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生物实验设计常见问题及例题解析 前言：实验设计有一定规律，但又不拘泥于规律，有固定模板，但又变化多端。要注意题目信息，做出综合分析，学能活动才是关键。一、实验设计的基本内容 （一）实验设计的基本内容1、实验名称：是关于一个什么内容的实验。 2、实验目的：要探究或者验证的某一事实。 3、实验原理：进行实验依据的科学道理。 4、实验对象：进行实验的主要对象。 5、实验条件：完成该实验必备的仪器、设备、药品条件。 6、实验方法与步骤：实验采用的方法及必需的操作程序。 7、实验测量与记录：对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确的记录。 8、实验结果预测及分析：能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。 9、实验结论：对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。 (二)、实验设计基本思路 1、准确把握实验目的：看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果，是探究性实验还是验证性实验。 2、明确实验原理：要解决题目所给的问题，要用到生物学上什么原理。3、确定实验思路：根据原理对实验作出假设，并充分利用实验材料设计实验思路。 4、精心设计实验步骤：根据以上实验目的、原理和思路，设计合理的实验装置和实验步骤操作步骤。并设置好实验组和对照组，遵循单一变量原则。并将观察到的现象如实记录下来。 5、准确预期实验结果并分析 注意：在叙述实验步骤及预期结果时，语言文字要简明。实验步骤一般不宜连续描述，往往要分段叙说；试管、烧杯等要给予编号。例1请设计一个实验，判断种子胚细胞和胚乳细胞的死活。（1）实验原理：_。（2）实验原料和器材：_。（3）实验步骤：_。（4）实验结果预测：_。（5）该实验最可能的结果和结论是_。例1答案 (1)活细胞的细胞膜具选择透过性，死细胞的细胞膜具全透性。(2) 玉米种子；刀片；培养皿；红墨水；清水；放大镜。(3) 选取10粒大小相同的饱满、粒大的玉米种子放在盛有清水的培养皿中浸泡； 涨大后将玉米种子用刀片从中线处切开，将其一半放人盛有红墨水的培养皿中浸泡； 一定时间后取出放人盛有清水的培养皿中漂洗，直到漂洗掉浮色为止； 用放大镜观察切片后玉米种子剖面的着色情况。(4) 如果胚和胚乳均为红色，则说明二者为死细胞； 如果胚和胚乳均为无色，则说明二者为活细胞； 如果胚为红色，胚乳为无色，则说明前者为死细胞后者为活细胞； 如果胚为无色，胚乳为红色，则说明前者为活细胞后者为死细胞；（5）胚为无色，胚乳为红色，说明前者为活细胞后者为死细胞二、关于变量 实验变量（自变量）：指实验中由实验者所操纵的因素或条件 （实验变量应具有可操作性）反应变量（因变量）：指实验中由实验变量而引起的变化和结果 （反应变量应具有可测量性无关变量（控制变量）：指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件（无关变量应具有可控性） 额外变量（干扰变量）：指实验中由无关变量所引起的变化和结果 （控制好无关变量即能防止额外变量的干扰）例如:实验自变量因变量无关变量比较过氧化氢酶和Fe+的催化效率催化剂的种类(过氧化氢酶、Fe+ )催化效率的高低（以点燃但无火焰的卫生香燃烧的猛烈程度或气泡产生速度表示）试管等用具的洁净度、环境温度、相同材料的量、各种试济的量、反应时间等。探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用底物的种类（淀粉、蔗糖）淀粉酶将淀粉水解（处理后加斐林试剂并加热，无砖红色沉淀出现）淀粉与蔗糖溶液的量、水浴的温度与处理时间、斐林试剂的使用量与加热时间、操作程序等温度对酶活性的影响温度（60热水、沸水、冰块）加碘液后溶液颜色的变化试管的洁净度、淀粉溶液的量、不同温度的处理时间长度、操作的程序、碘液的加入量等1、实验变量（自变量）如何操纵：操纵实验变量的重要方法是设置对照。经典的实验变量的操纵方法：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，除去光合作用对呼吸作用的干扰给植株遮光，如何得到单色光棱镜色散或薄膜滤光或有色灯光照射，血液抗凝加入柠檬酸钠，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。灭菌的方法：培养基用高压蒸气灭菌；接种环用火焰灼烧灭菌；双手用肥皂洗净，擦干后用75%酒精消毒；整个接种过程都在实验室无菌区进行。