2019-2020年初中生物竞赛辅导教程 第十二章 科学实验的一般原理和方法.doc

第12章 2019-2020年初中生物竞赛辅导教程 第十二章 科学实验的一般原理和方法第一节 实验课题的选择和实验设计【知识概要】一、实验的意义生命科学是一门以实验为基础的科学。在探索生命的过程中，揭开生命奥秘的主要方法是通过观察和科学实验。它不仅是探索和发现的源泉，也是学习生命科学的基本方法，对发展智力、培养获取知识的能力是十分重要的。二、实验的种类生命科学的实验很多，从教学的角度来分有演示实验、验证实验、模拟实验、探究实验、定性和定量分析实验；从科学研究的角度来分有观察实验、析因实验、定性实验、定量实验、对照实验和探索性实验等。三、实验课题的选择1选题的范围（1）发展具有当地特色的课题；（2）抓住周围出现的奇异的生命现象建立课题；（3）选择与农业、水产、畜牧、环保有关的能产生经济效益的课题；（4）与课堂教学相结合确立课题；（5）选取高科技浅处理的课题。2选题的原则选择的课题应具有一定程度的新颖性、实用性、先进性、可行性和教育性。确定课题是研究成功的关键，选题一定要注意深刻、创新、集中和可行。四、实验设计实验设计就是在选定课题和实验材料的基础上，根据实验目的，确定实验原理，用文字的形式制订合理的实验方案（或叫实验计划）。1实验设计的要求（1）在实验设计之前，应掌握研究问题的性质，具备必要的理论知识和基本的实验技能和技术。（2）要有明确的实验目的，根据目的确定研究内容。（3）实验设计要科学合理，注意控制实验条件和实验因子，尽量减少实验误差，确保实验得出明确的结果。（4）设计实验要注意设置对照，适当增加重复，保证实验的准确（5）实验取样要注意典型性和代表性。有些实验对研究对象需要进行系统观察，一般采用选点取样法。如田间试验，选点的方法是根据田块大小，小面积试验田采取对角线取样，大面积试验田采取棋盘式或蛇形取样（见下图） 对角线取样 棋盘式取样 蛇形取样（6）实验设计要考虑运用统计学来分析问题的可能性。分析的实验样本要有一定数量，使所得数据具有代表性的可靠性。2实验方案的内容（1）实验题目 即实验研究的课题名称。（2）实验目的 根据课题要求，明确实验要解决什么问题，探索方面的生物学规律，预期要取得何种成果。（3）实验原理 即实验的依据和思路。（4）实验内容 根据实验目的确定具体的研究内容。研究内容确定是课题的关键。一般方法是把研究问题分解为许多小课题，分进行研究，然后再将实验结果加以综合分析，探明课题要解决的问题（5）实验材料取材是实验成败的关键因素之一，一定要按科学的要求选好实验对象。（6）实验方法即实验采用哪些研究方法获得明确的实验结果。采用的实验方法应尽量减少人为的或偶然的实验误差。确定实验方法对，应注意：根据研究内容确定实验类型和方法。如野外生物种类考察，主要采用观察实验法；为探明某一生命现象的原因，可采用析因实验法：为鉴定某种生命物质的性质和含量，可进行定性、定量实验分析法。根据实验的类型明确具体的研究方法。如观察实验是采用解剖观察法还是野外观察法，要明确观察的项目和标准。设置对照。无论采用什么实验方法都要考虑设置对照。设置对照的方法很多，有的以处理和不处理实验组进行比较，以不处理为对照；有的以常规品种或常规浓度为对照；有的实验是实验间相互比较，采用互比法，彼此互为对照。此外，做任何实验都要考虑重复的问题，实验结果要经过反复实验加以验证。进行田间实验设计，应根据实验性质的不同，分为大区试验和小区试验。田间试验要做合理的田间规划，根据土地条件、作物种类、试验要求和工作方便，规划小区面积、重复次数和田间排列方式；另外，还要注意设置对照小区和保护行。设计实验方法应尽量采用先进的实验技术和仪器设备，确保研究结果的准确性。（7）实验用具和药品 即实验要采用哪些设备和仪器，使用哪些药品，从而实现有计划和有效的观测与分析。（8）实验程序即实验流程，也就是如何运用仪器设备作用于实验对象的程序或步骤，对全部实验过程作出总体设计。（9）日程安排根据整个实验的要求，按日程分阶段实施实验方案。第二节 实验实施的技能和技巧【知识概要】一、实验的要求（l）要有探索求知的科学精神；（2）要有事实求是、严肃认真的科学态度，应严格按操作规程进行实验；（3）要注意运用科学的研究方法，严格控制实验条件，尽力排除偶然因素的干扰，保证实验成功；（4）积极发挥科学的思维和创新能力，在实验过程中不断有所发现，有所创新，有所前进。二、观察与描述1观察的意义任何科学都是从有选择的观察自然界开始的，生命科学也不例外。通过对生命现象和生命过程的观察，描述出观察到的各种不同生物的形态结构、生活习性等特点，逐渐积累起有关生物的知识。大自然界的生物是神奇的，只有善于观察的人，才能发现它的神奇之处。2定性观察和定量观察观察可分为定性观察和定量观察。定性观察主要考察研究对象的性质、特征及其基本属性，也叫质的观察。这种观察在动植物分类，形态学中广泛应用。定量观察主要考察研究对象的各种量及量的关系，也叫量的观察，如比较生物学常通过测量进行定量观察。3直接观察和间接观察常用的观察方法：（1）直接观察，即直接通过人的感觉器官进行观察。这种观察方法简便，但有时不够准确。（2）间接观察，即间接通过仪器进行观察。如借助显微镜、望远镜等进行观察。（3）分析性观察。如通过生物外部形态特征的观察，逐步深入到内部结构和生理观察，逐渐认识生物的本质，这就是分析性观察。