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1、第31讲实验与探究突破突破 实验与探究实验与探究总纲目录总纲目录一、研究生物学问题的一般程序研究生命科学必须建立唯物主义认识论的思维方法。研究生命科学的程序包括观察、假设、实验、对假设的进一步修正、得出结论,并在此基础上进一步地观察,进入下一个认识周期。1.生物学的研究大多从观察开始。2.在观察中提出问题。3.根据观察到的现象以及研究者自身的知识与经验,对所提出的问题做一个初步的解释及设想,提出假说。4.对所提出的假说作出科学的预测。5.设计严谨的实验,对预测进行检验,即用科学实验验证假说的正确与否。在生物学研究的实验设计中一般要设对照组,要考虑实验组数量及是否需要重复实验。6.对实验数据进行
2、统计分析。7.得出结论。结论可能肯定所提出的假说,也可能否定假说,但二者都是结论。8.修正假说并进一步观察,进入下一个认识周期。二、生物实验设计应遵循的六大基本原则对照性原则、科学性原则、单因子变量原则、等量性原则、平行重复原则、随机性原则。三、生物实验设计中变量的控制1.实验变量与反应变量实验变量,也称为自变量,指实验中由实验者操纵的因素或条件。反应变量,也称因变量,指实验中由实验变量引起的变化和结果。通常实验变量是原因,反应变量是结果,二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。2.无关变量与额外变量无关变量也称控制变量,指实验中除实验变量外的影响实验现象和实验结果的因素或条件
3、。额外变量也称干扰变量,指实验中由无关变量引起的变化和结果。显然额外变量会对反应变量起干扰作用。四、实验对照的四种类型空白对照,不给对照组以任何处理。自身对照,实验组和对照组都是在同一实验对象上进行的。条件对照,给对象施以某种实验处理,但这种处理是作为对照的,或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量。相互对照,不单独设对照组,而是几个实验组相互对照。1.从新鲜的菠菜叶片提取叶绿体色素,发现提取液明显偏黄绿色,最可能的 原 因 是 没 有 加 入 碳 酸 钙。()2.对照实验一般要设置对照组和实验组,在对照实验中除了要观察的变量 外,其 他 变 量 都 应 当 始 终 保 持 相 同 且 适
4、宜。()3.某肥胖基因发现于一突变系肥胖小鼠,为确定其遗传方式,需进行杂交实验,实验材料应为纯合肥胖小鼠和纯合正常小鼠;杂交方法应为正反交。()4.孟德尔用山柳菊为实验材料,验证了基因的分离及自由组合定律。()8.番茄幼苗在缺镁培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作 用 强 度 下 降 的 原 因 是 光 反 应 强 度 降 低,暗 反 应 强 度 降 低。()7.富兰克林和威尔金斯对DNA双螺旋结构模型的建立也做出了巨大的贡 献。()5.在实验探究过程中,可通过多组重复实验减少实验结果的误差。()6.探究唾液淀粉酶最适pH的实验中,先将每一组温度控制在37。()9.将未施用IAA
5、的植株除去部分芽和幼叶,会导致侧根数量增加。()10.为研究赤霉素(GA3)和生长素(IAA)对植物生长的影响,应设置两个对 照 组。()突破实验与探究突破实验与探究一、教材部分实验中的变量二、探究性实验与验证性实验的比较比较内容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。实际上就是把试题中提出的问题变为陈述句验证研究对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系,试题中已知实验假设对探究问题提出一种可能性。一般采用“如果A,则B”的形式表述,根据现有的科学理论、事实,对所要研究的问题设想出一种或几种可能性的答案、解释因结论是已知的,因此不需要假设实验原理因探究内容
6、而异因验证内容而异实验现象未知,可以不描述已知,应准确描述结果预测对应假设,分类讨论。实验组与对照组无显著差异,实验变量无影响;实验组比对照组的效果好,实验变量有利;实验组比对照组的效果差,实验变量不利(如果是相互对照,要分类讨论)根据实验原理确定已知实验结果,并对实验结果进行准确描述实验结论无对应实验目的作出肯定结论1.科学性原则实验是在人为控制条件下研究事物(对象)的一种科学方法,是依据假设,在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。科学研究的过程本身就是科学,并不是说研究的结论才是科学。因此,在实验设计中必须有充分的科学依据。科学性原则包括实验原理的科学性、实验材料选择
