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1、生物实验设计专题第1页，本讲稿共28页 一、实验设计的一、实验设计的原则原则平行重复原则平行重复原则单因子变量单因子变量原则和等量性原则和等量性原则原则简便可行性原则简便可行性原则充分占有原则充分占有原则科学性原则科学性原则对照性原则对照性原则 要注意，题目中要注意，题目中给定的试剂和材料给定的试剂和材料要充分利用，一般要充分利用，一般不允许自己随意增不允许自己随意增加试剂和材料加试剂和材料 即控制某种因素的变化幅即控制某种因素的变化幅度度,在同样条件下重复实验在同样条件下重复实验,观察其对实验结果影响的程观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复度。任何实验都必须能够重复,这是具有科
2、学性的标志。这这是具有科学性的标志。这能够在相当大的程度上抵消能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差。非处理因素所造成的偏差。实实验验原原理理、材材料料、方方法法、结结 果果 处处 理理 具具 科科 学学 性性第2页，本讲稿共28页 实验设计的原则实验设计的原则 对照性原则对照性原则自身对照自身对照 如如“观察植物细胞的质壁分离和复原观察植物细胞的质壁分离和复原”的实的实验中，看到的质壁分离或复原的细胞和开始时正验中，看到的质壁分离或复原的细胞和开始时正常的洋葱表皮细胞为同一对象。常的洋葱表皮细胞为同一对象。如如“证明绿色植物光合作用需要光证明绿色植物光合作用需要光”的实验中，的实验中
3、，对同一个叶片进行一半遮光一半曝光的处理对同一个叶片进行一半遮光一半曝光的处理第3页，本讲稿共28页 实验设计的原则实验设计的原则 对照性原则对照性原则自身对照自身对照空白对照空白对照 如如“验证甲状腺激素的作用验证甲状腺激素的作用”实验实验让正常生长的实验组蝌蚪饲喂甲状腺激素或甲状腺让正常生长的实验组蝌蚪饲喂甲状腺激素或甲状腺激素抑制物以观察甲状腺激素的作用，对照组的蝌激素抑制物以观察甲状腺激素的作用，对照组的蝌蚪不做任何处理蚪不做任何处理第4页，本讲稿共28页 实验设计的原则实验设计的原则 对照性原则对照性原则自身对照自身对照空白对照空白对照第5页，本讲稿共28页 实验设计的原则实验设计的
4、原则 对照性原则对照性原则自身对照自身对照相互对照相互对照空白对照空白对照 如如“比较过氧化氢酶和铁离子的催化效率比较过氧化氢酶和铁离子的催化效率”实验实验 第6页，本讲稿共28页 实验设计的原则实验设计的原则 对照性原则对照性原则自身对照自身对照相互对照相互对照空白对照空白对照 在在“验证甲状腺激素促进幼小动物发育验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中，甲组的实验中，甲组饲喂甲状腺激素饲喂甲状腺激素;乙组饲喂甲状腺素抑制剂乙组饲喂甲状腺素抑制剂;丙组对蝌蚪不做任丙组对蝌蚪不做任何处理。请指出哪个是实验组，哪个是对照组？属何种对照何处理。请指出哪个是实验组，哪个是对照组？属何种对照？条件对照
5、条件对照甲为实验组，乙组为条件对照组，丙为空白对照组甲为实验组，乙组为条件对照组，丙为空白对照组第7页，本讲稿共28页实验变量与反应变量：实验变量与反应变量：实验变量实验变量(也称自变量也称自变量):):实验者人为控制的变量实验者人为控制的变量;反应变量反应变量(也称因变量也称因变量):):随随自变量变化而变化的变量自变量变化而变化的变量.二者之间是二者之间是前因后果前因后果的关系。的关系。例如：例如：“温度对酶活性的影响温度对酶活性的影响”的实验中，的实验中，自变量自变量:低温、适温、高温低温、适温、高温 因变量因变量:酶活性的变化酶活性的变化第8页，本讲稿共28页无关变量：无关变量：无关变
6、量无关变量:除实验变量外的影响实验结果与现象的除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件。因素或条件。如：如：“温度对酶的活性温度对酶的活性”实验的无关变量实验的无关变量:唾液淀粉酶的浓度、淀粉浓度、唾液淀粉酶的浓度、淀粉浓度、pHpH等。等。如如无关变量无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同，中的任何一个或几个对三组实验不等同，就会影响实验的真实结果。就会影响实验的真实结果。第9页，本讲稿共28页生物材料要相同生物材料要相同生物材料要相同生物材料要相同实验器具要相同实验器具要相同实验器具要相同实验器具要相同实验试剂要相同实验试剂要相同实验试剂要相同实验试剂要相同处理方法要相同处理方法要