4观察和描述在实验过程中，观察的目的在于了解事物，因此，观察后要把观察到的现象通过描述记录下来。描述时，首先必须知道它是什么；其次把它的特点描述出来，说清楚所观察的各种特点或过程的各个主要环节；三是重点明确，抓住实质内容或整个过程的主要生物学环节；四是描述时应使用精确的定义和名词述语，使大家容易理解。5观察应注意的事项（1）要有目的地进行，有选择地观察，注意典型性原则。（2）要避免先入之见的干扰，注意观察的客观性原则。（3）在观察中应坚持全面性、系统性原则，尽可能从多方面观察生物的现象。（4）对生物现象的观察，常常需要反复地进行。对观察的结果，要反复核实，以便真实地记录所观察的现象。（5）观察记录时最好采用数字化，使描述趋向定量化，使观察更详细、具体。三、测量与测定1测量与测定的含义测量就是用仪器确定空间、时间、温度、速度、功能等有关数值。在科学实验中，有时需要知道研究对象所含的化学成分及其具体含量，这就需要通过化学仪器进行分行，不仅进行定性分析，还要进行定量测定。2测量的方法测量物体。液体和气体的方法很多，测量一些规则形状的物体，测量后要经过数学公式（如计算面积和体积的公式等）的运算，才能得出所需的数值。测量的内容和方法简介于下表。 测量方法简表测量内容使用仪器、工具单位（国际制）应用实例长度刻度尺、卡尺、测微尺米（m）、千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（m）测量动植物体、器官和细胞的长度面积刻度尺、测绳、皮尺平方米（m2）、平方厘米（cm2）、公顷（km2）测量土地、种群分布和叶的面积体积、容积刻度尺、三角板、量简量杯、容量瓶升（L）、毫升（mL）、微升（L）、立方米（m3）、立方厘米（cm3）测量溶液和生物体器官大小质量、重量天平、磅秤、托盘、天平、分析天平、电子秤千克（公斤kg）、克（g）、毫克（mg）、吨（t）、微克（g）测量生物体的干重和湿重时间钟、表、秒表秒（s）、分（min）、时（h）、日（d）记录生命活动的过程和活动节律温度温度计、体温计、地温计摄氏度（）测量人和动物体温、大气、水体和土壤温度3测定的方法在生物学实验中，常对生物材料进行化学分析，其中应用范围的是比色法和容量法。（1）比色分析法这是一种利用标准溶液或标准试纸和被测物质溶液进行测定比较，以确定被测物质含量的方法。例如，测定土壤中的酸碱度（pH），可用精密pH试纸对土壤浸出液进行测定，其显色反应与标准比色卡对比，便可测得溶液的pH值，即土壤的酸碱度。测定组织中的可溶性糖，可利用某些化学试剂（如斐林试剂）与生物组织中的可溶性糖中的还原糖（如葡萄糖和果糖）发生作用，根据是否生成砖红色沉淀，即可鉴别可溶性糖的存在。在生物化学实验中常用比色计等仪器进行定量分析。（2）容量分析法容量分析法中常用的一种方法是容量沉淀法。它是根据标准溶液在沉淀反应中所需的用量，计算被测物质含量的方法。例如，测定水果中的维生素C含量、植物的呼吸强度（CO2释放量）等均可采用这种分析方法。四、现象和数据的记录良好的记录是确保实验成功和提高工作效率的关键。记录工作应注意：（1）要有牢固装订的记录本。记录本上有固定的记录格式（包括记录内容、日期和记录人）。（2）每次观察到的现象和数据应及时记入笔记本上，以免记错或遗漏。（3）应用不退色的笔记录，以备长期保存。（4）记录必须完整，而且是原始记录，有的实验结果常需绘制草图或拍照等方式记录一些现象和问题。第三节 实验结果的分析和总结【知识概要】一、分析实验结果的意义在实验过程中，会获得大量数据，观察到许多现象，必须科学地分析这些实验结果才能得出正确结论。为此，应做好以下两项工作：1正确处理实验数据实验数据处理包括技术处理和理论分析。技术处理就是正确地掌握和实施处理技术，把各种数据转化为一目了然的实验资料；理论分析就是运用理论思维和数学工具，对实验中所得数据或误差逐个加以研究，作出科学判断。2深入分析实验结果分析实验结果就是以已知的假说和理论为依据，对实验结果进行解释和评价，作出正确的科学发现和实验结论。二、实验结果的分析方法1分析与综合分析就是把客观研究对象分解成较简单的组成部分，找出这些部分的本质属性和彼此之间关系的一种思维方式。如细胞是复杂的结构体，可以把一个完整细胞区分为细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核等，并分别对各部分进行考察和研究，从而认识各部分的特点和功能。分析方法在生物学研究中起着十分重要的作用。综合就是把分析得到的各种事物的关系，按其固有的内在联系结合成为一个统一整体，从而认识事物的整体面貌及其发展。如细胞虽然可分为许多部分，但作为生命活动的基本单位，它是整体发挥作用。因此，只有分析与综合相结合才能正确地认识实验的结果。2比较与分类在研究生命现象时常用比较法，有比较才能鉴别。比较就是把两种或两种以上的事物或现象加以对照，找出它们的异同点，如鲸和鲨鱼都生活在海洋里，形态相似，但通过仔细分析比较，两者有本质上的差别，鲸属哺乳纲动物，鲨鱼属鱼纲动物。根据事物和现象之间异同的比较，就可以把它们归纳成类，这就是分类。自然界的生物约200多万种，根据它们的形态结构特点，按一定的标准，把每种动植物都可以归到界、门、纲、目、科、属、种的类别下。