实验专题——实验设计与评价.doc

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1、实验专题实验设计与评价况圣明综观近几年的高考生物实验题，发现有一个共同特点，就是回归基础，在教材中学生实验或演示实验的基础上进行重组与改造，创设新情景，提出新问题，以考查学生的创新意识。学生只要能理解平时已做过的实验的原理和方法，掌握相关的操作技能，并将实验设计的基本原则和教材中的基本知识相结合运用于解题之中，认真分析题干所给的条件，从不同角度去思考、分析，问题就会迎刃而解。在实验复习中，要注意挖掘教材中的实验设计理论知识，模拟教材经典实验进行重复性实验设计，丰富设计内容，掌握实验设计的一般规律和评价标准，提高实验设计的综合能力。下面就实验设计进行分类解析，希望对大家有所稗益。一、实验设计的评

2、价例1. 下图实验中，可被用来检验两种抗生素的杀菌作用的是（ ）解析：本题实验考查实验设计原则（对照、等量）的运用。实验目的是“检验两种抗生素的杀菌作用”，因此要设置两个实验组，一个对照组；还要运用等量原则。选项B错在没有设置对照，选项C没有注意等量原则，而选项D对照设置错误。选A。说明：运用设计原则和方法进行判断。变式：某同学设计了一个研究阳光对大豆发芽影响的实验：在和两个花盆中种了大豆，并对阳光、温度、水加以控制（如下表所示）。花盆阳光温度水向阳处20充足暗室28充足另一同学看了设计后提出下列意见，其中正确的是（ ）A. 两个花盆都应放在向阳处B. 两个花盆的温度都应维持在20C. 花盆应

3、在28，花盆应在20D. 两个花盆都应放在暗室中解析：根据“单一变量原则”，不能有两个变量。实验目的是“研究阳光对大豆发芽影响”，确定变量为光，因此温度要控制为相同。故选B。例2. 有人对生长素类似物萘乙酸（NAA）是否与促进植物开花有关进行了实验研究，其过程如下：取水仙球茎24个，分成两组。操作见下表：组名处理方法对照组水仙球茎不剥去鳞茎，不加NAA，让其自然生长实验组剥去鳞茎，仅取出花苞，共得18个，消毒后种于MS培养基中，其中加NAA（），每瓶接种一个实验组除个别瓶受污染外，其余均在一周时间内破苞开花；而对照组则比实验组晚开花一个半月。请回答问题：（1）从科学性角度出发，本实验在分组时是

4、否有不妥之处？如果有，应如何改进？_。（2）请针对本实验设计提出进一步的完善措施或质疑。_。解析：从处理方法可知，存在两个问题：一是分组没有遵循随机均分原则；二是没有控制变量。对照组没有剥去鳞茎，而实验组剥去鳞茎，这样就不仅仅是NAA一个变量了。因此，对照组的水仙球茎也应剥去鳞茎，或保留实验组的鳞茎。答案：（1）有；应将24个球茎随机均分为两组（2）质疑：剥去鳞茎的花苞放在培养基上培养，能提前开花，未剥去鳞茎的花苞开花晚，是否因鳞茎内有抑制花苞发育的物质存在。因此，对照组的水仙球茎也应剥去鳞茎，或保留实验组的鳞茎。说明：这类题与实验设计题关系密切。答题要领：除了对所设计的实验有一个整体设想，有

5、一条清晰的思路，注意操作的可行性之外，还要注意遵循：科学性原则；单因子变量原则；平行重复原则；设立对照原则等设计原则。二、实验设计1. 补充性实验设计例1. 新收获的稻米煮出的饭香气诱人，但是不法商贩也可以用陈稻米抛光增白、上油后以假乱真，欺骗消费者。新稻米过氧化酶活性明显高于陈稻米。植物体内的过氧化氢酶在有过氧化氢（H2O2）存在时能把某些酚类化合物如愈创木酚氧化成红褐色物质，简单表示为：愈创木酚红褐色物质，其颜色的深浅与酶活性呈正相关。请你帮助完成为食品卫生质量检验人员设计的一个检测稻米新鲜程度的简易实验。实验目的：_实验原理：_实验材料：新稻米、陈稻米（数量足够）试剂和用具：1的愈创木酚

