1株生长正常的幼苗，先用缺镁完全营养液培养，再用完全培养液培养”例：（2002全国高考题）为验证“镁是植物生活的必需元素”，……请写出你的设计思路。缺乏可操作性2：“用去掉镁的砂性土壤培养幼苗”缺乏可操作性3：“将幼苗中运载Mg2+的载体去掉”缺乏可操作性4：“将植物体内的Mg2+分离出来”

正确思路：取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器，对照组盛有含植物必需的各种矿质元素的完全培养液，实验组盛有不含镁离子的完全培养液，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。

合理设计操作过程①全面：可能的结果都要预测到。事实究竟是哪一种，应由实验现象来说明；(8)准确地预测实验结果②准确：如：加碘后，“不变蓝”不等于“无色”或“没有颜色变化”；另外“不变”也不能说成“无现象”例：酶是生物催化剂，其催化效率受温度酸碱度和激活剂的影响。请设计一个实验探究NaCl与酶活性的关系，并做出相关的实验预测及结论。步骤：略预测及结论：若蓝色消退速度加快，说明NaCl是酶的激活剂若蓝色消退速度减慢，说明NaCl是酶的抑制剂若蓝色消退速度无变化，说明NaCl对酶的活性无影响(二)对照性原则空白对照：不给对照组任何处理因素实验组对照组甲状腺制剂饲喂

（自身对照）对照组和实验组都在同一研究对象上进行质壁分离和复原实验（相互对照）不单设对照组，而是几个实验组相互对照不同盐浓度对哺乳动物红细胞的影响研究

（条件对照）给对照组部分实验因素，保证除了要研究的变量不同外其他条件完全相同燕麦实验法小结(三)单一变量原则控制变量法

在生物实验设计中的应用

生物的生命活动往往是错综复杂的，影响某一个生命活动的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清变化的原因和规律，当研究多个因素之间的关系时，往往先控制住其它几个因素不变，集中研究其中一个因素变化所产生的影响，这种方法叫控制变量法。这是一种研究问题的常用的科学实验方法。

例1：（2004春季高考）为了研究胰腺的胰液分泌调节，某人从实验狗甲的一段小肠刮下黏膜，将该黏膜放入稀盐酸中浸泡，把过滤后的提取液注入实验狗乙的静脉，结果引起实验狗乙的胰液大量分泌，并由此得出“小肠黏膜中存在促进胰液分泌的某种物质”的结论。分析这一实验与结论，回答下列问题：仅根据上述实验能否得出该结论，为什么？

操纵方法：注射稀盐酸提取的小肠黏膜物质无关变量：稀盐酸控制方法：设置空白对照：在实验狗丙的静脉中注入等量的稀盐酸(注射液中不含小肠黏膜物质)反应变量：胰液分泌量检测方法：检测胰液分泌量实验变量：小肠黏膜中物质不能例2：为了研究人工合成的生长素类似物萘乙酸是否对植物的开花具有影响，有人设计了以下实验：取20个水仙头，随机分成两组，一组10个不做任何处理，任其自然生长，作为对照；另一组10个水仙头均剥去部分鳞片叶，露出花芽，并用0.1mg/mL的萘乙酸处理。两组放在相同温度和湿度环境下培养。实验组的10个水仙头除2个死亡外，其他8个分别在6-9天时间内开花，平均比对照组早开花一个月。（1）据此得出萘乙酸可以促进水仙开花的结论.实验还有哪些不够严密的问题会对实验结果造成干扰？（2）若要完成本实验，请你重新进行设计合理方案。(1)①对照组也应与实验组一样剥去部分鳞片叶；②两组放在相同环境下培养，其条件不仅是温度和湿度，还有阳光、pH值等；③水仙的品种和大小应当一致。(其他合理答案也可)

(2)针对以上问题，取20个相同品种、大小一致的水仙头，随机分成两组，实验组10个水仙头均剥去部分鳞片叶，露出花芽，并用0.1mg/mL的萘乙酸处理；对照组10个处理方式除不用萘乙酸处理外，其它均与实验组相同，作为对照；两组放在完全相同环境下培养。

(四)等量性原则①生物材料要相同②实验器具要相同③实验试剂要相同④处理方法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。实验中要做到“单一变量”，应注意等量的原则即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号、洁净度等要完全一样。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，但还是要作同样的处理。谢谢1.通过对教材中实验的考察，检测学生生物学基础知识和基本实验技能；2.通过分析他人的实验现象，获得实验结论，考察学生分析实验现象获得结论能力；3.指出他人的实验设计的不足，完善给出实验方案，考察学生实验评价和实验设计的能力；4.提出实验课题，独立设计实验，考察学生实验设计的能力。近几年高考实验题型主要包括四类：1．考查学生生物学基础知识和基本实验技能。例1.（04年江苏题）根据生物组织中的有机物与某些化学试剂相互作用能产生颜色反应的原理，可以鉴定生物组织中某些有机物的存在。（1）填写下表中的空格。砖红色需鉴定的有机物

