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2019-2020年高考生物復習 解題技巧19 實驗設計應注意的幾個問題教案 生物學是一門以實驗為基礎的自然科學 ，生物科學的每一個原理，每一種現(xiàn)象，每一個知識點都可以通過實驗來驗證、探索，同時，觀察和實驗是生物科學研究的重要方法，是學生獲取知識的重要源泉，是實踐新課標的切入點。下面談談實驗設計應注意的幾個問題： 1、明確實驗目的 明確實驗設計要解決什么問題，或探索驗證什么結論。只有明確實驗目的才能明了運用哪一原理進行實驗設計，才能明白實驗設計中哪一因素是實驗變量。 例如：①、“驗證煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA而不是蛋白質”。該實驗原理和實驗思路同教材“肺炎雙球菌轉化實驗”、“噬菌體侵染細菌實驗”：將煙草花葉病毒的RNA和蛋白質分開，單獨地觀察它們的功能。 ②、“探索溫度對酶活性影響的實驗”，探討的問題是溫度與酶活性之間的關系，那么在實驗設計中，“溫度”這一因素就是實驗變量 2、遵循實驗原理實驗原理決定著實驗中主要實驗步驟的設計及相應實驗試劑的選擇。 例如：“設計實驗驗證唾液淀粉酶是蛋白質”，該實驗的實驗原理同教材中常規(guī)實驗“生物組織中蛋白質的鑒定”實驗原理相同，因此可用雙縮脲試劑與唾液的呈色反應來驗證這一問題，明確了這一原理之后，也就明確了其主要實驗步驟同“生物組織中蛋白質的鑒定”類似。 3、實驗材料的選擇 正如孟德爾選擇豌豆作為實驗材料 是其遺傳實驗成功的原因之一一樣，正確的選材決定著實驗的成敗。實驗的選材是受實驗原理、實驗目的制約的。 例如：“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”，實驗目的是鑒定組織中存在可溶性還原糖，因而，取材應注意含糖量要高。鑒定的原理是“還原性糖與斐林試劑的呈色反應”，為使呈色反應易于觀察，所選材料最好無色透明；“葉綠體中色素的種類及顏色”實驗，所選材料應當是色素含量高的材料（新鮮菠菜）；“植物細胞質壁分離與復原實驗”的選材應注意兩點：一是選材必須有液泡存在；二是為了便于觀察，所選材料的細胞液最好有一定顏色。 4、對照實驗的設置 一個完整的實驗設計應包括實驗組和對照組，實驗組接受處理，對照組不進行處理。對照實驗的設計常有如下四種類型： ⑴空白對照： 設計一個不加任何實驗處理的對照組。 ⑵自身對照： 指實驗與對照在同一對象上進行，即不加設對照組。如“植物細胞質壁分離和復原實驗”是典型的自身對照，這種對照的關鍵是比較實驗處理前后的變化。 ⑶條件對照： 給實驗組某種處理，給對照組另一條件處理。如在“證明甲狀腺激素促進幼小動物發(fā)育”的實驗中，可存在以下實驗組和對照組： 甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組） 乙組：飼喂甲狀腺激素抑制劑（條件對照組） 丙組：對蝌蚪不做任何處理（空白對照） ⑷相互對照： 不另設對照組，而是利用幾個實驗組相互對照。如在“植物向光性”的實驗設計中，2與1對照可證明感光部位在胚芽鞘尖端，3也可與1對照，4也可與1對照，也可與2對照。 光 光 光 光 未經(jīng)處理 尖端遮光 切去尖端 中部遮光 1 2 3 4 5、找準實驗要素——變量 變量，亦稱因子，指實驗操縱控制的特定因素或條件。按性質不同，通常有以下兩類4種變量： ⑴實驗變量與反應變量。實驗變量，亦稱自變量，指實驗中由實驗者所操縱、給定的因素或條件。反應變量，亦稱因變量，指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結果。通常，實驗變量是原因，反應變量是結果，二者具有因果關系。