这种等级分类不仅说明不同生物之间的差别，同时也反映它们之间的亲缘关系，比较与分类是分析实验数据的重要方法之一。三、实验数据的计算和整理在生物学实验中，仅靠定性的分析是不够的，往往要知道量的多少，因此需要将实验中测量所得数据，通过数学方法进行计算和处理，以便作出准确的判断和可靠的结论，使感性认识上升为理性认识。目前常用的是生物统计学方法。1几种常用的统计术语（1）总体和样本 在实验研究中对某一类研究对象（动植物的个体或群体）进行观察记载，某些研究对象的全体称为总体。对总体进行研究时，由于总体中个体数目很多，很难甚至不可能对总体进行研究，只能选择其中一部分个体为代表加以观察和研究，所选择的这些个体称为样本。选择样本的过程称为取样或抽样。取样是否恰当，是否具有代表性，往往关系到实验的成功或失败。样本可分为大样本和小样本。在生物统计学上，样本单位数超过30的，划为大样本，等于或小于30的，划为小样本。可根据实验要求确定抽样数目。取样时，要防止主观偏见，应随机取样。取样方法很多，不论哪种方法都应注意样本（或样点）的代表性。（2）变数和变量 在测量某种生物的性状时，即使同一种的性状，个体之间也有差异，在遗传学上叫变异，在生物统计学上称为变数，通常用X、Y、Z来表示；每个个体在某一性状上具体表现的数值，称为变数值或变量，可用X1、X2、X3来表示。例如，某班男生的身高是一个变数，而调查所得的某一位男生的身高为140cm，这便是一个变数值（变量）。通过实验测量所观察记载的数量资料，因性状不同，一般分为数量性状资料和质量性状资料。数量性状一般具有连续变异的特点，而质量性状的变异是不连续的，其分析方法也有所区别。（3）误差（或机误） 在进行任何一种实验或研究工作时，总是需要利用度量衡来进行衡量的。但每测量一次，往往不能获得完全相同的数值，这就可能产生一种误差。这种误差是难免的。生物统计范围为把误差中有一部分是人们不可避免的称之为统计误差。在分析或作实验结论时允许这部分误差的存在。一般认为在某些实验中误差应在0.1以下。2基本常数的计算生物统计中常用的基本常数有：平均数（ ）、标准差（Sx）、变异系数（C）和标准误（S ）。平均数是属于集中性测定，而标准差和变异系数是属于离中性测定。标准误是来源于平均数的标准差，又称均数标准差，也属于离中性测定范围之内。（l）平均数 平均数也叫平均值或均数。它是一种表示群体集中性的测定方法之一，反映研究现象的集中趋势。平均数常用 （即X-bar，读作“X排”）或M表示。常用的算术平均数，用下式表示：算术平均数（ ） 上式也可表示为： ，式中 为总和的运算符号（读Sigmar），表示累加的意思。（2）标准差在研究分析一个群体的特性和特征时，不仅要注意其集中性；同时还要研究它的离中性，即其变异程度。标准差（Sx）即是反映一个数列中各个变数与平均数相差大小的一个统计指标。标准差值越大，说明平均数对这一数列的代表性越差。标准差的计算公式是：式中：又为样本标准差，X为变数值（观察值）， 为样本的平均数，n为样本变数的次数。（3）变异系数 变异系数（C）也是属于离中性程度的一个常数。它与标准差不同，不是一个绝对值，而是相对值，因而它可以比较两个不同单位的离中程度（或变异程度）。例如，体长和体重、穗长和穗重直接用标准差比较其变异程度是不相宜的，必须先将两者之标准差折算成为变异系数，方可进行比较。凡变异系数越大，其变数分布的变异范围越大；反之，变异系数越小，其分布变异范围也越小。变异系数（C）计算公式： 变异系数还有另一个作用，即可以说明试验材料的代表性和可靠性，一般变异系数（C）不宜超过20。（4）标准误（S ）及其应用 标准误又名标准机误，以S 符号表示，意思是指平均数的标准差。从一群体中随机取样n个样本，每一个样本都有一个平均数，如 1， 2， 3， n，从这许多样本的均数求得的标准差，称为样本均数标准差。平均数标准差（又名标准误）指的是样本平均数与总体平均数之间的可能误差范围。一般讲，样本越大，平均数（ ）或标准差（Sx）越接近常规数，即群体的真正平均数（M）或真标准差（Sm）。平均数标准差（标准误，S ）计算公式：标准误差的公式也可写成为： 3实验数据的整理（1）原始资料的检查及核对 经过调查或试验所得的原始资料是对个体进行观察和测量的直接记录，应作必要的整理，使之系统化，以便为进一步计算打下基础。收集的原始资料在计算前，首先要对数据的完整性和准确性加以检查和核对，以保证计算结果的正确和可靠。（2）做好资料的分组工作 资料的分组是将全部变数按其数值大小，样本的多少，分成若干组，每组距离相等，分组组数一般是：n（资料总数）4060时，可分成68组；n（资料总数）60100时，可分成710组；n（资料总数）100200时，可分成912组。分组时，先要确定组距，凡数值在一定范围内的任何变数都划入一个组，这一范围称为组距，用i代表，确定组距方法：组距全距/组数（最大值一最小值）/组数组距确定后，再根据组距分组。在一个组中的两个极限数值称为组限，最大值称上限，最小值称下限。根据组限求出组中值：组中值（上限下限）/2（3）整理出资料工作表 资料归类画出资料整理工作表。以表格的形式，第一栏为组距，第二栏为组中值，是代表值，第三栏把资料中各个变数逐个用符号归入相应的组中，常用“划线”法或“正”符号，以五个为一单位，根据符号的数目统计其次数，将数字填入第四栏中，最后再把各组的次数加起来，其总和必等于总次数。