7、的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。三、生物实验设计应遵循的四项基本“原则”2.对照性原则只有比较才能看出差异,只有通过对照才能验证我们的推论,因此,在实验设计中,要设置对照组。设置科学、合理的对照可以使实验方案简洁、明了,且使实验结论更有说服力。实验中的无关变量很多,必须严格控制,要平衡和消除无关变量对实验结果的影响。设置对照实验是消除无关变量影响的有效方法。类型设置对照实验实例空白对照不给对照组以任何处理如要验证甲状腺激素的作用,则对对照组动物不做任何处理,让其自然生长自身对照实验组和对照组都在同一实验对象上进行植物细胞质壁分离和复原实验,在同一装片中先后进行。对照组即正常的
8、洋葱表皮细胞和实验组即质壁分离和复原的细胞是同一组细胞条件对照给对象施以某种实验处理,但这种处理是作为对照的,或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量在“动物激素饲喂小动物”的实验中,采用等组实验法,甲组为实验组(饲喂甲状腺激素),乙组为条件对照(饲喂甲状腺抑制剂)组,不饲喂药剂的是空白对照组相互对照不单独设对照组,而是几个实验组相互对照研究植物向重力生长的实验中将玉米种子放置在不同的方向对照的四种类型：3.单因子变量原则和等量原则(1)理解实验中的变量(2)自变量、无关变量与因变量之间的关系如图所示:四、设计实验方案实验设计往往是解答实验题的难点,但只要理清思路,找准方法和突破口,也能化难
9、为易。实验的设计可遵循以下步骤:2.写出实验名称:指出是什么实验,判断出是验证性实验还是探究性实验。1.了解题目要求:认真读题,从题中找出答案。3.写出实验目的:弄清该题要验证或探究的是什么样的生物学事实,即明确实验要解决什么问题。一般在题干中“验证”“证明”“探究”后的内容就是实验的目的。有些实验需要对其去粗取精,提炼要点。4.写出实验原理:即完成该实验的理论依据是什么,这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法,以及所依据的科学原理。另外,提供的实验仪器的使用方法和原理也应考虑在内。5.设计实验操作过程:大多数题目要求写出实验步骤,这是学生失分较多的地方。下面是一条书写模式,
10、能够使书写更加有条理,思路更加清晰。(1)分组编号:根据实验要求选择适宜的材料和器材,选材应保持条件相同(如:日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠)。将实验分为实验组和对照组,可以分两组,也可以分若干组,每组进行明确的标记,如用甲、乙、丙,或者A、B、C,或者1、2、3,总之让人一目了然,便于实验的观察、统计、比较和叙述。常用语言:选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组,分别编号为A、B、C;取两支试管,分别编号为甲、乙,各加入等量的某溶液;选择年龄、体重(性别)、健康状况相同的某种动物随机等量分组,分别编号为1、2、3。(2)实验处理:根据实验的要求分别对实验组和对照组进行处理,除实验变
11、量外,对实验组和对照组的培养、饲养等条件应相同,即控制无关变量。要注意能体现“单一变量”的词语的准确使用,例如使用“等量”“相同”等词语。(3)培养(或饲养)、观察、记录:对于植物实验和某些动物实验,分别进行实验处理后,要进行一段时间的培养,才能出现结果。而有些实验进行实验处理之后,在相对较短的时间内就可以观察到实验的现象。要仔细观察实验组与对照组出现的差异,记录实验现象和实验数据。6.实验结果、结论的预测与分析有些实验的结果可以直接用肉眼观察出来,而很多实验是化学反应类型,肉眼观察不到,应该考虑加入指示剂,借助颜色变化或仪器辅助观察。实验结果可采用文字、表格、坐标曲线等方式描述。(1)实验结
12、果的预测:实验结果是由实验变量而引起的变化,而实验结论是根据实验结果作出的一种推论。一个正确的实验设计应达到实验目的,即得出的结论就是实验目的。特别注意弄清实验的目的是“验证”还是“探究”。如果是验证性的实验,如“验证”“证明”都可预测到与实验目的一致的结果。联系实验目的得出结论。结论是合理的、科学的、肯定的。不少结论是在实验要验证的内容中寻找的(此时一般只有一个结果和相应的结论,且结论与实验目的相对应)。若是探究性的实验,如“探究”预测的实验结果不唯一,大多有三种可能:“变量促进结果,变量抑制结果,变量与结果无关”或“全肯定,全否定,一肯定一否定”等。(2)观察变量的确定:因变量与观察变量有