6、、1的过氧化氢（H2O2）、具塞试管、培养皿、移液管、观察颜色的放大镜等。实验步骤：（1）让稻米事先浸有1愈创木酚：具体做法是_，然后分别用移液管往两试管内加入1的愈创木酚溶液，浸没大米，盖上试管塞用力摇动振荡20下，静置一段时间后，弃掉多余液体。（2）将浸有1愈创木酚的稻米分别倒入两个具有与前相同编号的培养皿中，用镊子摊开，然后_。（3）_。结果预期：_。结论：_。解析：仔细阅读题干内容，就会发现题干其实已经告诉了实验原理；目的是应用这个原理，来检测稻米的新鲜程度。实验步骤可仿照必修教材过氧化酶实验进行设置，注意设置对照实验，体现等量原则，控制变量。根据已有知识，不难预期结果，新稻米含过氧化

7、氢酶多，与过氧化氢反应产生的氧多，使愈创木酚氧化形成的颜色更深。而陈稻米几乎无色或颜色很浅。结论也就不难下了，稻米里的过氧化氢酶会随着贮藏时间的延长而活性降低。答案：实验目的：根据过氧化酶活性的强弱来鉴别新稻米和陈稻米。实验原理：在有过氧化氢（H2O2）存在下，稻米内的过氧化氢酶可以使愈创木酚氧化成红褐色物质，颜色的深浅与酶活性呈正相关。实验步骤：（1）取两只具塞试管分别编号为A与B，其中A管设为对照，放入5g新稻米，B管放入5g待检测的陈稻米。（要求设对照，放入稻米的量要足够多且相等）（2）用移液管吸取1的过氧化氢（H2O2）分别滴向两培养皿里的稻米，使所有稻米都浸有过氧化氢。（3）几分钟后

8、（一定时间后），用放大镜观察两培养皿里稻米的颜色变化。预期结果：新稻米呈红褐色，陈稻米几乎无色或颜色很浅。结论：稻米里的过氧化氢酶会随着贮藏时间的延长而活性降低。说明：生物同样要注意“审题”。仔细阅读题干，往往收获颇丰。例2. 如下图，图一是大麦种子发芽时所测定的胚中赤霉素量和糊粉层中淀粉酶量随时间变化的曲线图；图二是大麦的干燥种子结构简图，大麦种子的糊粉层中主要含蛋白质，而胚乳中主要含淀粉；图三是设计实验时，可把大麦种子切成X部分和Y部分。研究人员根据图一的实验结果，提出了“大麦的种子发芽时，胚中赤霉素引起糊粉层中淀粉酶的生成”的假设。请依据假设以及所给的实验材料和用品，在给出的实验方法和步

9、骤的基础上，继续完成该探究实验，预测可能的实验结果和结论，并回答问题。材料和用品：40粒相同质量和含水量的干大麦种子、水、一定浓度的赤霉素水溶液及测定淀粉酶和赤霉素含量的仪器、培养皿若干等（1）方法和步骤：步骤一：将40粒大麦干种子进行图三处理，取X部分（Y部分丢弃）随机分成二等份，分别放入两个培养皿中，并编号标记。步骤二：_步骤三：_（2）如果假设成立，请用直角坐标图直观地表示和比较实验组和对照组可能的实验结果。（横轴表示时间，纵轴表示测定的物质的量）（3）如果上述假设正确，请你解释大麦种子萌发时，胚中赤霉素引起糊粉层中淀粉酶生成的生物学意义是什么？_。解析：本题的实验目的是验证假设“大麦的