这种资料整理工作表也称之为次数分布表。（4）绘制次数分布图 根据次数分布表可以作出分布图，一般有三种形式：（1）柱形图，（2）多边形图，（3）曲线图。绘制方法，先画好纵轴和横轴（即y铀和x轴），以组距为横轴（x）以次数为纵轴（y），作出形柱图，见下图（1）。以组中值（x）为横轴，次数（f）为纵轴可给出多边形图，如下图（2）（如去掉组中值的垂直线即为曲线图）。图（1）图（2）四、实验结果的表达方式1数据的表达方法（1）表格 在整理资料过程中，如果分析的问题具有对比的隶属关系或对比量的准确程度，一般采取表格的形式表达。绘制表格应规范，设计时一般包括表号、表题、表身（有横向栏目和竖向栏目）。一般是内容和测试项目由左至右列入横向栏目，数据项目列入竖向栏目。目前国际上通用的是三线表，典型形式如下：表X（表号） X X X X X X X（表题） （栏头）X X XX X XX X XX X X（横向栏目）（竖向栏目）X XX X XX X XX X XX XX X XX X XX X X（表身）X XX X XX X XX X X注：X X X X X X（脚注）。（2）曲线图 在研究资料整理中，往往用函数曲线表述各种变量之间的静态或动态的数量关系。函数曲线图和次数分布图一样，分级坐标和横坐标，在坐标上给出相当密集的坐标值线，以便查找比较确切的变量数值。简易函数图的形式，如小麦在不同生长发育时期的需水量增长情况曲线图（见下图）2生物图和生物摄影（1）生物图 图被誉为“形象语言”、“视觉文学”，能与文字一样用作表达信息的有效工具。图的种类很多，有曲线图、构造图、示意图、图解、流程图、地图、照片等等。在生物学研究中，常用曲线图、构造图、示意图、照片等。绘制的生物图应有“自明性”，即看图、图题和图例，不阅读正文，就可以理解图意。（2）生物摄影 生物摄影，拍摄照片可以从宏观和微观层次反映出动植物的全貌。照片能最形象、逼真地反映研究对象的各种现象，彩色照片还能反映拍摄对象本色，使其有真实感。在生物实验中应注意摄影，记录真实情景。科学照片不同于人物和艺术照片，它要充分显示形态结构的特点，生物与环境的生态特点。显微照片要黑白分明、反差大、结构清晰。五、实验总结一项实验研究经过精心设计、熟练操作、专心实施，将结果进行合理的统计分析，还应把所得结果进行加工，由表及里，发现其内在规律，从而形成某些结论。这一过程就是实验的总结过程。1总结的方法（1）归纳法 进行实验总结不仅要分析，而且要归纳和综合概括。归纳的方法是从个别到一般的推理形式和思维方法。在实验中，从许多个别事物的研究结果，应该归纳出事物现象之间的内在联系，找出因果关系，确定事物的本质。（2）综合法 在生物学研究中还离不开综合方法的运用。因为生命是活的有机统一整体，生命的许多功能只能在完整的有机体中才能表现出来，因此只有分析和综合的结合才能真正认识生命运动、变化和发展的规律。2总结的内容一般书写实验总结包括以下内容：试验的目的任务；试验内容；试验的材料和方法；试验的过程；试验结果分析；试验结论。第十二章 科学实验的一般原理和方法第一节 实验课题的选择和实验设计【解题指导】例1 给你洋葱、蔗糖、蒸馏水及必要的工具，请设计一个测定洋葱表皮细胞滚浓度范围的实验方案。析 （1）实验原理：水分的渗透作用。（2）实验方法：配制一系列不同浓度的蔗糖溶液（如5、10、15、20）。制作上述各蔗糖溶液处理的洋葱表皮细胞装片。用显微镜按蔗糖溶液的浓度梯度逐个观察装片。（3）结论：该洋葱表皮细胞液的浓度介于能引起与不能引起细胞质壁分离的两种相邻浓度溶液的浓度之间。该实验的设计是按照一般实验法的原理，直接通过实验组而得出结论的。例2 请你设计一个实验，证明动物生长激素的分泌器官及其生理作用。（切除动物垂体情况很复杂，本实验仅作为学生设计实验）析 设计方案（1）材料：幼年兔（或其他幼年哺乳动物）。（2）处理：实验组A：切除垂体；实验组B：切除垂体后每天注射生长激素；对照组C：正常兔。（3）根据观察的结果得出结论：实验组A：生长停止；实验组B：先停止后又继续生长；实验组C：不停止生长。由此得出生长激素是垂体分泌的，能促进幼小动物生长的结论。该实验的设计是利用对照实验法的原理，通过实验组和对照组结果差异的比较得出结论的。例3 有一个生产大队研究小麦增施氮肥（尿素）的增产试验。实验设计为两个处理：处理（一）为每公顷施尿素150kg；处理（二）为每公顷施尿素300kg；以不施肥为对照（CK）。施肥试验小区的排列方式有两种：重复一次和不设重复。试绘制小麦田间试验小区两种排列方式的规划图。析 根据试验设计要求，每个试验小区面积应一致，两种田间排列方式如下二图。施肥试验一（重复一次） 施肥试验二（不设重复）第二节 实验实施的技能和技巧【解题指导】例1 根据提供的动物标本，通过详细观察试比较豺、狼的区别，请填入下表：体 型体 色尾 部豺狼析 经过观察和测量，豺体型小，狼体型大；豺的体色为红棕色，狼为灰黄色；豺的尾粗长、毛密似狐尾，狼的尾较短尖，尾下垂，很少活动。例2 取数量相同，大小一致的两种不同处理（喷施生长素浓度不叫的棉花叶片，利用实验桌上的设备，设计一种测量叶片面积的方法。（1）较详细地叙述你的实验过程。（2）计算出两种处理叶面积的大小。析 棉花叶片属不规则形状物体。