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1、实验设计实验设计1.通过对教材中实验的考察，检测学生生物学基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；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；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；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，考察学生实验提出实验课题，独立设计实验，考察学生实验设计的能力。设计的能力。近几年高考实验题型主要包括四类：近
2、几年高考实验题型主要包括四类：学生生物学基础知识和基本实验技能。学生生物学基础知识和基本实验技能。例例1.（04年江苏题）年江苏题）需鉴定的有机物需鉴定的有机物 用于鉴定的试剂用于鉴定的试剂 反应产生的颜色反应产生的颜色 还原糖还原糖 斐林试剂斐林试剂 蛋白质蛋白质 紫紫 色色 淀淀 粉粉 碘碘 液液 脂脂 肪肪 橘黄色橘黄色 考察学生分析实验现象获取实验结论的能力考察学生分析实验现象获取实验结论的能力例例3.（02年广东题）为证实年广东题）为证实“二氧化碳是光合作用合成有二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料机物必需的原料”，某同学制订了下列实验方案：，某同学制订了下列实验方案：（1）实验目
3、的（略）实验目的（略） （2）实验材料和用具（略）实验材料和用具（略）（3）实验方法和步骤）实验方法和步骤用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植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物和一杯NaOH溶液，密封不漏气。溶液，密封不漏气。将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏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。的有机物。暗室内装有红色安全灯。饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其充分进行光合作用。充分进行光合作用。取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶
4、绿取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。素溶于酒精中。将已脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘碘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。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。该实验方案有几项明显错误，请指出错误并改正。考察学生评价实验方案和实验设计的能力考察学生评价实验方案和实验设计的能力答案：答案：1）步骤）步骤中暗室内用红色安全灯是错误的，应中暗室内用红色安全灯是错误的，应改为绿色安全灯。改为绿色安全灯。2）步骤）步骤中的中的“葡萄糖葡萄糖”是错误的，是错误的，应
5、改为淀粉。应改为淀粉。3）未设对照，对照的设计是：）未设对照，对照的设计是：A、装置同题干中的步骤、装置同题干中的步骤，但玻璃罩内用同一种生长，但玻璃罩内用同一种生长状况相同的另一株植物，用一杯清水代替状况相同的另一株植物，用一杯清水代替NaOH溶液。溶液。B、将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内、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。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、重复题干中的步骤、。D、重复改正后的题干中的步骤、重复改正后的题干中的步骤。思考：思考：何为实验组和对照组？设置对照组有何何为实验组和对照组？设置对照组有
6、何 作用？作用？实验组实验组是接受实验变量处理的对象组；是接受实验变量处理的对象组；对照组对照组是不接受实验变量处理的对象组。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。加实验结果的可信度和说服力。2 2、实验、实验步骤分步描述并加以编号（一般不宜连续描述）步骤分步描述并加以编号（一般不宜连续描述）3 3、在量上难以做到准确的量化描述，应尽可能用在量上难以做到准确的量化描述，应尽可能用“定性定性”的语的语言表达。言表达。 1 1、实验组别编号描述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