用于鉴定的试剂

反应产生的颜色

还原糖

斐林试剂

蛋白质

紫色

淀粉

碘液

脂肪

橘黄色

双缩脲试剂蓝色苏丹Ⅲ染液（2）鉴定DNA时，一般先将被鉴定物加入物质的量浓度为0.015mol/LNaCl溶液的试管中搅拌后，再加入___________试剂，混合后将其置于沸水中加热5min。待试管冷却后，若其中溶液颜色为_______________，而对照组试管中溶液为无色，则可确定被鉴定物为DNA。二苯胺蓝色2．考察学生分析实验现象获取实验结论的能力例1.（02年天津题）“水往低处流”，但是植物体内的水却往高处流，动力从何而来？某同学为此做了两个实验。实验一：将一枝条插入充满水的玻璃管中，玻璃管的另一端插入盛有水银的容器中，不久水银柱上升，如图一所示。实验二：将同一植物在靠近茎的基部切断，套上一个弯曲的玻璃管，管内装有水和水银。不久，玻璃管内水分增加，水银柱上升，如图二所示，请回答：实验一说明：实验二说明：实验一说明：叶片蒸腾作用产生的蒸腾拉力，是促进水分向上运输的动力。

实验二说明：根部生理活动能产生推动水分向上运输的压力。例2：将动物的肝细胞研磨并除去ATP后，分别放入3只标号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的锥形瓶中，装置和处理如图a，将锥形瓶瓶口密封后，放入20℃水浴锅中，1h后的结果如图b。------Ⅲ号锥形瓶的酒精液滴在玻璃管中向左移动Ⅲ呼吸（有氧呼吸）肝细胞的呼吸作用需要葡萄糖和ATP（2）该实验的全部结果说明

，

。（1）实验中可以看到的明显变化是

。由此可以推断

号锥形瓶中发生了

，

作用。例1.（02年广东题）为证实“二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料”，某同学制订了下列实验方案：（1）实验目的（略）（2）实验材料和用具（略）（3）实验方法和步骤①用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液，密封不漏气。②将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物。暗室内装有红色安全灯。3.考察学生评价实验方案和实验设计的能力③饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其充分进行光合作用。④取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。⑤将已脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘－碘化钾溶液，检测有无葡萄糖的特异颜色反应出现。该实验方案有几项明显错误，请指出错误并改正。答案：1）步骤②中暗室内用红色安全灯是错误的，应改为绿色安全灯。2）步骤⑤中的“葡萄糖”是错误的，应改为淀粉。3）未设对照，对照的设计是：A、装置同题干中的步骤①，但玻璃罩内用同一种生长状况相同的另一株植物，用一杯清水代替NaOH溶液。B、将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物。暗室内装有绿色安全灯。C、重复题干中的步骤③、④。D、重复改正后的题干中的步骤⑤。思考：何为实验组和对照组？设置对照组有何作用？实验组是接受实验变量处理的对象组；对照组是不接受实验变量处理的对象组。设置对照组既可排出无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。实验设计的内容和答题方法实验题目（实验目的）实验假设预期结果实验步骤（实验方法）观察和收集数据分析和结论实验原理例2：给予生长状况相似盆栽菊花5组（每组2—3盆），2，4-D溶液，小喷雾器、移液管、烧杯等。请设计一个实验，观察不同浓度的2，4-D对菊花花芽分化的影响。[实验原理]

2，4-D对菊花花芽分化有抑制作用（假设），能延迟菊花的开花时间（预期结果）[实验步骤]1、配制浓度分别为0.01mg.L-1、0.1mg.L-1、1mg.L-1、5mg.L-1的2，4-D溶液。2、选取5组盆栽菊花，编号1.2.3.4.5，放置在阳光、通风、水分、温度等条件适宜相同的环境下管理。3、分别用配制好的4种不同的2，4-D溶液喷洒编号1-4组菊花的植株，第五组喷洒清水作对照组。喷洒次数及量相同。[实验记录]定期观察、测量、记录菊花发育的情况，填写下表：组别项目

123450.01mg.L-10.1mg.L-11mg.L-15mg.L-1清水开始形成花蕾的时间开始开花的时间菊花盛开的时间其他（花蕾大小、植株的高低等）简明、准确组织语言文字2、实验步骤分步描述并加以编号（一般不宜连续描述）3、在量上难以做到准确的量化描述，应尽可能用“定性”的语言表达。

1、实验组别编号描述如：凡实验中涉及到两组或两组以上，所用器材需用1、2、3……或A、B、C……或甲、乙、丙……等加以编号便于区分。如：第一步……。第二步……。……如：1、……。2、……。……如：“一段时间”、“适宜的温度”、“适量的”、“一定量的”等。(四)科学性原则4、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。