测量叶片面积有两种方法：（1）利用刻度尺测量叶片的长度（叶片基部至叶尖的长度）和叶长度中点处的宽度，按长宽0.761公式计算叶面积。（2）利用方格纸，把叶片平整地放在方格纸上，用削尖的铅笔把叶片的边缘描绘下来。由于每一方格的面积是已知的，计算叶片占据的格数，即可求出叶片的面积。例3 取相同数量的国光和红富士不同苹果品种的果实，利用实验桌上提供的卡尺、刻度尺、量杯、量简、台秤等工具，设计一种测量苹离果实大小（体积）的方法，并用所测数据比较两种不同苹果果实的大小。析 苹果的果实属不规则形状物体，可用量筒或量杯测量体积，即在量简内先放入一定量体积的水，然后放入待测的苹果果实，通过测量筒内体积增长情况，即可求出不同品种果实体积的大小。例4 为测定不同豆类种子发芽时期的含水量，现提供黄豆、绿豆、蚕豆、豌豆4种豆科植物萌发种子，在实验桌上备有称量瓶、天平、坩锅钳、干燥器和室内用烘箱等设备，设计测定含水率的实验流程，并比较4种萌发种子含水率的多少。析 测定含水率的方法：样品（一定量） 称量瓶 烘箱 用坩埚钳取出称量瓶 干燥器 称量瓶 烘箱 称量瓶再称重 称量瓶（恒重）。计算水分质量分数。水分质量分数（）例5 将黄化豌豆幼苗的芽鞘尖除去，然后进行实验，以研究植物激素对豌豆幼苗生长的影响。利用墨水在每株上胚轴距离顶端的位置画一记号，如下图所示：把经过上述方法处理的幼苗分为三组，每组有120株，其中两组分别施以激素A或B。然后将所有的幼苗置于黑暗的地方生长5天。每天从每组中取20株幼苗，于记号处将其“顶部”切去，并测定“顶部”的平均长度（L）和平均鲜重（W）、最后将每组的W/L值计算出来。结果如下表所示。天对照实验 激素A 激素BL W W/L L W W/L L W W/L（mm） （mg）（mg/mm）（mm） （mg）（mg/mm）（mrn）（mg） （mg/mm）010.0 20.5 2.05 10.0 21.0 2.10 10.0 21.5 2.15110.2 21.0 2.06 10.3 27.5 2.67 12.5 52.0 2.00210.8 21.5 1.99 10.9 42.5 3.90 15.5 36.0 2.32311.0 22.0 2.00 11.2 60.0 5.36 22.0 49.5 2.25411.5 22.0 1.91 11.4 69.5 6.10 29.5 59.0 2.00511.4 22.5 1.97 11.3 60.5 5.35 30.0 60.0 2.00（1）用什么工具测量幼苗长度？参考有关平均长度（L）的数据，可以得出什么结论？（2）用什么工具测量幼苗的重量？“顶部”平均重量（W）与幼苗细胞体积有何关系？解释作的答案。（3）根据你在回答（2）时所作推论，WL代表什么？（4）写出一种激素的名称，其特征须与激素B类似。（5）施以激素A的幼苗的WL值，在第5天比第4天为低，提出一项可能理由进行解释。（6）解释以下实验步骤的原因：除去豌豆幼苗芽鞘。将幼苗置于黑暗中生长。析 （l）测量长度用刻度尺，从三组实验“顶部”平均长度比较来看，激素B有促进生长的作用。（2）测量幼苗的重量用天平，“顶部”平均重量增加与幼苗细胞体积加大有关。细胞伸长生长体积加大，液泡水量增加，因此重量增加。（3）WL 代表每mm幼苗的重量（mg）。（4）生长素与激素B相似。（5）施以激素A的WL值降低，可能是由于激素A增加幼苗重量的作用降低，致使WL值降低。（6）因为芽鞘是产生生长素的部位，所以研究外源激素的作用，要切除豌豆幼苗芽鞘。另外，将幼苗置于黑暗中生长，防止光合作用因素对实验的干扰。第三节 实验结果的分析和总结【解题指导】例1 河北省某养羊场 10头小尾寒羊的产毛量（kg）如下：X：5.3，9.9，6.8，8.3，5.4，9.8，5.0，7.3，7.3，6.4试计算其平均数（X），并说明变异程度如何？析 （1）依平均数的计算公式：X 计算。X5.39.96.88.35.49.85.07.37.36.471.5n10，代入公式：X71.5/107.15kg（2）变异程度可按标准差的公式：Sx 计算。计算方法如下：根据公式要求，先列表整理数据（见下表）。X（XX）（XX）25.02.154.6235.31.853.4235.41.753.0636.40.750.5626.80.350.1227.30.150.0227.30.50.0228.31.151.3239.82.657.0239.92.757.563X71.5（XX）0（XX）227.746X71.5/107.15（kg）代入公式：Sx 1.75（kg）例2 在某一养牛场的牛群中，随机测量100头牛的体高，所得变数值如下表。试编制次数分布表和次数分布图，并说明大多数牛的体高是多少？100头牛的体高资料（单位：cm）136 136 135 132 137 129 136 129 143 137138 133 137 125 133 137 134 129 136 129136 137 129 129 136 129 133 136 130 133134 140 131 137 135 137 135 141 139 132134 131 137 132 128 131 134 136 132 134126 134 132 133 136 136 138 136 143 136138 142 138 133 133 137 134 133 129 135133 139 135 136 128 131 132 135 141 127139 134 132 134 137 134 134 133 131 139132 131 128 134 138 131 136 136 134 133析 解答此题，首先对原始数据（上表）进行整理。