10、种子发芽时，胚中赤霉素引起糊粉层中淀粉酶的生成”。因此先去掉种子中的胚部分（即Y部分），然后用一定浓度的赤霉素水溶液浸泡种子（对照组是用等量清水浸泡种子），看能否诱导淀粉酶的生成。如果假设成立，那实验组种子糊粉层中的淀粉酶含量自然与时间正相关，而对照组种子糊粉层中的淀粉酶含量则几乎没有。大麦种子萌发时所需营养来自储存在胚乳中的淀粉，而淀粉的水解需要淀粉酶的催化。因此胚中赤霉素引起糊粉层中淀粉酶的生成逐渐增加，糊粉层中的淀粉酶向胚乳转移，将胚乳中的淀粉转变成可溶性糖供胚吸收和利用，有利于种子形成幼苗。答案：（1）步骤二：在1号和2号培养皿中分别放入等量的清水和一定浓度的赤霉素溶液浸泡大麦种子的X

11、部分。步骤三：随时间测定大麦种子X部分糊粉层中的淀粉酶含量变化。（2）（3）大麦种子萌发时，胚中赤霉素引起糊粉层中淀粉酶的生成逐渐增加，糊粉层中的淀粉酶向胚乳转移，将胚乳中的淀粉转变成可溶性糖供胚吸收和利用，有利于种子形成幼苗说明：补充实验步骤时，先要理解实验目的、领会设计意图，注意前后衔接。例3. 为探索甲状腺激素对代谢的影响，设计如下实验：实验目的（略）实验材料：雄性小白鼠20只，鼠笼、鼠饮水器、灌胃管、5mg/mL甲状腺激素溶液，0.9NaCl溶液、1000mL广口瓶实验步骤：第一步：将健康雄性小白鼠按体重均匀分为给药组和对照组，每组10只，实验室温度保持在23左右。第二步：给药组小白鼠

12、，每只每次用灌胃法饲给5mg/mL甲状腺激素溶液1mL，每日2次，连续用药5d。对照组小白鼠，每只每次依上法饲给1mL 0.9NaCl溶液。第三步：5d后将每只小白鼠分别放入容积1000mL的广口瓶中，把瓶口密封后立即观察小白鼠的活动，并记录其存活时间，最后汇总全组动物的实验结果。计算平均存活时间，并与对照组结果进行比较。根据以上实验步骤，完成下列问题：（1）设计一张观察实验结果的记录表。（2）预测实验结果及分析实验结果：_（3）将实验动物在5d后放入密闭的厂口瓶中的目的是_。（4）如果将实验室温度提高到30，对给药组小白鼠的影响是_。解析：本题主要考查设计记录表格和预测实验结果、结果分析和解

13、释。（1）根据实验步骤可知，分实验组和对照组，每组各10只动物，要分别记录其存活时间，还要计算平均存活时间，故表格中要包涵这些内容（见答案）。（2）预期实验结果时不要陷入思维定式的误区，认为甲状腺激素能促进代谢，因此存活时间必短。正确做法是对各种结果都要预期到，然后根据实验结果分析，再得出结论。（3）目的是作为检验前面实验结果的一种方法，检查实验动物对缺氧环境的忍耐性。（4）室温提高，代谢加强，存活时间将更短。答案：项目实验组对照组1234567891012345678910存活时间（min）平均存活时间（min）（2）实验组平均存活时间与对照组无差异。说明甲状腺激素对代谢无影响实验组平均存活

14、时间比对照组短。说明甲状腺激素对代谢有促进作用实验组平均存活时间比对照组长。说明甲状腺激素对代谢有抑制作用（3）检查实验动物对缺氧的敏感性（或检查实验动物对缺氧环境的忍耐性）（4）实验动物存活时间更短说明：要熟悉实验设计的所有内容，包括记录表格。预期实验结果时，要有开放性。2. 完整性实验设计例1. 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。

15、（二）实验步骤：第一步_；第二步_；（三）实验结果的预测、解释和结论：结果预测及解释：_；结论：_。解析：本题是一道完整实验方案设计题。考查实验设计原则的运用和实验的一般步骤方法，考查的知识点很熟悉，是胰高血糖素的生理作用。本实验的原理是：胰高血糖素具有升高血糖（即葡萄糖）的生理作用，血糖含量超过一定数值时会出现糖尿，尿糖可用班氏试剂鉴定，葡萄糖跟班氏试剂反应出现砖红色沉淀。实验的大致思路是设计两个对照实验，分别用生理盐水和用生理盐水配制的胰高血糖素溶液注射两组小白鼠，取尿液进行检测。具体步骤见答案。答案：（二）实验步骤：（1）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