实验中控制温度的方法：还原糖的鉴定：沸水浴加热（新教材为5065水浴）；酶促反应：水浴保温；用酒精溶解叶中的时绿素：酒精要隔水加热；DNA鉴定：水浴煮沸加热；细胞和组织培养以及微生物培养：恒温培养。（14）确定某种激素功能的方法：饲喂法，注射法，阉割移植法，口服法。（15）获得无籽果实的方法:用适宜浓度的生长素处理花蕾期已去雄的子房，如无籽蕃茄、染色体变异，如无籽西瓜。（16）确定传入、传出神经的功能： 刺激+观察效应器的反应或测定神经上的电位变化。2、无关变量如何控制：消除法：排除或隔离无关变量对实验结果的影响。如杂交实验中的套袋。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。如在“探索淀粉和蔗糖的作用”实验中，始终将试管处于恒温水浴中，以消除温度等无关变量对实验的影响。平衡法：对照组和实验组除自变量不同外，其余无关变量均相等。从而可不计无关变量的影响。3、反应变量如何检测：有些实验结果可以直接观察和测量，有些则不能。对不能直接观察和测量的实验，要通过一定的手段和方法，将实验结果转变成可以观察和测量的变化。经典的实验结果的显示方法，如：光合速率O2释放量或CO2吸收量或淀粉产生量，呼吸速率O2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，甲状腺激素的作用动物耗氧量，发育速度，神经系统兴奋性等，生长激素的作用生长速度（体重变化，身高、身长变化）胰岛素的作用动物活动状态、血糖浓度，各种显色试剂的应用。三、关于对照：对照原则是中学实验中最常用的原则，如有关酶的高效性、专一性和影响酶活性的条件的实验，观察植物细胞质壁分离和复原实验都采用了对照。通过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又可增加实验结果的可信度和说服力。 在一个对照实验中，可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组，对照组是不接受自变量的处理的对象组，一般是随机决定的。常用的对照组类型有以下几种：空白对照对照组为不作任何处理的对象组。例如在“生物组织中可溶性糖的鉴定”的实验中,假如用两个试管，向甲试管溶液加入试剂,而乙试管溶液不加试剂,一起进行沸水浴,比较它们的变化。这样,甲为实验组,乙为对照组,且乙为典型的空白对照。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。自身对照实验与对照在同一对象上进行，不另设对照组。如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验，既是典型的自身对照实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化为实验组。条件对照给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理。以增强实验的说服力。如在“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中，存在以下实验组和对照组。 甲组：饲喂甲状腺激素(实验组) 乙组：饲喂甲状腺激素抑制剂(条件对照组) 丙组：对蝌蚪不作任何处理(空白对照)相互对照指不另设对照组，而是利用几个实验组相互对照。如验证温度对唾液淀粉酶活性影响的实验中60、O、37之间的对照；验证pH对唾液淀粉酶活性影响的实验中，不同pH溶液之间的对照。再如在“植物向光性”的实验设计中，如下图所示，2与l对照可证明感光部位在胚芽鞘尖端，3也可与1对照，4也可与l对照，也可与2对照。 设计对照时应注意的问题：（各组除实验变量外）所用生物材料要相同所用生物实验器材要相同所用实验试剂要相同所用处理方法要相同例3（08山东） 转基因技术可以使某基因在植物体内过量表达，也可以抑制某基因表达。假设A基因通过控制赤霉素的合成来控制番茄的株高，请完成如下实验设计，以验证假设是否成立。实验设计：（借助转基因技术，但不要求转基因的具体步骤）a分别测定正常与矮生植株的赤霉素含量和株高。b c 支持上述假设的预期结果： 若假设成立，据此说明基因控制性状的方式： 例3答案一：b. 通过转基因技术，一是抑制正常植株A基因的表达，二是使A基因在矮生植株过量表达。c. 测定两个实验组植株的赤霉素含量和植株。答案二：b. 通过转基因技术，抑制正常植株A基因的表达，测定其赤霉素含量和株高。c. 通过转基因技术，使A基因在矮生植株过量表达，测定其赤霉素含量和株高。（答案二中b和c次序不做要求）与对照比较，正常植株在A基因表达被抑制后，赤霉素含量降低，株高降低；与对照比较，A基因在矮生植株中过量表达后，该植株赤霉素含量增加，株高增加。