7、器材需用如：凡实验中涉及到两组或两组以上，所用器材需用1、2、3或或A、B、C或甲、乙、丙或甲、乙、丙等加以编号便于区分。等加以编号便于区分。如：第一步如：第一步。第二步第二步。如：如：1、。2、。如：如：“一段时间一段时间”、“适宜的温度适宜的温度”、“适量的适量的”、“一定量一定量的的”等。等。 ( (四四) )科学性原则科学性原则4 4、叙说中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语，叙说中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如：如：“盖玻片盖玻片”不能说是不能说是“薄的玻璃片薄的玻璃片”；“等量的等量的”不不宜说成宜说成“一样多的一样多的”；“振荡振荡”不宜说成不宜说成“晃动晃动
8、”“”“摇动摇动”等等。等等。 5 5、注意避免注意避免“词不达意词不达意”。 如：如图二，有些学生描述为如：如图二，有些学生描述为“分别分别在甲、乙两试管中加在甲、乙两试管中加入入A、B物质物质”，如此表达则成了图三的含义，显然与图，如此表达则成了图三的含义，显然与图二不符。准确的描述应为二不符。准确的描述应为“在甲乙两支试管中在甲乙两支试管中分别分别加入加入A、B物质物质”或或“在甲试管中加入在甲试管中加入A物质，乙试管中加入物质，乙试管中加入B物物质。质。”( (四四) )科学性原则科学性原则6 6、选用文字、表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。选用文字、表格、坐标曲线图等形式进行
9、具体、准确表达。 例：某生物学兴趣小组开展例：某生物学兴趣小组开展“不同浓度香烟浸出液对不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响水蚤的影响”的课题研究。他们已将香烟和蒸馏水按照的课题研究。他们已将香烟和蒸馏水按照11的重量比浸泡的重量比浸泡24小时，过滤后的滤液作为原液。如果你是小时，过滤后的滤液作为原液。如果你是其中一员，请设计一张其中一员，请设计一张表格表格用于在实验时记录数据。用于在实验时记录数据。不同浓度的烟草浸出液不同浓度的烟草浸出液每分钟心跳次数每分钟心跳次数第一次测量第一次测量第二次测量第二次测量第三次测量第三次测量平均值平均值浓度浓度1浓度浓度2浓度浓度3蒸馏水（对照）蒸馏水（对照）(
10、(四四) )科学性原则科学性原则1/表格的设计：表格的设计：（自身对照自身对照）对照组和实验组都在同一研究对象上进行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( (一一) )对对照性照性原则原则质壁分离复原质壁分离复原质质 壁壁 分分 离离（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( (一一) )对对照性照性原则原则（条件对照条件对照） 给对照组部分实验因素，保证除了要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研究的变量不同外其他条件完全相同燕燕麦麦实实验验法法( (一一) )对对照性照性原则原则小结小结( (一一
11、) )对对照性照性原则原则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，集中研究其中所产生的影响，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。( (二二) )单一变量性原则单一变量性原则 即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来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。源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。 即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、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。型号、洁净度
12、等要完全一样。即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意即试剂的成分、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。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。意义的，但还是要作同样的处理。 ( (三三) )等量性原则等量性原则例例1 1：应用性实验设计应用性实验设计（97 97 上海）上海）根据已学过的知识，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不考虑人工修剪和使用药剂，请设计出两
13、种方法来培养图中所示的植物盆景，并说明原理：图中所示的植物盆景，并说明原理：(1)(1)方法是方法是 ， 原理是原理是_(2)(2)方法是方法是 ， 原理是原理是 。典型例题分析典型例题分析给予单侧光照给予单侧光照单侧光照引起生长素在背光单侧光照引起生长素在背光侧分布多，生长较快，植株侧分布多，生长较快，植株向光弯曲生长向光弯曲生长 (向光性向光性)。将花盆横放，使植株水平放置一段将花盆横放，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。分布少，结