根据分组的方法，确定分组数、组距和组中值。本实验可分10组，在变数中最大值为143cm，最小值为125rm，组距为2cm，计算组中值之前，应先用组距数求出组限。如第一组的组限是从最低的体高减去组距的1/2，即125cm2cm/2124cm，这是第一组的下限，它的上限是加上组距的1/2，即125cm2cm/2126cm，由此确定第一组的组限为124cm126cm。组中值为125cm。分组后即可制出次数分布表，具体方法见下表。100头牛体高（cm）的次数分布表组限（Ci）组中值（cm）次数（f）124125.9126127.9128129.9130131.9132133.9134135.9136137.9138139.9140141.9142143.9125127129131133135137139141143 正 正正正正正正正正一正正正正正正正正 2481526xx532根据次数分布表所提供的数据，即可绘制次数分布图（见下图）。从上表（次数分布表）和下图（次数分布柱形图）可以清楚地看出，大多数牛的体高在132cm135.9cm之间。100头牛体高的次数分布图例3 在实验桌上给你提供30盘大豆发芽种子，每盘20粒，各盘种子发芽情况不同，试绘制30盘大豆发芽种子次数分布表和曲线图。析 为绘制发芽种子曲线图，首先应统计出每盘中发芽种子数，有多少相同发芽种子数的盘数（即出现的次数），并计算出在30盘中所占，也就是在总次数中占。然后根据每盘中发芽种子数的多寡，由少到多排列，绘制出30盘大豆（每盘20粒）发芽种子次数分布表，并以每盘种子发芽数为根坐标，次数（或称为相对次数）为纵坐标，绘30盘大豆发芽种子次数分布图。例4 豌豆象鼻虫（Callosobruchus maculatus）是豆类作物的主要害虫之一。象鼻虫的幼虫在豆粒中把这些种子咬坏，每个成虫在豆粒外表咬一个洞，咬蛀过的豆粒重量变轻，并会浮出水面上。现有一豆粒，其中有些豆粒已经侵蛀了象鼻虫。请计算以下问题：（1）估计每100粒种子被咬坏豆粒的平均数并计算其标准差。（2）估计象鼻虫在每100粒种子中种群密度的平均值及其标准差。（3）写下取样的数据，并写出计算过程和结果（每个样本都要包括：洞的总数、虫蛀种子的总数、取样种子的总数，每100粒种子虫蛀种子数，以及标准差和种群密度的计算方法等）。析 在一包豆粒中，随机取出100粒种子放入盛水的烧杯中，凡是浮出水面上的种子多是虫蛀的种子，从水中捞出浮在水面上的种子，统计粒数并观察有蛀洞种子的数目，采用这种方法重复510次，然后根据所得数据按平均数、标准差、种群密度的计算方法，即可求出得数。第十二章 科学实验的一般原理和方法第一节 实验课题的选择和实验设计【巩固练习】1研究不同饲料喂养家猪的育肥效果和比较小麦不同品种叶片大小的实验，应如何选择材料？2某中学课外活动小组计划进行白玉蜗牛的养殖实验，在实验设计上，你认为应探究哪些具体内容？3在动物实验中，正确设置对照十分困难，要选择20只完全相似的动物分为每组10只的对照组和处理组，是难以做到的。那么，进行这种实验，你能提出一个聪明的设置对照的方法吗？4许多科学家认为，孟德尔进行的植物杂交试验，选择豌豆做实验材料是他成功的关键；卡尔文在研究植物光合作用的暗反应时，选择小球藻（Chlorella）为材料也是成功的关键。这是为什么？5有一位船长要试验某种防治晕船药物的效果，他选择旅客为对照，让船员都服用药剂，其结果大多数旅客晕船了，而船员没有晕船，这一结果能否说明这种药的功效？为什么？第二节 实验实施的技能和技巧【巩固练习】6渔民常用鸬鹚（俗称鱼鹰）捕鱼，根据你的观察，鸬鹚有哪些适于捕鱼的形态特征？7在动物园观察孔雀的行为，请描述孔雀开屏的精彩表演：开屏的孔雀性别是 性。它把尾屏 ，展开似 形。还不断地转动 ，抖动 ，发出 的声音，作出各种优美的舞蹈动作。这是一种 行为。尾屏是由尾上的 发达而成，而不是尾羽，尾羽的长度 ，隐于 。8根据给你提供的仙人掌、茧丝子、葫芦藓、金鱼藻四种植物的观察，填写下表：植物根茎叶适于生活场所仙人掌葫芦藓菟丝子金鱼藻9观察下图中表示的黑头鸥可能出现的几种姿态，试回答：一只海鸥偶然在另一只海鸥的领地中，两只海鸥彼此相遇，以下哪一种可能是后来者的姿态？10某校生物实验小组计划开展培育作物新品种的田间试验，你认为田间观察应制定哪些观察项目？11某校课外活动小组研究不同浓度的蔗糖溶液对马铃薯薯块大小的影响实验，其步骤如下：（1）用打孔器从同一个马铃薯块茎上取三块样品，用刀片修整，使其长度至少为30mm，三个样品尽可能等长。（2）尽可能精确地测量每一薯块的长度、直径、体积、重量，将所得数据记入下表中。（3）把三个薯块分别放在作好标志的A、B、C三个试管中。在A试管中倒入蒸馏水，把10糖溶液倒入试管B中，把20的糖溶液倒入试管C中，都要使薯块浸泡。然后用铝箔把每个试管口封好并放在试管架上。待12天后，将薯块从试管中取出，按（2）的测量要求重做一次，也在表中记下所得的数据。