實驗的目的在于解釋這種前因后果。例如，在“唾液淀粉酶水解淀粉的實驗中，所給定的低溫（冰塊）、適溫（37℃）、高溫（沸水?。┚褪菍嶒炞兞?。而由于低溫、適溫、高溫條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應也隨之變化，這就是反應變量，該實驗即在于獲取解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應變量）的因果關系。 (2)無關變量與額外變量。無關變量也稱控制變量，指實驗中除實驗變量以外的影響實驗結果的因素或條件。額外變量，亦稱干擾變量，指實驗中由于無關變量所引起的變化和結果。顯然，額外變量會對反應變量起干擾作用。 例如，上述實驗中除實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管潔凈程度、唾液新鮮程度和稀釋濃度、可溶性淀粉溶液濃度、試劑溶液的劑量和實驗操作程序、溫度處理的時間長短等等，都屬于無關變量，要求對低溫、適溫、高溫3組實驗是等同、均衡穩(wěn)定的；如果無關變量中的任何一個或幾個因素和條件，對3個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會在實驗結果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。實驗的關鍵之一在于控制無關變量和減少額外變量。 6、關鍵實驗環(huán)節(jié)的順序 實驗步驟有一定的順序，實驗步驟的前后順序一般不能前后顛倒，特別是關鍵環(huán)節(jié)。如在“探索溫度對酶活性影響”的實驗中，是應“先將三支試管分別放入37℃、0℃ 、沸水中5分鐘后再加淀粉酶”還是“先向三支試管中加入唾液后再將三支試管分別放入37℃、0℃ 、沸水中”呢？表面看兩種操作無多大差別，其實前者的操作才是正確的，因為如果先向盛有淀粉溶液的試管中加入唾液，此時唾液中淀粉酶對三支試管中淀粉均起消化分解作用。 7、常見的經(jīng)典性實驗方法 ⑴化學物質的檢測方法： 淀粉 ---- 碘液 還原性糖 ---- 斐林試劑 CO2 ---- Ca(OH)2溶液或酸堿指示劑 乳酸 ---- pH試紙 O2 ---- 余燼復原 蛋白質 ---- 被蛋白酶分解或雙縮脲反應 ⑵實驗結果的顯示方法： 光合速度 ---- O2釋放量或CO2吸收量或淀粉產(chǎn)生量 呼吸速度 ---- O2吸收量或CO2釋放量或淀粉減少量 原子途徑 ---- 放射性同位素示蹤 細胞液濃度大小 ---- 質壁分離 細胞是否死亡 ---- 質壁分離或質壁分離復原 甲狀腺激素作用 ---- 動物耗氧量、發(fā)育速度等 生長激素作用 ---- 生長速度(體重\身高\身長變化) 胰島素作用 ---- 動物活動狀態(tài) 菌量 ---- 菌落數(shù)或亞甲基藍褪色程度 ⑶實驗條件的控制方法： 增加水中O2 ---- 泵入空氣或吹氣或放入綠色植物 減少水中O2 ---- 容器密封或油膜覆蓋或用涼開水 除去容器中CO2 ---- NaOH溶液 除去葉中原有淀粉 ---- 置于黑暗環(huán)境 除去葉綠素 ---- 酒精隔水加熱 除去光合對呼吸的干擾 ---- 給植株遮光 如何得到單色光 ---- 棱鏡色散或薄膜濾光 血液抗凝 ---- 加入檸檬酸鈉 線粒體提取 ---- 細胞勻漿離心 骨的脫鈣 ---- 鹽酸溶液 總結: 分析實驗設計題要做到“三、四、五”。即： １、三個原則 ① 對照性原則：設立對照組，使實驗結果具有說服力。 ② 單因子變量原則：控制其他因素不變而只改變其中某一變量，觀察其對實驗結果的影響。 ③ 平行重復原則：進行實驗時，有的情況的出現(xiàn)是有偶然性的，多做幾個對照實驗，出現(xiàn)相同的結果，更有說服力，更具科學性（同時間同條件）。如多測幾次脈搏，取其平均值的實驗。 ２、四種對照 ① 空白對照：不給對照組任何處理因素。 ② 條件對照：雖給對照組施以部分實驗因素，但不是所要研究的處理因子。 ③ 自身對照：對照和實驗都在同一實驗對象上進行。 ④ 相互對照：不僅僅設對照組，而是幾個實驗組相互對照。 ３、五步分析 ① 了解題目要求，明確實驗要驗證(探究)的是什么。 ② 分析實驗原理：分析實驗所依據(jù)的科學原理是什么；涉及的生物學及相關學科中的哪些方法和原理。 ③ 確定實驗器材的選擇 ④ 設置實驗步驟：分析每一環(huán)節(jié)之間的關聯(lián)性，或幾個相關實驗的延續(xù)性，安排實驗的最佳程序。 ⑤ 預期結果和分析 例1 現(xiàn)有同樣大小的玻璃缸幾只，發(fā)育狀態(tài)相同的小蝌蚪60只、飼料、甲狀腺激素、放在50℃的水中處理20分鐘的甲狀腺激素、溪水，請設計一個實驗，探究甲狀腺激素的生物活性是否會受50℃熱水的影響。 ⑴實驗方案設計： 第一步：取三個玻璃缸，分別標記甲、乙、丙。 第二步：分別加入等量的溪水和20只小蝌蚪。 第三步：甲缸每天喂飼料；乙缸每天喂經(jīng)過處理的甲狀腺激素相拌的等量飼料；丙缸每天喂甲狀腺激素相拌的等量飼料。 ⑵預計結果并指出每一種結果說明了什么 ？ A、若乙、丙兩缸蝌蚪發(fā)育同步，且迅速變態(tài)為青蛙； 而甲缸還是蝌蚪狀態(tài)。說明經(jīng)50℃熱水處理，對甲狀腺激素的生物活性沒有影響。 B、若甲、乙兩缸蝌蚪發(fā)育同步，而丙缸迅速變態(tài)為青蛙。說明經(jīng)50℃熱水處理，甲狀腺激素失去活性。 C、若乙缸蝌蚪發(fā)育比甲缸快，比丙缸慢。說明經(jīng)50℃熱水處理，甲狀腺激素喪失去了部分生物活性。 ⑶該實驗中設置甲組實驗的目的是：對照 ⑷該實驗選用蝌蚪做材料的優(yōu)點是： 蝌蚪發(fā)育成青蛙為變態(tài)發(fā)育，且時間短，便于觀察。 ⑸做該實驗所選用的蝌蚪有什么要求 ？為什么? 同一種蛙同時孵化出的蝌蚪。 排除實驗材料的差異而造成對實驗結果的影響。 例2 某些植物能分泌一些化學物質用于抑制別種植物在其周圍生長，這稱為他感作用。大麥、玉米、大豆、向日葵等植物，是雜草的天然抑制者，又叫“悶蓋莊稼”。 ⑴為了驗證大麥對鄰近雜草生長具有他感作用。請根據(jù)所給材料器具，在給出的實驗方法和步驟的基礎上繼續(xù)完成實驗、預期實驗結果。 材料器具：大麥種子、狗尾草，50厘米50厘米10厘米栽種盒、剪刀、灑水壺、 20厘米10厘米紙袋、鑷子、天平、兩腳規(guī)、直尺 方法步驟： 第一步：選取A、B、C三個栽種盒，在栽種盒土壤表面畫5厘米 5厘米的小方格，每方格中心放一粒大麥或雜草種子。三個栽種盒的播種方式依次是： A盒：間行排列大麥和狗尾草種子。 B盒：全部播種大麥種子。 C盒：全部播種狗尾草種子。 第二步：灑上少量細泥土覆蓋種子，用細孔眼灑水壺澆水，把三只實驗栽培盒放在（相同）的20℃左右環(huán)境中培養(yǎng)2---4周，每天均保持足夠時間的（光照）。 第三步：每天觀察記錄，統(tǒng)計盒內植株的地上枝平均干重、（平均植株高度）等數(shù)量特征。比較三只實驗栽培盒的植物特征差異。 結果預期和結論： 比較A盒與C盒狗尾草： ①A盒生長明顯受到抑制 ②A盒與C盒生長狀況相當 結論：①大麥對鄰近雜草生長具有他感作用。 ②大麥對鄰近雜草生長沒有他感作用。 ⑵為進一步證實大麥分泌物具有抑制狗尾草的生長作用，請你設計實驗方案。 方案一：用水培養(yǎng)大麥，然后把這些水收集起來澆灌狗尾草。 方案二：把大麥的根莖切碎制成勻漿，用大麥提取液培養(yǎng)狗尾草。