16、注射等量生理盐水。（点评：对照原则）（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。（点评：等量原则）（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：1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。说明：先抓住实验目的，然后围绕实验目的，根据实验材料、实验装置

17、、仪器、药品等，按照实验设计的基本原则综合推理、分析、设计出实验方案，最后用准确的语言表达出来。例2. 请用下列仪器与材料设计一个实验，比较一个兔血浆与青蛙血浆渗透压的大小。材料用具：烧杯、兔膀胱、带刻度的玻璃管、兔血浆、蛙血浆、固定架、细线等。实验步骤：（一）请将你设计的实验装置画入方框内。（二）请简要写出你的具体操作步骤：_（三）请分析可能的实验结果有：a_b_c_你的a结果说明了_。解析：本题属于完整方案设计型，结果又是开放型。要比较渗透压的大小，理想到渗透作用实验，实验装置也就跃然纸上。如图，用兔膀胱作半透膜，带刻度的玻璃管作指示，其内加入一种血浆，其外（即烧杯内）加入另一种血浆，然后

18、观察刻度管内液面变化，根据液面升降情况，就可以比较两种血浆渗透压的大小。注意结果解释不能与渗透原理相矛盾。答案：（一）（如下图）（二）A中加入兔血浆，B中加入蛙血浆观察刻度管内液面变化（三）a. 液面升高 b. 液面不动 c. 液面下降a结果说明兔血浆比蛙血浆渗透压低。（学生的a现象与结果说明一致即给分）说明：挖掘教材实验素材，进行变式训练，对应考大有帮助。例3. 在农业生产中人们发现在一块田地中连续种植西瓜，容易烂根。而在种过西瓜的地中种植根系更发达的南瓜则不易烂根。现在手中只有南瓜和西瓜种子及必要的刀片和线绳等，若要在一块种过西瓜的地中再种植西瓜但不烂根，你将如何操作？仅用题中的条件请设计

19、一个实验方案并说明原理。解析：利用我们所学的有关无性繁殖的知识可知，用嫁接的方法既便于操作又可达到不烂根的目的。要想获取西瓜，必须以西瓜作接穗，那么就以南瓜做砧木进行嫁接，从而达到生产的目的。答案：先将南瓜种子种植在该块田地上，再将西瓜种子种植在另一块田地上，待两块田地中的幼苗出土并长到一定大小后，用南瓜的幼苗做砧木，西瓜幼苗做接穗，进行嫁接，所得植株可结西瓜又不烂根。说明：理论联系实际，活学活用是命题趋势。3. 开放性实验设计例1. 设计一个实验，证明ATP是生物的直接能源物质。要求：（1）自选器材、试剂；（2）写出实验步骤；（3）预测实验结果；（4）设置对照实验。解析：这是一道条件开放型实

20、验设计题。可以从课题要求入手，进行逆向思维。按照“能源物质发光萤火虫发光原理选择器材设计步骤”的思路设计实验方案。（1）选择萤火虫的发光器为实验材料，主要是因为它发光的现象容易观察；（2）将发光器捣碎，增大发光细胞与溶液的接触面积，加快化学反应速率；（3）蒸馏水不是能源物质，葡萄糖虽然是细胞的主要能源物质，但不是直接能源物质，因此，可用葡萄糖、蒸馏水作对照实验，它们都不会使熄灭的离体发光器重新发光。本实验过程中的现象是：（ATP供能）发光（ATP耗尽）萤光熄灭（能否提供ATP）决定发光器是否重新发光。答案：（1）器材和试剂：培养皿，试管，活萤火虫（取其尾部发光器备用），ATP制剂，0.1%葡萄