试回答下列实验问题：（1）除记录的数据所表明的变化外，在三个薯块上还分别观察到什么其他变化？（2）薯块A的体积发生了什么变化？（3）糖溶液浓度与薯块重量的变化之间有什么关系？（4）提出一个假设来说明在什么样的浓度下，马铃薯的重量不变？并设计一个验证实验。测量薯块A（蒸馏水）薯块B（10糖溶液）薯块C（20糖溶液）第1天第2天区别（或）第1天第2天区别（或）第1天第2天区别（或）长度（mm）直径（mm）体积（L）重量（g）第三节 实验结果的分析和总结【巩固练习】12对20株“冀麦30号”小麦植株进行调查，其主茎小穗数平均数为21.5个，标准差是1.19个；其株高平均数为85.5cm，标准差为8.55cm。试问：是小穗数变异程度大，还是株高变异程度大？并分析其原因。13试比较脊椎动物前肢骨骼（见下图），通过比较你发现了什么现象？如何解释这种现象？脊椎动物前肢骨骼的比较1肱骨；2尺骨和桡骨；3腕骨和掌骨；4指骨14人们发现吃了发霉的花生容易得癌症，吃了发霉的黄豆、发霉的玉米也容易得癌症，于是得出结论，凡是吃了发霉的食物都容易得癌症，你认为这种归纳的方法，得出的结论是否正确？为什么？15以下是因果关系选择题。每个叙述题都由陈述和理由两部分组成，上边是陈述，下边是理由，回答问题时在AE的答案中合适的字母来表示。A B C D E正确 正确 正确 错误 错误 正确 正确 错误 正确 错误有因果 无因果关系 关系（1）动物饲养员对突变的出现并不感兴趣，因为大多数突变是有害的 （ ）（2）蜘蛛不属于昆虫纲因为它是一种节肢动物 （ ）（3）在一个精子内不发生同源染色体配对因为初级精母细胞发生有丝分裂 （ ）（4）肺动脉输送静脉血因为它输送血液到肺 （ ）（5）脂肪用于身体的生长和发育因为脂肪是组成原生质的主要物质 （ ）16下表表示在烧怀中加入一些枯草浸出液，烧杯中的枯草杆菌以其中的有机物为食，过几天（d）后放入大草履虫，再过一段时间后，放入双小核草履虫，它们均以枯草杆菌为食，三种生物在浸出液中数量增减情况综合为下表。试根据表中提供的数据绘制A、B、C数量增减曲线图，并据图回答：试验材料生物数量（个mL）1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d枯草杆菌（A）180160140160180160140506070大草履虫（B）-608070605040xx双小核草履虫（C）-20406080100120（1）枯草杆菌与草履虫之间构成 关系，两种草履虫之间又构成 关系。（2）曲线A有时下降的原因是 。（3）曲线B下降的原因是 。【习题精选】17市农林局提供5个小麦品种的种子，试设计不同小麦品种产量比较试验方案（包括试验目的、供试材料、试验方法、试验田间排列、生育期、观察和考种项目、实验结果分析等）。18给你未萌发的黄豆种子、广口瓶、橡皮塞、凡士林、烧杯、小试管、NaOH、细玻璃管等材料和药品，试设计一个实验（包括实验装置、实验过程），达到验证“活的黄豆种子不萌发时也在进行呼吸作用”的目的。要求画出实验装置示意图。19在做脊蛙搔扒反射实验中，在没有进一步破坏蛙体前提下，请设计一个实验证明皮肤感受器是引起反射的一个重要组成部分。20试设计证明植物的感性运动和向性运动的实验方案。21下图是不同施肥量的比较试验小区田间排列图，你认为这种小区排列法是否合适？为什么？如不合适，应如何排列？22请你根据已学过的生物学知识，如果排除人工修剪和使用药剂，设计出两种方法来培育出如右图所示的盆景，并说明其原理：（1）方法是 ；原理是 。（2）方法是 ；原理是 。23实验室里有以下物品：一块已烘干的人体碎骨、烧杯、镊子、酒精灯、天平、稀盐酸、清水，请你安排一个最佳的实验步骤，并分析这块碎骨是儿童的还是成年人或老年人的。下面是供选择的操作步骤：A 用清水把碎骨冲洗干净B 把碎骨放入盛有稀盐酸的烧杯里一段时间C 用镊子夹取碎骨放在酒精灯上烧到骨变成灰白色D 用镊子夹取碎骨观察是否已经变软E 用镊子夹取碎骨放在天平上称取重量你设计的最佳实验步骤是（用字母来表示） 。24用一个紫色洋葱，供多人按要求完成下列实验：A 细胞有丝分裂的观察B 细胞质壁分离和复原的观察C 根对矿质元素离子的交换吸附现象的观察从取用实验材料方面看，最佳的实验安排顺序是（用序号表示） 。25根据你在动物园所观察到的灰毛鹅的各种姿态（见下图），判断它们的行为。A ；B ；C ；D 。26为测定不同水稻品种耐盐性的强弱，选用两个品种（A和B），各取500粒种子放入盛有不同盐溶0液浓度的培养皿内（每皿100粒），测定发芽情况如下表。请说明：（1）配制不同浓度盐溶液的方法。（2）计算两个水稻品种在不同浓度盐溶液下的发芽率，并用平均发芽率对照比较，发芽率降低多少（用表示）？（3）试分析两个水稻品种对耐盐性的强弱。不同盐（NaCl）溶液浓度对水稻种子发芽率的影响品种不同NaCl溶液浓度（）0（CK）1246品种A发芽数49045030015050品种B发芽数49540017575027现有两头母猪均产了10头仔猪，其初生重如下：甲母猪所产仔猪初生重（吨）x：0.75，1.0，1.1，1.2，1.35，1.5，l.6，1.8，2.2，2.5乙母猪所产仔猪初生重（吨）y：1.4，1.4，1.4，1.5，1.5，1.5，1.5，1.5，1.6，1.7请分析：（1）这两头母猪所产10头仔猪的平均初生重是多少？