基因通过控制酶的合成来控制代谢途径，进而控制生物性状。（解析：在这个实验中，题目所给的正常植株和矮生植株都是做为对照组的，而经过抑制A表达的正常植株和被过量表达的矮生植株则做为实验组。答案不仅利用了题目所给的两种技术，而且从正反两个方面证明了基因A的作用，是一个很的说服力的设计思路）例4、一种以地下茎繁殖为主的多年生野菊分别生长在海拔10m、500m、1000m的同一山坡上。在相应生长发育阶段，同一海拔的野菊株高无显著差异，但不同海拔的野菊株高随海拔的增高而显著变矮。为检验环境和遗传因素对野菊株高的影响，请完成以下实验设计。（1）实验处理：春天，将海拔500m、1000m处的野菊幼芽同时移栽于10m处。（2）实验对照：生长于m处的野菊。（3）收集数据：第二年秋天。（4）预测支持下列假设的实验结果：假设一 野菊株高的变化只受环境因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高。假设二 野菊株高的变化只受遗传因素的影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高。假设三 野菊株高的变化受遗传和环境因素的共同影响，实验结果是：移栽至10m处野菊株高。例4答案（2）10m、500m、1000m （3）测量株高 记录数据（4）与10m处野菊株高无显著差异与原海拔处（500m、1000m）野菊株高无显著差异比10m处矮，比原海拔处高（解析 在本题当中，原海拔植株做为对照组，移栽植株做为实验组。）四、关于实验假设假说, 亦称实验假设,指用来说明某种现象但未经证实的论题，科学实验的第一步便是提出假设,即依据已知的科学原理,对某一现象提出初步假定;第二步即依据假设,进行推理,预期可能的实验结果;第三步依据假设和预期,设计实验方案,进行实验验证。因此，假设是科学实验的第一个要素。而实验的结果,应该使假设得以验证或被否定,或被修正，这便是我们的实验目的。（一）如何联系已知的科学原理，找出实验假设。例5（07山东卷） 普通小麦中有高杆抗病（TTRR）和矮杆易感病（ttrr）两个品种，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。实验小组利用不同的方法进行了如下三组实验：请分析回答：（1）A组由F1获得F2的方法是 ，F2矮杆抗病植株中不能稳定遗传的占 。（2）、三类矮杆抗病植株中，最可能产生不育配子的是 类。（3）A、B、C三组方法中，最不容易获得矮杆抗病小麦新品种的方法是 组，原因是 。（4）通过矮杆抗病获得矮杆抗病小麦新品种的方法是 。获得的矮杆抗病植株中能稳定遗传的占 。（5）在一块高杆（纯合体）小麦田中，发现了一株矮杆小麦。请设计实验方案探究该性状出现的可能的原因（简要写出所用方法、结果和结论）_例5参考答案：(1）自交 ， 2/3 。 （2）II（3） C ， 基因突变发生的频率极低且不定向 。（4） 秋水仙素或低温诱导染色体加倍 ； 100% 。（5）将矮秆小麦与高杆小麦杂交；如果子一代为高杆，子二代高杆：矮秆=3：1（或出现性状分离），则矮秆性状是基因突变造成的；否则，矮秆性状是环境引起的。方法二：将矮秆小麦与高杆小麦种植在相同环境下，如果两者未出现明显差异，则矮秆性状是环境引起；否则矮秆性状是基因突变造成的。解题思路：第（5）小题便是要求设计实验方案，实验的目的是探究矮杆性状出现的可能的原因，但实验的假设是什么呢？我们慢慢分析：根据教材知识，生物的变异包括可遗传的变异（遗传物质改变引起）和不遗传的变异（环境因素引起）两种类型，而可遗传的变异又包括基因突变和染色体变异，题目既已给定高杆矮杆是由某对基因控制的，这就排除了染色体变异的可能性。所以我们看到了本题只有两个实验假设，1、该性状的出现是由环境引起的，2、该性状的出现是由基因突变引起的。接下来的实验设计会变的非常轻松。（二）、根据假设，设计实验方案例6 、一只雌鼠的一条染色体上某基因发生突变，使野生型变为突变型。该鼠与野生型鼠杂交，F1的雌雄鼠中均既有野生型，又有突变型。假如仅通过一次杂交实验必须鉴别突变基因是在常染色体上还是在X染色体上，F1的杂交组合最好选择：A野生型（雌）突变型（雄） B野生型（雄）突变型（雌）C野生型（雌）野生型（雄） D突变型（雌）突变型（雄）解析 (1)由条件可知，突变型是显性性状，野生型是隐性性状；该突变型雌鼠是杂合子，其基因型为Aa或XAXa，野生型雄的基因型为aa或XaY。(2)确定F1的基因型。