7、相同处理方法要相同处理方法要相同 即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生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。理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。实验中要做到实验中要做到“单一变量单一变量”，应注意应注意等量等量的原则的原则即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号、洁即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号、洁净度等要完全一样。净度等要完全一样。即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题等量的问题 保温或冷却保温或冷却;光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。光照
8、或黑暗；搅拌或振荡都要一致。第10页，本讲稿共28页二二、实实验验设设计计题题解解题题思思路路（一）实验题目（实验目的）：（一）实验题目（实验目的）：（二）实验原理：（二）实验原理：（三）实验假设：（三）实验假设：（五）实验步骤：（五）实验步骤：（四）预期结果：（四）预期结果：（七）分析和讨论：（七）分析和讨论：（六）观察和收集资料：（六）观察和收集资料：通过对现象的分析和讨论，概括通过对现象的分析和讨论，概括出出规律性的规律性的结论或问题。结论或问题。第12页，本讲稿共28页验证性实验验证性实验探究性实验探究性实验实验目的实验目的 预测结果预测结果结果分析结果分析不唯一（写全多种可能）不唯一
9、（写全多种可能）如果（结果）如果（结果），则（结论），则（结论）验证验证简单的简单的生物学事实生物学事实探究探究生物学新问题生物学新问题实验的核心实验的核心（一）实验目的（一）实验目的唯一唯一实验原理实验原理第13页，本讲稿共28页研究对象研究对象+自变量自变量+因变量因变量 1 1、内容：、内容：课题名称拟定：课题名称拟定：研究研究PHPH对唾液淀粉酶活性的影响对唾液淀粉酶活性的影响（自变量）（自变量）研究对象研究对象（因变量）（因变量）3 3、书写格式、书写格式探究（验证）（探究（验证）（自变量自变量）对（）对（因变量因变量）的影响）的影响2 2、举例：、举例：第14页，本讲稿共28页（二
10、）实验原理（二）实验原理 实验原理即实验所依据的科学道理，是实验步实验原理即实验所依据的科学道理，是实验步骤或设计的理论依据。涉及到生物学及相关学科骤或设计的理论依据。涉及到生物学及相关学科中的方法和原理。原理不同，设计方法自然不同。中的方法和原理。原理不同，设计方法自然不同。一般先写整个实验总的原理，一般先写整个实验总的原理，再写主要步骤的依据。再写主要步骤的依据。实验的依据实验的依据原理的来源：原理的来源：1.1.来自题干来自题干;2.;2.课本中的相关知识课本中的相关知识解解读题干或联想课本相关知识来获取。读题干或联想课本相关知识来获取。实验原理的表述：实验原理的表述：第15页，本讲稿共
11、28页(05(05年全国卷年全国卷)为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠活动状况为为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠活动状况为观察指标设计实验。某同学的实验方案如下：观察指标设计实验。某同学的实验方案如下：将正常小鼠随机分成将正常小鼠随机分成A A、B B两组，观察并记录其活动状况。两组，观察并记录其活动状况。A A组小鼠注射适量胰岛素溶液，组小鼠注射适量胰岛素溶液，B B组注射等量生理盐水。一段时间后，组注射等量生理盐水。一段时间后，A A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，B B组活动状组活动状况无变化。况无