21、糖溶液，生理盐水，蒸馏水。（2）实验步骤：取三支试管，分别标号A、B、C。分别往试管中加入等量的捣碎的发光器和生理盐水，观察现象。当发光器熄灭时，立即进行下一步。分别往试管A、B、C中加入ATP制剂、0.1葡萄糖溶液、蒸馏水各5mL，观察现象。（3）结果预测：试管A：恢复发光，试管B：不再发光，试管C：不再发光。（4）对照实验：B、C是对照实验组。说明：条件开放型试题的特点是：题干条件不完备，答题的条件不充足，答题的原理或依据不明确，但“条条道路通北京”，结论只有一个。实验设计的思路一般是：明确目的要求确定原理假设选择实验器材和试剂设计方法步骤预测实验结果。例2. 鲶鱼是淡水中常见食肉鱼类，多

22、在水底暗处捕食，由于光线较暗，所以有人认为它不是依靠视觉来寻找活的猎物，此人观点是否正确？就此问题请设计实验加以验证。实验步骤：第一步：_结果说明：_解析：本题是一道开放性实验设计题。方法由你选，结论也是开放的。实验目的是验证鲶鱼是否依靠视觉来寻找活的猎物。因此“视觉”是变量。控制这个变量的方法很简单，一组鲶鱼的眼睛用黑胶布罩住，另一组不罩。当然也可以使用类似方法。但不能切除鲶鱼的眼睛。因为切除眼睛，可能不仅仅是除去其视觉，还可能损害其神经系统，增大误差，影响实验结果的可信度。结果可能有两种，一是罩黑胶布组不能捕食，而不罩组能捕食；另一则是罩黑胶布组能捕食，而不罩组也能捕食。应根据观察到的结果

23、进行判断，而不能想当然地下结论。答案：步骤：A. 两个养鱼缸，各放入一组鲶鱼及一些小鱼；B. 一组鲶鱼的眼睛用黑胶布罩住，另一组不罩。（切除眼睛者扣分）；C. 观察两组鲶鱼能否捕食到小鱼。结果说明：如果罩黑胶布组不能捕食，而不罩组能捕食，说明鲶鱼捕食依赖视觉。题中此人的观点不正确。如果罩黑胶布组能捕食，而不罩组也能捕食，说明鲶鱼捕食不依赖视觉。题中此人的观点正确。（其他答案如合理，可参照答案，酌情给分）。说明：结论开放型试题的特点是试题改变了传统试题的“答案唯一”的做法，变“答案唯一”为“答案不唯一”。此类试题的任何一个答案都能完成试题的指令，符合并满足试题的全部条件和要求。因此，对可能的实验

24、结果应全部预期到，并进行分析，得出相应的结论。例3. 通常情况下，正常人的尿液中没有葡萄糖，当一次食用大量糖时，尿液中是否有葡萄糖存在？试运用对照的方法设计实验方案进行鉴定。解析：首先确定本实验的原理：尿液中的葡萄糖用斐林试剂检测，然后选择实验器具和药品，按照题目的要求，遵循实验设计的原则，借鉴教材上的实验方法，完成本实验方案。答案：（1）取3支试管，分别标号1、2、3（2）在1号和2号试管各加入2mL正常人的尿液，3号试管内加入2mL大量食糖人的尿液，2号试管内加入少量的葡萄糖。（3）然后向3支试管内分别加入刚配好的斐林试剂2mL，振荡试管，使之混合均匀。（4）将这3支试管放入盛有开水的烧杯中水浴加热2分钟，在加热时，随时仔细观察试管中的颜色变化。（5）结果分析：1号试管未出现砖红色沉淀，2号试管出现砖红色沉淀，3号试管若不出现砖红色沉淀，说明不含葡萄糖；若出现砖红色沉淀，说明该尿中含有葡萄糖。说明：本题属于开放型实验，同时也是生化类实验题，根据物质的性质，检验的方法有多种。若用班氏试剂，根据最后的颜色反应，还可检验出尿液中含糖量多少。可按下表作出判断记录。混合液现象记录符号含糖量混合液呈蓝色或蓝灰色0.02g/100mL出现浅黄绿色沉淀0.10.5g/100mL出现黄绿色沉淀0.51.4g/100mL出现绿色沉淀1.42.0g/100mL出现橘黄色沉淀2.0/100mL25