根据题意，我们可以作出实验假设，亲本基因型F1基因型F1四种杂交组合及结果野生雌突变雄突变雌野生雄突变雌突变雄野生雌野生雄假设1基因位于常染色体AaaaAa、aaF2中无论雌雄都有野生型和突变型F2中无论雌雄都有野生型和突变型F2中无论雌雄都有野生型和突变型F2中无论雌雄都只有野生型假设2基因位于X染色体XAXaXaYXAXa、XAY XaXa、XaYF2中雌鼠都是突变型雄鼠都是野生型F2中无论雌雄都有野生型和突变型F2中雌鼠只有突变型雄鼠既有野生型又有突变型F2中无论雌雄都只有野生型表中列出了四种实验方案，哪一个能够使假设得以验证呢？从表中我们可以看出答案A和答案C假设和结果存在一一对应的关系：如果假设一成立则得到结果一，如果假设二成立则得到结果二，反过来如果出现结果一，则证明假设一是正确的，如果得到结果二则证明假设二是正确的。假设一假设二结果一结果二某实验方案而B和D如果两个方案使得两个假设对应同一个结果，那这两个实验方案是达不到实验目的的。最佳答案：A（三）、根据假设，预测实验结果例7：现有容积相同的玻璃缸几只，利用自然的清水，生长发育状况相同的小蝌蚪60只，饲喂蝌蚪的饲料、未经处理的具有生物活性的甲状腺激素、50的温水处理10min后的甲状腺激素。（1）请利用所给的条件，设计一个实验，探究经过50的温水处理10min后的甲状腺激素的生物活性是否发生了改变。（2）预测实验的结果并得出结论。例7参考答案：（1）实验设计将蝌蚪随机分成均等三组：甲、乙、丙甲喂饲料；乙喂等量用有生物活性的甲状腺激素拌的饲料；丙喂等量用经50的温水处理后的甲状腺激素拌的饲料相同条件下喂养观察、记录（2）假如蝌蚪发育成蛙的先后顺序是：丙乙甲，那么50的温水处理增强了甲状腺激素的活性；假如蝌蚪发育成蛙的先后顺序是：乙丙甲，那么50的温水处理减弱了甲状腺激素的活性；假如蝌蚪发育成蛙的先后顺序是：丙、乙甲，那么50的温水处理对甲状腺激素的活性没有影响；假如蝌蚪发育成蛙的先后顺序是：甲、丙乙，那么50的温水处理使甲状腺激素失去了活性。解题思路：探究实验的结果预测具有不确定性，本题的结果预测不要盲目尝试，因为仅是三组蝌蚪发育的顺序，就有很多的排列组合，显然都写上是不可能的。如何才能找出可能的结果，摒弃不可能的结果，最准确的方法就是根据实验的假设来进行。假设（处理后的甲状腺激素的活性的改变）实验结果预测（蝌蚪发育成蛙的顺序）结论假设1活性增强丙乙甲50的温水处理增强甲状腺激素的生物活性假设2活性减弱乙丙甲50的温水处理减弱甲状腺激素的生物活性假设3活性不变（乙=丙）甲50的温水处理不影响甲状腺激素的生物活性假设4失去活性乙（丙=甲）50的温水处理使甲状腺激素的生物活性丧失从表中可以看出，假设和结论是一致的，只不过分析问题时我们根据假设来预测结果，而在答题时是要根据结果得出结论。五、实验设计的基本原则 1、科学性原则 所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。如：淀粉酶水解淀粉的实验中操作顺序的问题。 实验原理的科学性实验材料选择的科学性如:孟德尔遗传实验, 质壁分离与复原,观察细胞质流动,还原糖的鉴定。实验方法的科学性如:证明呼吸作用释放CO2的实验:通入的空气首先经过NaOH溶液,除去基中的CO2,再经过Ca(OH)2溶液检验CO2是否存在,最后才通入装有萌发种子的密闭瓶中.只有经过这样的步聚,才能完全排除干扰因素,才能证明瓶中的CO2确实来源于种子.又如:在“证明CO2是光合作用合成有机物必需的原料”实验中,用于实验的绿色植物必须先放在暗室中“饥饿”处理，消耗掉叶片内储存的有机物，从而排除无关因素的干扰，用碘液检验处理过的叶片，确定有无淀粉的生成。验证结果的正确性。实验结果处理的科学性实验结果不能简单对待，而应该首先记录，然后整理，再经过仔细分析，找出它们所能够透视出最大信息量。如：用含有各种必需矿质元素溶液培养大麦，48H后测定几种离子的浓度占该离子开始浓度的百分比，实验结果如下表；实验条件水分消耗Ca2+，K+，Mg2+（%）光下1090135， 27 ，179黑暗中534105， 35 ，113从表中可得出哪些结论：植物对水分和矿质元素的吸收与光有一定的关系。植物对水分和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程，植物对矿质元素的吸收具有选择性。规律：一组反应变量对应一个结论2、对照性原则 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。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比，即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。 3、单一变量原则 该原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确；其含义是：不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量。