14、果近地面生长快，植株向上弯曲。例例2 2：验证性实验设计：验证性实验设计已知纯种的粳稻与糯稻杂交，已知纯种的粳稻与糯稻杂交，F F1 1全为粳稻。粳稻中含直链淀粉，遇碘呈蓝黑色全为粳稻。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，（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。请设计方有一批纯种粳稻和糯稻，以及一些碘液。请设计方案来案来验证基因的分离规律验证基因的分离规律。（实验过程中可自由取。（实验过程中可自由取用必要实验器材。基因用用必要
15、实验器材。基因用M M和和m m表示）表示） 实验方案实验方案 实验方法：实验方法：_。 实验步骤：（实验步骤：（1 1）_；（；（2 2）_。 实验预期现象：实验预期现象：_ 对实验现象的解释：对实验现象的解释：_。 实验结论：实验结论：_。 方案一方案一：采用采用测交法测交法加以验证：加以验证： （1 1）首先让纯合的粳稻与糯稻杂交，获取）首先让纯合的粳稻与糯稻杂交，获取F F1 1杂合杂合粳稻粳稻 （2 2）让）让F F1 1杂合粳稻与糯稻测交，观察后代性状分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
16、比例为同表现类型且比例为1 1：1 1。依据测交使用的糯稻。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（含然出现两种表现型，粳稻（含M M）和糯稻（含）和糯稻（含m m，且为且为mmmm纯合），则纯合），则F F1 1中必然产生两种类型配子，中必然产生两种类型配子，即即M M和和m m。由此可见，。由此可见，F F1 1中必然含有中必然含有M M和和m m基因，且基因，且M M和和m m这对等位基因在这对等位基因在F F1 1产生配子的过程中必定随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同
17、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。的配子，从而验证了基因的分离规律。 方案二方案二：运用：运用F F1 1花粉鉴定法花粉鉴定法： （1 1）首先让纯种粳稻和糯稻杂交，获取）首先让纯种粳稻和糯稻杂交，获取F1杂合粳杂合粳稻稻 （2）F1开花时取其一个成熟花药，挤出花粉，置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。于载玻片上，滴一滴碘液并用显微镜观察。 实实验的现象为花粉一半呈蓝黑色，一半呈红褐色。验的现象为花粉一半呈蓝黑色，一半呈红褐色。 实验现象说明实验现象说明F1在产生配子的过程中产生了一种在产生配子的过程中产生了一种含
18、含M基因的配子（蓝黑色）和一种含基因的配子（蓝黑色）和一种含m基因的配基因的配子（呈红褐色）。子（呈红褐色）。 由此说明，由此说明，F1在减数分裂产在减数分裂产生配子的过程中所含等位基因生配子的过程中所含等位基因M和和m随同源染色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，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。从而直接验证了基因的分离规律。 例例3：探索性实验设计：探索性实验设计（03春季高考）春季高考）现有一种植现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受水分、温度和氧物的种子，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，气的
19、影响，但不了解其萌发与光是否有关，探究探究光的有无对该种子萌发的影响光的有无对该种子萌发的影响，请你依据所给材，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。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菌水、表面消毒过的种子等方法步骤：方法步骤： 可能的实验结果及相应的结论：可能的实验结果及相应的结论： 方法步骤：方法步骤：向培养皿中倒入适量的水，将等量的种子分别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。
20、放入两组培养皿中。将一组置于有光照的环境中，另一组置于黑暗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、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。空气状况适宜且相同。可能的实验结果及相应的结论：可能的实验结果及相应的结论：有光组萌发，无光组也萌发（或答发芽率差异有光组萌发，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。不显著），该种植物的种子萌发不受光的影响。有光组萌发，无光组不萌发（或答有光组发芽有光组萌发，无光组不萌发（或答有光组发芽率高于无光组，差异显著），光是该种植物种子率高于无光组，差异显著），光是该
21、种植物种子萌发的必要条件之一。萌发的必要条件之一。有光级不萌发，无光组萌发（或答无光组发芽有光级不萌发，无光组萌发（或答无光组发芽率高于有光组，差异显著），光抑制该种植物种率高于有光组，差异显著），光抑制该种植物种子的萌发。子的萌发。例例4 实验评价与设计实验评价与设计为验证为验证“镁是植物生活的必需镁是植物生活的必需元素元素”，三位同学进行了实验设计，下列是实验的，三位同学进行了实验设计，下列是实验的基本思路。请分别指出三个实验思路能否达到实验基本思路。请分别指出三个实验思路能否达到实验目的，为什么？再写出你的设计思路。目的，为什么？再写出你的设计思路。 （1）实验一：取生长状况一致的大豆幼