（2）这两个变数（x和y），哪个变异的范围大？（3）你认为哪个母猪所产的仔猪比较整齐、均匀？28水稻土壤中三要素肥效试验结果如下表：水稻三要素肥效试验结果试验区肥料成分产量比（）NP2O3K2O无肥区00035无氮区048无磷区070无钾区091三要素区100从表中的数值分析说明：（1）哪个试验区产量最低？哪个试验区产量次之？缺少什么肥料产量急剧下降？（2）该试验结果表明什么？这块土壤中最感缺乏的是什么成分？什么成分不感到缺乏？29100头肉猪月增重（kg）的次数分布如下表所示试绘制100头肉猪月增重曲线分布图。100头肉猪月增重次数分布表月增重（kg）510152025303540455055次数2261315231613622此曲线分布图说明了什么现象？30通过“温度对豌豆幼苗呼吸作用强度的影响”的实验研究，得出以下数据（见下表）：温度（）1020304050呼吸作用强度（CO2mghg）38121510请绘制坐标曲线图，并回答下列问题：（1）呼吸强度最强的温度约为 ，呼吸最弱时的温度是 。（2）当温度在4050时，呼吸强度约为 。贮藏蔬菜、水果、粮食时要保持 。31在某小麦品种中，随机抽取100个植株，对每一植株高度进行测量，所得变数值如下表：某小麦品种100株植株高度（cm）901041031021061068310610599999310210194969710596898399101939993909510295909891969095999395106989993101949394899298103869585969695969791941029593978891941049897100929988989895941041009694949196968596931018697959799959610496根据以上原始数据绘制出100株小麦株高分布的柱形图。32本实验所用植物为农作物玉米，将其种在不同氮肥条件（即施用不同量硝酸盐）下的温室中。氮肥水平为低（L）和高（H）。其他养分的水平在两个试验组中完全相同。在本实验中，你要研究的是不同氮肥水平所造成的生长上的差异。为此，你必须进行；A称重；B测定叶面积；C测定根长度。现提供下列仪器供使用：称重天平、测定叶面积仪器、测定根长的仪器。请做好计划以便在预定时间（1h）之内完成全部实验。（1）实验内容在实验前已将许多植株的茎、叶、根均已分别收集烘干，放在塑料盆和杯中，每一盆中有3株植物的叶、茎和根。空盆的重量写在各盆外面。请用电子天平测定3株植物的叶、茎和根的干重。对两种氮肥水平的植物均作此测定。测定前在盆上注明所用盆的代号（L或H）。测定后，请填写以下测量结果；并进行结果分析；每株植物的平均干重：L（L ） H（H I）叶 茎 根 地上部（茎叶）的平均干重与根的平均干重之比：低氮水平高氮水平对于所测得的重量之比的差异，下列说法中哪一项可能是适合的解释？在左侧画（正确的解释）或（不正确的解释），指出你的观点：a在低氮水平的情况下，根吸收的氨基酸太少，不足以进行快速的生长。其结果是植物必须在根的发育方面作更多投入。b氮水平低使光合作用过程减慢，其结果是植物必须向叶片发育方面作更多的投入以保持足够水平的光合作用。c当氮较多时，植物含有较多的蛋白质，其结果是植物体内较少的生物量的形成需要其它的含碳产物。因此，在高氮情况下植物必须对叶片投入较少而对根投入较多以保证最大量的生长。d在高氮情况下，植物会产生更多的光合作用的酶，于是增强光合作用。这就是说气孔必须张得更大，因而有更多水分溢出。根系要吸收这部分丢失的水。其结果是：植物要发展并产生更多的根。e在高氮条件下，较少的根就足以吸收适量的氮，因此，植物向叶片的发展投入。f高氮水平刺激根的发育，因为根是第一个能够利用额外的氮的器官。g对于每一个体而言，生物量在地上部和根部之间的分布是由遗传特性所决定的。因此，氮的状况仅影响作为整体的植物的生长。所以，地上部/根部比值之差必须被解释为遗传上的差异，与功能无关（2）实验内容请填写以下测量结果，并进行结果分析。测得的叶片的总面积：处理 叶表面积（cm2）L（L）H（H）根据实验内容计算出来的平均叶面积：处理 平均叶面积（cm2）L H （3）实验内容请填写以下测量结果：测出的代表性根的长度处理 根的总长度（cm）L（L）H（H）根据实验内容计算出的植物根的长度处理 平均根长（cm）L H 根据实验内容计算出来的植物平均叶面积与平均根长之比：处理 平均叶面积 / 平均根长L H 哪一种指标的信息量最大？（对正确的答案作记号）a地上部重量根重量 b叶表面积根长对于上述指标的说法中，哪条正确，哪条不正确，在左侧画或来表示你的观点。A光合作用速率与地上部的生物量成正比。呼吸作用速率与地上部加根的生物量成正比。这是为什么地上部重量 / 根重量这一指标信息量最大的原因。b叶片对CO2的呼吸和根对养分和水分的吸收都是发生在表面上的过程。因此，叶面积 / 根表面积的比值应是最好的指标。叶面积根长之比是另一可以接受的指标，因此这两个都是最好的指标。c在某些情况下（例如干旱），叶片和根可能收缩。这时叶面积和根长之比不再是非常有用的指标。因此，用地上部重量 / 根重这一指标更好。d叶面积 / 根长这一指标无论如何也不包含有关生物量向茎投入的信息。结果是这一指标不能用作