实验中要尽可能避免无关变量的干扰。例如，在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水作用”的实验中，加入的淀粉和蔗糖是单一变量，而加入的淀粉的量、反应温度、PH则应控制成相同条件（常量），否则这此因素的差异将作为无关变量，干扰实验结果及对实验结果的分析。例如：某生物学习为了研究阳光对大豆发芽的影响，在两个花盆里种了大豆，并设计了如下实验：花盆阳光温度水光照20充足暗室20不充足在这一实验设计中，应该改正的错误是：A、两个花盆都应放在向阳的地方B、两个花盆都应放在黑暗的地方C、两个花盆的温度不应该一样高D、两个花盆都应该浇给充足的水（4）平行重复原则：平行重复原则要求控制某种因素的变化强度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。目的在于尽可能消除非处理因素所造成的实验误差，体现实验的科学性如：孟德尔遗传实验：孟德尔在做了高秆矮秆这一相对性状的遗传实验时，3：1的分离比是一个偶然因素吗。他又做了圆与皱、黄与绿等七对相对性状的遗传实验，从而排除了偶然性。得出了能解释普遍遗传现象的规律。又如：质壁分离法测定细胞液浓度的实验，为了使细胞液浓度测定更加精确可靠，在改变蔗糖溶液的情况下，通过多次平行重复实验，可以观察统计出发生初始质壁分离的浓度，得出可靠的实验结论。 所以此项原则，目的是为了排除偶然性，使实验结论更加科学，可靠。重复、随机和对照是保证实验结果正确的三大原则。实验设计中 必须注意实验的可重复性。例8：研究人员从人体的DNA中筛选克隆出内皮抑素基因，将此基因转移到双歧杆菌中，使其能够正常表达，用这种方式得到的双歧杆菌制成口服剂，可以用于抑制癌症。在这种药物用于临床治疗之前，应该先进行动物实验，以确定此制剂对机体内重要脏器的安全性。请写出简要的实验设计方案。实验材料：转基因双歧杆菌口服制剂，健康鼠4只，如下：代号甲乙丙丁性别雌雄雌雄体重78g76g80g101g问题讨论：（1）此实验的研究主题可描述为_.(2)实验设计时要确定实验变量,此实验的实验变量应是( )A、是否服用双歧杆菌口服剂 B、实验鼠的性别C、实验鼠的体重 D、实验鼠的数量（3）若以甲为实验组，则应选_为其对照组,应该如何饲喂它们?_.(4)若要探究双歧杆菌口服剂的治疗效果是否因性别而不同,应如何选择实验组和对照组?(填表)实验组对照组动物组合甲乙处理食物方面:_口服剂:_(5)此实验中所用实验动物较少,为了避免偶然性,提高结论的可靠性,在具体实验探究时还应注意哪些问题?例8答案:(1) 研究此口服剂对体内重要脏器的安全性 (2)A (3)丙 每日定时为两组鼠提供相同的食物、水，给实验组鼠定时服用双歧杆菌口服剂，给对照鼠同时服用等量的水（4）实验组对照组动物组合甲乙乙甲或丙处理食物方面:每日定时提供相同食物和水等口服剂: 每日定时服用等量的口服剂（5）可以等量增加实验组和对照组中动物数量，可以重复多次相同的实验过程。5、简便可行性原则：是指实验材料容易获得，实验装置简化，实验药品便宜，实验操作简便，实验效果明显并能在较短时间内完成。从实验目的、实验原理到材料用品的选择、实验操作等，都要符合实验者的一般认知水平，满足现有的条件，具有实验和完成实验的可能性。六、定性实验与定量实验的区别什么是定性和定量呢？让我们看下面的例子，A只要设计两组温度（50度和适温）做对照即可证明，这就是定性问题，B要设计一系列温度梯度相互对照才能说明问题，这就是定量问题。C、D两个题目也是如此。两种实验设计思路完全不同。A、50度的温度对甲状腺功能的影响（定性）B、温度对甲状腺激素功能的影响（定量）C、某种药物对细胞有丝分裂的影响（定性）D、某种药物浓度对细胞有丝分裂的影响（定量）例9、下图表示3株脱淀粉（经充分“饥饿”处理）的同种相似植株放在不同的钟罩内，以下关于本实验的目的叙述中最准确的是A.证明光合作用的速率随CO2浓度增大而增大 B.证明光合作用的必需条件是C.证明过多的CO2阻碍光合作用 D.证明NaOH能促进光合作用例9答案：A解析：如果要证明光合作用的必需条件是CO2，只需要设计两组装置就可以了，一组提供CO2，一组除去CO2。从实验装置看出，罩内CO2浓度从小到大依次为、，应该是一个定量实验， 例10（典型的定量实验）某生物学兴趣小组开展“探究生长素类似物（萘乙酸）促进苹果插条生根的最适浓度”的研究。他们已配制好了浓度单位为100mg/L的萘乙酸水溶液，如果你是其中一员，请回答：（1）采用何种测定指标来确定某浓度是促进苹果插条生根的最适浓度？ （只要一种指标）（2）材料和用具： 生长旺盛的苹果一年生枝条、蒸馏水、量筒、烧杯、花盆、细沙、剪刀。（3）写出实验的主要步骤。（4）设计一张表格用于实验时记录数据。 