12、变化。A A组小鼠出现低血糖症状后，分别给组小鼠出现低血糖症状后，分别给A A、B B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段时间后，一段时间后，A A组小鼠低血糖症状缓解，组小鼠低血糖症状缓解，B B组活动状况无变化。组活动状况无变化。该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。（1）该实验原理是：）该实验原理是：_ 胰岛素具有降低血糖的作用。胰岛素具有降低血糖的作用。体内胰岛素含量过高时，引起血糖下降，机体出现活动减体内胰岛素含量过高时，引起血糖下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状；此症状可以通过补充葡萄糖溶少，甚至昏
13、迷等低血糖症状；此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。液得到缓解。结果原理结果原理过程原理过程原理第16页，本讲稿共28页 往往与实验结论、实验目的有高度的相关性。它可以描往往与实验结论、实验目的有高度的相关性。它可以描述为：述为：当条件当条件X X存在时，事件存在时，事件P P就能发生；就能发生；当条件当条件X X改变时，事改变时，事件件P P就不能发生或发生的程度会改变。就不能发生或发生的程度会改变。回答此问题一定用明回答此问题一定用明确的观点，如确的观点，如“是是”或或“不是不是”，不能出现，不能出现“是否是否”这样含这样含糊的词语。糊的词语。如如,根据根据“细菌的培养基中，偶然生出青霉
14、菌，细菌的培养基中，偶然生出青霉菌，在其周围没有细菌生长在其周围没有细菌生长”这个现象可以提出假设：这个现象可以提出假设：（三）实验假设（三）实验假设青霉菌产生可阻止细菌生长和繁殖的物质。青霉菌产生可阻止细菌生长和繁殖的物质。第17页，本讲稿共28页 应注意实验是验证性的还是探究性的。应注意实验是验证性的还是探究性的。（四）预期结果（四）预期结果验证性验证性：实验结果应与实验假设一致；：实验结果应与实验假设一致；探究性探究性：那么就需要对实验的结果进行讨论，充分考：那么就需要对实验的结果进行讨论，充分考虑到各种情况的可能性。虑到各种情况的可能性。大致可以分为三种情况：大致可以分为三种情况：实验
15、组等于对照组，说明研究的条件对实验实验组等于对照组，说明研究的条件对实验无影响无影响。实验组大于对照组实验组大于对照组,说明研究的条件对实验有影响说明研究的条件对实验有影响,且影响是且影响是正相关正相关。实验组小于对照组实验组小于对照组,说明研究的条件对实验有影响说明研究的条件对实验有影响,且影响是且影响是负相关负相关。第18页，本讲稿共28页第第1步：对实验材料均等分组并编号步：对实验材料均等分组并编号（等量原则）（等量原则）第第2步：创设自变量步：创设自变量（单因子变量原则）（单因子变量原则）第第3步：相同适宜条件下培养一段时间。步：相同适宜条件下培养一段时间。第第4步：观察步：观察/测量
16、、记录因变量。测量、记录因变量。（五）实验步骤的书写（五）实验步骤的书写 对照组与实验组只能有对照组与实验组只能有1 1个条件不同，其他条件注意要特别强个条件不同，其他条件注意要特别强调出调出相同相同来，这是重要的得分点或失分点。来，这是重要的得分点或失分点。第19页，本讲稿共28页2 2、实验步骤分步描述并加以编号（一般不宜连续描述）、实验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”的的语言表达。语言表达。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，所用器材需用
17、如：凡实验中涉及到两组或两组以上，所用器材需用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”、“一定量的一定量的”等。等。描述实验步骤时应注意的问题：描述实验步骤时应注意的问题：第21页，本讲稿共28页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”不宜不宜说成说成“一样多的一样多的”；“振荡振荡”不宜说成