5、注意避免“词不达意”。如：如图二，有些学生描述为“分别在甲、乙两试管中加入A、B物质”，如此表达则成了图三的含义，显然与图二不符。准确的描述应为“在甲乙两支试管中分别加入A、B物质”或“在甲试管中加入A物质，乙试管中加入B物质。”(四)科学性原则简明、准确组织语言文字、图形实验复习专题典型例题剖析6、选用文字、表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。例：某生物学兴趣小组开展“不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”的课题研究。他们已将香烟和蒸馏水按照1︰1的重量比浸泡24小时，过滤后的滤液作为原液。如果你是其中一员，请设计一张表格用于在实验时记录数据。不同浓度的烟草浸出液每分钟心跳次数第一次测量第二次测量第三次测量平均值浓度1浓度2浓度3蒸馏水（对照）(四)科学性原则1/表格的设计：简明、准确组织语言文字、图形实验设计应遵循的原则(一)对照性原则

(二)单一变量性原则(三)等量性原则

（自身对照）对照组和实验组都在同一研究对象上进行质壁分离和复原实验(一)对照性原则质壁分离复原质壁分离（相互对照）不单设对照组，而是几个实验组相互对照不同盐浓度对哺乳动物红细胞的影响研究

(一)对照性原则（条件对照）给对照组部分实验因素，保证除了要研究的变量不同外其他条件完全相同燕麦实验法(一)对照性原则小结(一)对照性原则控制变量法

在生物实验设计中的应用生物的生命活动往往是错综复杂的，影响某一个生命活动的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清变化的原因和规律，当研究多个因素之间的关系时，往往先控制住其它几个因素不变，集中研究其中一个因素变化所产生的影响，这种方法叫控制变量法。这是一种研究问题的常用的科学实验方法。(二)单一变量性原则①生物材料要相同②实验器具要相同③实验试剂要相同④处理方法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。实验中要做到“单一变量”，应注意等量的原则即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号、洁净度等要完全一样。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，但还是要作同样的处理。(三)等量性原则例1：应用性实验设计（97上海）根据已学过的知识，不考虑人工修剪和使用药剂，请设计出两种方法来培养图中所示的植物盆景，并说明原理：(1)方法是

，原理是______________________(2)方法是

，原理是

。典型例题分析给予单侧光照单侧光照引起生长素在背光侧分布多，生长较快，植株向光弯曲生长(向光性)。将花盆横放，使植株水平放置一段时间，待植株向上弯曲后再摆正地心引力引起生长素在近地面分布多，背地面分布少，结果近地面生长快，植株向上弯曲。例2：验证性实验设计已知纯种的粳稻与糯稻杂交，F1全为粳稻。粳稻中含直链淀粉，遇碘呈蓝黑色（其花粉粒的颜色反应也相同），糯稻含支链淀粉，遇碘呈红褐色（其花粉粒的颜色反应也相同）。现有一批纯种粳稻和糯稻，以及一些碘液。请设计方案来验证基因的分离规律。（实验过程中可自由取用必要实验器材。基因用M和m表示）实验方案实验方法：____________________________________。实验步骤：（1）________；（2）________。实验预期现象：____

对实验现象的解释：_________________________________。实验结论：________。方案一：采用测交法加以验证：（1）首先让纯合的粳稻与糯稻杂交，获取F1杂合粳稻（2）让F1杂合粳稻与糯稻测交，观察后代性状分离现象。实验预期现象为测交后代应出现两种不同表现类型且比例为1：1。依据测交使用的糯稻为纯合体只产生一种含糯性基因的配子，后代既然出现两种表现型，粳稻（含M）和糯稻（含m，且为mm纯合），则F1中必然产生两种类型配子，即M和m。由此可见，F1中必然含有M和m基因，且M和m这对等位基因在F1产生配子的过程中必定随同源染色体的分开而分离，最终产生了两种不同的配子，从而验证了基因的分离规律。

方案二：运用F1花粉鉴定法：（1）首先让纯种粳稻和糯稻杂交，获取F1杂合粳稻（2）F1开花时取其一个成熟花药，挤出花粉，置于载玻片上，滴一滴碘液并用显微镜观察。

实验的现象为花粉一半呈蓝黑色，一半呈红褐色。

实验现象说明F1在产生配子的过程中产生了一种含M基因的配子（蓝黑色）和一种含m基因的配子（呈红褐色）。

由此说明，F1在减数分裂产生配子的过程中所含等位基因M和m随同源染色体的分开而分离，并最终形成了两种不同的配子，从而直接验证了基因的分离规律。

例3：探索性实验设计（03春季高考）现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受水分、温度和氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关，探究光的有无对该种子萌发的影响，请你依据所给材料和用品设计出实验的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。

材料和用品：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

方法步骤：

①

②

可能的实验结果及相应的结论：

①

②

③方法步骤：

①向培养皿中倒入适量的水，将等量的种子分别放入两组培养皿中。

②将一组置于有光照的环境中，另一组置于黑暗环境中，在培养过程中，使两组所处温度、水分、空气状况适宜且相同。

可能的实验结果及相应的结论：

①有光组萌发，无光组也萌发（或答发芽率差异不显著），该种植物的种子萌发不受光的影响。

②有光组萌发，无光组不萌发（或答有光组发芽率高于无光组，差异显著），光是该种植物种子萌发的必要条件之一。

③有光级不萌发，无光组萌发（或答无光组发芽率高于有光组，差异显著），光抑制该种植物种子的萌发。例4实验评价与设计为验证“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。