例10答案（1）根的长度（或根的数目）（2分）（3）用蒸馏水稀释单位为100mg/L的萘乙酸水溶液，配制成不同浓度梯度的溶液；（1分）将苹果的一年生插条分成相应等份，插条的基部分别浸泡在不同浓度梯度的萘乙酸水溶液中几小时甚至一天（时间长短不作要求）（1分）取出分别插入相应花盆的细沙中，在湿度、温度等条件适宜的相同的环境下，（只要答到相同的适宜的环境中就给分）定期测量和记录各花盆中插条生根的长度（或根和数量）（1分）整理数据得出结论。（4）（浓度1分、根的长度1分、 平均值1分）不同浓度的萘乙酸水溶液根的长度（或根的数量）1234平均值浓度1浓度2浓度3七、预实验的用途例11.某生物兴趣小组用迎春枝条作实验材料，做了探究NAA促进扦插枝条生根最适浓度实验的预实验，结果如图所示。请根据预实验结果，设计进一步的探究实验:材料用具：生长旺盛的一年生迎春枝条若干、烧杯、量筒、培养皿、NAA、蒸馏水等。配制溶液： （溶液浓度梯度差为0.5ppm）实验步骤： ；浸泡： ；一天后， ；十天后， 。该实验应控制好两个主要无关变量是： 。请你设计一个表格来呈现实验现象。例11答案配制浓度依次为2ppm、2.5ppm、3ppm6ppm的NAA溶液9份。将长势相同的、等长大小的迎春枝条随机平均分成9份，每份5枝；将9份枝条的基部分别浸泡在2ppm、2.5ppm、3ppm6ppm的NAA溶液中；取出枝条放在适宜相同条件下分别进行扦插培养；对扦插枝条的生根情况进行统计记录各组枝条处理时间要长短一致 所用植物材料尽可能做到条件相同 例12.为了确定生长素类似物促进扦插枝条生根的适宜浓度，某同学做了一个预实验：用两种浓度的生长素类似物分别处理扦插枝条作为两个实验组，用蒸馏水处理作为对照组进行实验，结果发现三组扦插枝条生根无差异。在预实验的基础上，又进行了第二次实验：在预实验时使用的两种浓度的基础上，分别在低于低浓度的范围、高于高浓度的范围，以及在两浓度之间各设置一组浓度梯度进行实验，从而找到促进枝条生根的适宜浓度。分析该同学的实验，回答下列问题：（1）该同学在预实验的基础上改进了实验，最终达到本实验的目的。其实验改进的理论依据是 。（2）根据第二次实验，通过设置 一组实验，可以判断该同学预实验中两组生长素类似物浓度是否都过高；设置 一组实验，可以判断该同学的预实验中生长素类似物浓度是否都过低；而设置两浓度之间的一组浓度则可以判断预实验中生长素类似物浓度是否 。这样也就进一步确定促进生根的适宜浓度范围。（3）请你评价该同学所做的预实验有无达到目的？ 。在进行科学研究时，需要做预实验的意义何在？ 。（请至少答出两点）解析 （1）根据生长素的两重性原理，在预实验的基础上改进了下一步实验。（2）可通过分别设置低于低浓度、高于高浓度以及两浓度之间的一组浓度梯度实验，确定促进生根的适宜浓度范围。（3）该预实验没有达到目的，因为三组扦插枝条生根无差异。答案 （1）生长素促进生根的浓度有一定的范围，过高或过低都不能起到促进生根的作用（2）低于低浓度的 高于高浓度的 一组过高一组过低（3）没有 为进一步实验探索条件；避免因盲目开展实验造成资源浪费；检验实验设计的科学性和可行性八、探究性实验和验证性实验的区别验证性实验与探究性实验的目的是不尽相同的，前者是通过实验验证对象的已知属性，后者是通过实验探究对象的未知属性。验证性实验和探究性实验在实验步骤的设计上是一致的，解题时不同的地方在于，由于验证性实验研究的对象的属性是明确的，因此是不需要再作实验的假设的，实验的结果与结论也是确定的，因此也都不需要进行讨论。但探究性实验其研究的对象属性是未知的，因此需要作出理论上的假设；由于在书面考试中不可能根据实验步骤进行实际的操作，解题时只能根据假设对实验结果作出预期，也就是预期实验结果时，只能根据实验的假设对实验的可能结果进行讨论。探究性实验验证性实验实验目的探索研究对象的未知属性，特征以及与其他因素的关系验证研究对象的已知属性特征以及与其他因素的关系实验假设根据现有的科学理论事实，对所要研究的对象设想出一种或几种可能的答案、解释因结论是已知的因此不存在假设问题实验结果预测对应假设，分类讨论应是符合实验结论的结果预测实验结论未知对应实验目的做出肯定结论例13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，蒸馏水，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）结果分析与预测。 例13答案：（2）方法与步骤： 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。 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馏水，饲养一定时间。 