18、不宜说成“晃动晃动”“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”。描述描述1、“分别分别在甲、乙两试管中加入在甲、乙两试管中加入A、B物质物质”描述描述2、“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”“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物质。物质。”第22页，本讲稿共28页实验设计题的实验设计题的解题思路解题思路明确实验目的明确实验目的分析实验原理分析实验原理设计实验步骤设计实验步骤分析实验结果分析实验结果实验变量实验变量无关变量无关变量反应变量反应变量施加干扰施加干扰随机分组随机分组设置对照设置对照条件适宜条件
19、适宜重复实验重复实验观察现象观察现象测量数值测量数值操纵操纵控制控制检测检测加法创意、加法创意、减法创意减法创意第23页，本讲稿共28页增加水中氧气增加水中氧气减少水中氧气减少水中氧气除去容器中除去容器中COCO2 2除去叶中原有淀粉除去叶中原有淀粉除去叶中叶绿素除去叶中叶绿素除去光合对呼吸干扰除去光合对呼吸干扰如何得到单色光如何得到单色光提取线粒体提取线粒体自变量的设置自变量的设置“加法加法”或或“减法减法”泵入空气或吹气或放入绿色植物泵入空气或吹气或放入绿色植物容器密封或油膜覆盖或用凉开水容器密封或油膜覆盖或用凉开水NaOHNaOH溶液溶液置于黑暗环境置于黑暗环境酒精水浴加热酒精水浴加热给
20、植株遮光给植株遮光棱镜色散或透明薄膜滤光棱镜色散或透明薄膜滤光细胞匀浆离心细胞匀浆离心向容器供给向容器供给COCO2 2NaHCONaHCO3 3溶液溶液第24页，本讲稿共28页因变量的检测指标：因变量的检测指标：光合速度光合速度O O2 2释放量、释放量、COCO2 2吸收量、有机物生成量吸收量、有机物生成量呼吸速度呼吸速度O O2 2吸收量、吸收量、COCO2 2释放量、有机物消耗量释放量、有机物消耗量原子或分子转移途径原子或分子转移途径放射性同位素示踪放射性同位素示踪细胞液浓度大小细胞液浓度大小质壁分离质壁分离植物细胞是否死亡植物细胞是否死亡质壁分离质壁分离水生植物可依气泡的产生量或产生
21、速率；水生植物可依气泡的产生量或产生速率；离体叶片若事先沉入水底可依单位时间内上浮的叶片数目；离体叶片若事先沉入水底可依单位时间内上浮的叶片数目；植物体上的叶片可依指示剂（如碘液）处理后叶片颜色深浅。植物体上的叶片可依指示剂（如碘液）处理后叶片颜色深浅。第25页，本讲稿共28页探究甲状腺激探究甲状腺激素的生理作用素的生理作用探究生长激素探究生长激素的生理作用的生理作用探究胰岛素的探究胰岛素的生理作用生理作用验证胰高血糖验证胰高血糖素的生理作用素的生理作用检测动物耗氧量、比较观察幼小动检测动物耗氧量、比较观察幼小动物的发育快慢等。物的发育快慢等。观察比较幼小动物的生长速度观察比较幼小动物的生长速
22、度（体重、身长变化）（体重、身长变化）观察实验动物的行为（如四肢无力、活观察实验动物的行为（如四肢无力、活动减少，甚至昏迷等低血糖症状）动减少，甚至昏迷等低血糖症状）测定血糖变化、检测是否出现尿糖测定血糖变化、检测是否出现尿糖（本尼迪特试剂检验）（本尼迪特试剂检验）第26页，本讲稿共28页 该项工作的重点是确定记录的的方式，常用的记录方该项工作的重点是确定记录的的方式，常用的记录方式有：式有：表格形式：表格形式：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水蚤不同浓度香烟浸出液对水蚤心跳心跳次数次数的影响的影响”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
23、香烟和蒸馏水按照11的重量比的重量比浸泡浸泡24小时，过滤后的滤液作为原液。如果你是其中一员，请小时，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）六、观察和收集资料：六、观察和收集资料：第27页，本讲稿共28页 例：用幼叶鞘作为实验材料进行生长素促进生长的例：用幼叶鞘作为实验材料进行生长素促进生长的探究实验设计和实验结果探究实验设计和实验结果坐标曲线表示：坐标曲线表示：应注意的是：横坐标和纵坐标各表示什么；坐标应注意的是：横坐标和纵坐标各表示什么；坐标上每格表示多少。上每格表示多少。坐标曲线的名称坐标曲线的名称不同浓度的生长素对幼叶鞘生长的影响图不同浓度的生长素对幼叶鞘生长的影响图第28页，本讲稿共28页