22、苗，用符）实验一：取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器进行培养。对照组容器内只盛有合实验要求的容器进行培养。对照组容器内只盛有蒸馏水，实验组盛有用蒸馏水配制的镁盐溶液。两蒸馏水，实验组盛有用蒸馏水配制的镁盐溶液。两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气，观组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况。察比较两组植物的生长发育情况。 （2）实验二：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培）实验二：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以蒸馏水，实验组浇器符合实验
23、要求），对照组浇以蒸馏水，实验组浇以蒸馏水配制的镁盐溶液，两组置于相同的适宜条以蒸馏水配制的镁盐溶液，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。件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况。 （3）实验三：取生长状况一致的大豆幼苗，）实验三：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以含有植物必需的各种元素的完全营养浇以含有植物必需的各种元素的完全营养液，实验组浇以不含镁离子的完全营养液，液，实验组浇以不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条件下
24、培养，观察比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。较两组植物的生长发育情况。 （4）下面由你进行实验设计，请写出你的）下面由你进行实验设计，请写出你的设计思路设计思路解答解答(1)(1)不能不能 因为蒸馏水和镁盐溶液均缺少因为蒸馏水和镁盐溶液均缺少植物必需的矿质元素，而使两组植物生长均植物必需的矿质元素，而使两组植物生长均不正常。不正常。 (2)(2)不能不能 因为两组容器内的砂性土壤中都可因为两组容器内的砂性土壤中都可能含有镁离子。能含有镁离子。 (3)(3)不能不能 因为两组容器内的砂性土壤都可能因为两组容器内的砂性土壤都可能含有镁离子。含有镁离子。 (4)(4)取
25、生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验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营养液，实验组盛有不含镁矿质元素的完全营养液，实验组盛有不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气。观察比较两组植件下培养，并对溶液通气。观察比较两组植物的生长发育情况。物的生长发育情况。 例例5 5、研究性学习与实验探究、研究性学习与实验探究某生物兴趣小组开展某生物兴趣小组开展“不同浓度生长素类似不同浓度生长素类似物（物（IBAIBA）对种子萌发和幼苗生长的影响）对种子萌发
26、和幼苗生长的影响”，老师已经为他们准备了生长素类似物浓溶液老师已经为他们准备了生长素类似物浓溶液和萝卜种子。假如你是其中一员，请回答：和萝卜种子。假如你是其中一员，请回答：（1 1）可以采取的测定指标是）可以采取的测定指标是 、 。（2 2）对课题作出的实验假设是）对课题作出的实验假设是 实验预期是实验预期是种子萌发率种子萌发率幼苗长度幼苗长度 一定浓度的生长素一定浓度的生长素类似物（类似物（IBAIBA）溶液对种子萌发和幼苗的会有促进作用）溶液对种子萌发和幼苗的会有促进作用； 经不同生长素类似物（经不同生长素类似物（IBAIBA）溶液处理的）溶液处理的种子，其种子和萌发率和幼苗的生长会有区别
27、种子，其种子和萌发率和幼苗的生长会有区别。（3 3）实验步骤：）实验步骤：配置浓度分别为配置浓度分别为1000mg/L 1000mg/L 、10mg/L10mg/L、0.1mg/L0.1mg/L、1ug/L 1ug/L 、 0.01ug/L0.01ug/L生长素类似物（生长素类似物（IBAIBA），取），取6 6只只试管，编号使用。试管，编号使用。放于适宜的环境中培养放于适宜的环境中培养一周后进行观察、测量、一周后进行观察、测量、统计。统计。 在在1 15 5号试管中加入等量的不同浓度的的号试管中加入等量的不同浓度的的IBA IBA 溶液，溶液，6 6号试管加入等量的蒸馏水。号试管加入等量的蒸馏水。将等量的种子分别放到各试管中。将等量的种子分别放到各试管中。 一段时间后取出到垫有浸湿滤纸的培养皿培一段时间后取出到垫有浸湿滤纸的培养皿培养。养。. .（4 4）设计一张表格，用于实验时记录数据。）设计一张表格，用于实验时记录数据。不同浓度生长素类似物溶液种子萌发率幼苗长度1000mg/L10mg/L0.1mg/L1ug/l0.01ug/L蒸馏水