测定与记录甲、乙组鼠的耗氧量和活动量 (3)结果预测与分析： 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。 分析：这是一个验证性实验试题，题目要求验证甲状腺激素的生理功能，实验要求以大白鼠的耗氧量和活动量为指标，这就意味着是验证甲状腺能“促进新陈代谢，加速体内物质氧化分解；提高神经系统兴奋性”的功能，实验结果的预期是依据甲状腺激素的功能来作出的，注射了甲状腺激素的大白鼠，其代谢速度会加快，神经系统兴奋性会提高，表现会耗氧量和活动量都增加。再如例7： 例7是一个探究性的实验题。50的温水处理对激素腺激素其活性会有什么影响是未知的，其可能性有四种情况：50的温水处理后的甲状腺激素的活性得到了增强，二是活性减弱，三是活性没有改变，四是失去了活性。这就是可能的假设。根据这四种假设，相应也就有四种可能的实验结果，结果应该是根据假设来预期和分析的。需要注意的是，一个实验属于探究还是验证，要根据真实的实验目的自已做出判断，而不能只看题目当中有没有这两个字，即使是探究性的实验，在有些情况下对于实验的结果也是不需要进行讨论的. 九、如何书写实验步骤实验步聚的“三步曲”分组编号，共性处理添加相同的物质、做相同条件下的处理等。需要注意强调等量原则，注意意应用一些定性定量的描述，如月龄相同，体重相近模板：取两套规格相同的器材(或取长势相同的某种生物材料随机平均分成两份)分别标记为A、B，并分别加入等量的变量处理本步骤强调对照性原则、各对照组条件处理的等量性原则，通过“适量”和“等量”表达出来。需要注意的是：一组加入试剂时，如另一组不需加入试剂，则必须加等量的蒸馏水或相应不影响实验结果的溶液；另外，要注意单一变量原则，即本步处理的变量只能有一个。模板：在A组中加入适量的在B组中加入等量的结果处理（在合适的时间，利用合适手段，得到实验的结果）观察实验现象、测量实验数据、记录实验结果等。模板：放在适宜的相同的条件下培养，一段时间后观察现象和结果此三步骤并不是绝对的，有的实验材料的获得比较麻烦，有的需要在实验变量之前要有前测，有些需要培养一段时间，有些实验结果的处理比较麻烦，要根据具体情况而定，但基本上离不开这三个大的方面。在书写实验步骤时，还要注意操作过程的细节要合理规范、切实可行，否则也会造成很大的失分。如：（1）酶促反应的试管如何加热？是直接加热，还是水浴加热？（2）向淀粉糊中加了唾液后是否要振荡试管呢？（3）在用酒精溶解叶绿素时，酒精要加热，是直接加热还是要隔水加热？（4）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？（5）不同的情况要合理地选用不同的水，如清水、池水、凉开水、蒸馏水、生理盐水等例14：生长素在农业生产中的应用，主要有以下几个方面：促进扦插的枝条生根、促进果实发育、防止落花落果等。黄瓜花是单性花，雄花和雌花容易分辨。现在生物园里有几株黄瓜正要开花，为你提供必要的器具和药品，请你完成实验设计，以证明黄瓜子房发育成果实需要种子提供的生长素。材料、器具和药品：黄瓜花、透明纸袋、回形针、小纸牌、剪刀、镊子、毛笔、烧杯、适宜浓度的生长素溶液。实验步骤：步骤1选择一批发育正常，即将开放的黄瓜雌花，为每朵花套上透明纸袋，用回形针将纸袋固定好，然后将这些雌花分为三组，分别挂上标有1、2、3号的小纸牌。步骤2 步骤3 步骤4 结果预期： 例14参考答案步骤2将第一组袋子打开，授以雄花花粉；将第二组袋内的雌蕊上涂上一定浓度的生长素；第三组不做任何处理，作为对照（3分）。步骤3在相同且适宜的环境中培养（3分）。步骤4一段时间后，观察子房发育成果实的情况（3分）。结果预期：第一组结有籽果实，第二组结无籽果实，第三组子房不发育。（2分）十实验设计时是否需要前测 在施以实验变量前对实验对象进行的测定，属于前测。在例13中，我们可以看到，实验的第一步“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”就属于前测。例15、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：.（2）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，并标注注射药物的时间点。答案：（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兔每隔一定时间测定血压，计算血压的平均值。（2）解析：由于题目要求不再分组，所以采用的是前后对照（自身对照），所以注射药物之前必需先测一下正常兔的血压。例16胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。为了验证“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，请以小白鼠为实验对象设计实验步骤，预测和解释实验应出现的结果，并写出实验结论。 （一）实验材料和用具： 正常实验小白鼠2只，生理盐水，用生理盐水配制的适宜浓度的胰高血糖素溶液，班氏糖定性试剂，注射器，试管，烧杯等。 （二）实验步骤： （实验提示：采用腹腔注射给药，给药剂量不作实验设计要求；给药1小时后，用注射器在小鼠膀胱处穿刺取尿液。） （三）实验结果的预测、解释和结论：例16答案：（二）实验步骤：（l）确定1只鼠为实验鼠，腹腔注射胰高血糖素溶液；另一只鼠为对照鼠，腹腔注射等容量生理盐水。（2）将两支试管分别编号为1号和2号，各加入等量的班氏糖定性试剂。（3）给药1小时后，对两只小白鼠采尿液，实验鼠尿液放入1号试管内，对照鼠尿液放入2号试管内。（4）将两支试管摇匀后，放入盛有开水的烧杯内加热煮沸，待冷却后，观察两支试管溶液颜色的变化。（三）实验结果的预测、解释和结论： l号试管中应该出现砖红色沉淀，表明实验鼠尿液中有葡萄糖；2号试管中仍为蓝色溶液，表明对照鼠尿液中无葡萄糖。 实验结论：实验鼠血糖升高，超过一定数值而出现糖尿，是胰高血糖素具有升高血糖的生理作用所引起的。 解析：本题与例13是非常类似的，但本题的解答过程中，实验步骤并没有进行前测要求。 前测的作用是为实验结果提供一种实验前后的对照，如果实验起始状态是确定已知的，就没有必要进行前测了，反之就需要进行前测。在例16中给出的“正常实验小白鼠”其前提应该是血糖含量正常，尿液中不含糖的，否则就不能称其为“正常”了，由于实验起始状态是明确的，“尿中不含糖”这一信息隐含在“正常实验小白鼠”的条件中，因此是不必进行前测。但例13的情况就不同了，即使是正常的大白鼠，其活动量和耗氧量也总是有所区别的，只有进行前测，才能与实验结果进行比较，才能使实验结果的说服力更强。十一、实验结果的预测 首先明确结果和结论不是一回事，“结果”是指观察或测量的实验现象，“结论”得出依据实验结果。预期实验结果和结论时，首先 要分清是验证类实验还是探究类实验。验证类实验结果只有一个，结论只有一个；探究类实验结果有多种可能，每一个结果有一个结论。探究性实验如何预测实验结果：见：四、（三）、根据假设，预测实验结果附：关于“假设”“预期”“结果”与“结论”的辨析(1）假设“假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。如“孟德尔分离现象解释验证”的测交实验中，提出的假说是：“FI（Dd）产生配子时，因等位基因分离，使得 FI产生含基因D和基因d的两种配子，且其数目相等。”再如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验中，提出的假说应为： 当细胞外溶液浓度细胞液浓度细胞失水 当细胞外溶液浓度细胞液浓度细胞吸水（2）预期“预期”是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理，得出假定性结果或推论，即“假如假设成立，则应有何种结果”，如“孟德尔分离现象验证实验，假如假说成立则有测交的后代应出现Dd与dd为1：1的结果，即高茎与矮茎数量比应为1：1”，而“观察植物细胞质壁分离与复原实验”中，假若假设成立，则应有处于高浓度（30）蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞因不断失水质壁分离，而处于清水中的已分离细胞因细胞吸水质壁分离复原（3）结果结果应为实验实际出现的情况，如“孟德尔分离现象解释实验”中出现的结果为“得到的64株后代中，30株高茎，34株矮茎，两种性状分离比为1：1”而“质壁分离复原实验”中处于30蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞果真发生了质壁分离，而处于清水中的已分离细胞果真发生了复原现象。（4）结论结论的得出须依据实验结果，即若出现的结果与预期结果一致则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立”，若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立”。由此可知，“假设”应对应“结论”，“预期”应对应“结果”，在实验讨论时应注意描述的科学性即“如果出现何种结果，则应有何种结论”，例如用检测呼吸装置的红色液滴检测酵母菌呼吸类型时，应为若液滴向左移动则推出什么结论，若液滴向右移动则推出什么结论，而不能描述为“若为有氧呼吸，则液滴向哪移动”，再如在验证淀粉，碘液能否通过半透膜时应描述为“若袋内外液体均变蓝（结果或现象），则淀粉、碘液均能通过半透膜。”而不能描述为“若淀粉、碘液均能通过，则袋内外液体均变蓝”。整理 赵老师 联系QQ565872587