13、时是不同的,对于因变量不能直接观察的,应该通过相应手段转换,将因变量间接展现出来,便于观察。如细胞分裂中的染色体可以通过染色,借助显微镜观察;呼吸强度可通过测定密闭装置中气压变化来表现等。1.(2017课标全国)下列关于细胞结构与成分的叙述,错误的是()A.细胞膜的完整性可用台盼蓝染色法进行检测B.检测氨基酸的含量可用双缩脲试剂进行显色C.若要观察处于细胞分裂中期的染色体可用醋酸洋红液染色D.斐林试剂是含有Cu2+的碱性溶液,可被葡萄糖还原成砖红色考向考向1以基础判断的形式以基础判断的形式,考查实验目的、实验原理、实验变量、实考查实验目的、实验原理、实验变量、实验结论验结论B答案答案B本题主要
14、考查试剂的颜色反应及应用。细胞膜具有选择透过性,台盼蓝不能把完整的活细胞染成蓝色,但可使细胞膜不完整的细胞着色,故可用台盼蓝染色法检测细胞膜的完整性,A正确;双缩脲试剂可与蛋白质(或多肽)中的肽键发生紫色反应,而氨基酸分子中不含肽键,故不能与双缩脲试剂发生显色反应,B错误;染色体容易被碱性染料(如龙胆紫溶液或醋酸洋红液)染成深色,C正确;斐林试剂使用时需将甲液(质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液)和乙液(质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液)等量混合,在水浴加热情况下能与还原糖反应生成砖红色沉淀,D正确。2.(2017北京大兴期末)下列有关生物实验的说法中,不正确的是()A.在观察细
15、胞减数分裂时,能观察到着丝点排列在赤道板上的细胞B.探究温度对淀粉酶活性的影响时,不能用斐林试剂检测实验结果C.洋葱鳞片叶外表皮细胞进行质壁分离过程中,紫色区域不断缩小D.利用健那绿进行染色,可以使人口腔上皮细胞的细胞核呈现绿色D答案答案D在减数第二次分裂中期时,染色体的着丝点排列在赤道板上,A正确;由于斐林试剂使用时需要水浴加热,因此该试剂不能用于探究温度对淀粉酶活性的影响,B正确;洋葱鳞片叶外表皮细胞进行质壁分离过程中,液泡的体积缩小,因此紫色区域不断缩小,C正确;利用甲基绿吡罗红染色剂进行染色,可以使人口腔上皮细胞的细胞核呈现绿色,D错误。考向考向2以实验分析的形式以实验分析的形式,考查
16、验证性实验及设计考查验证性实验及设计3.NPY是由下丘脑分泌的含有36个氨基酸的神经肽,广泛分布于中枢和外周神经系统,在体重调节中起到重要的作用。请分析并回答:(1)下丘脑神经分泌细胞既能传导参与神经调节,又能分泌参与体液调节。NPY由下丘脑细胞分泌时必须经过加工、运输和包装。(2)为研究NPY对前脂肪细胞增殖和分化的影响,研究者将同一类型的前脂肪细胞等分成5组,每组培养液中加入如下物质:第1组第2组第3组第4组第5组不加任何药物10-10mol/mLNPY10-9mol/mLNPY10-8mol/mLNPY1g/mL胰岛素注:胰岛素组是经典诱导组,作为实验的阳性对照实验所用的培养液中加入了牛
17、血清和抗生素,后者的作用是。本实验的自变量是;胰岛素可促进前脂肪细胞培养液中的葡萄糖并转化为脂肪囤积。培养一段时间后,研究者分别测定了各组细胞增殖的情况,结果见下图(吸光度值的大小用于反映细胞增殖能力的强弱)。该实验结果说明。研究发现第3、4、5组细胞自培养的第7天起形态发生变化,第12天观测到成熟脂肪细胞,而第1、2组只有部分细胞在第12天出现形态变化。当细胞培养至第12天时,研究者利用技术测定了各组脂肪细胞中C蛋白和P蛋白的含量,结果显示第4组细胞中这两种蛋白质含量明显多于第1组,并与第5组相当。进行此项结果测定的目的是研究前脂肪细胞分化程度是否与C蛋白基因、P蛋白基因的有关。(3)已知下
18、丘脑分泌的NPY与摄食中枢的受体结合可引发强烈的摄食反应。结合上述结果可推测,NPY对机体的体重增加具有作用。答案答案(1)兴奋(神经冲动)(多种)激素内质网和高尔基体(2)防止杂菌污染NPY浓度摄取NPY能促进前脂肪细胞增殖;在此浓度范围内,随浓度增加,NPY促进前脂肪细胞增殖的作用增强;但不如胰岛素的促进作用明显抗原抗体杂交表达水平(3)促进解析解析(1)下丘脑神经分泌细胞既能传导兴奋参与神经调节,又能分泌激素参与体液调节。分泌蛋白必须经过内质网和高尔基体加工、运输和包装才能分泌出细胞。(2)抗生素的作用是防止杂菌污染;本实验的自变量是NPY浓度;胰岛素可促进前脂肪细胞摄取培养液中的葡萄糖
19、并转化为脂肪囤积。基因工程中目的基因的检测中蛋白质分子水平检测的方法是抗原抗体杂交,进行此项结果测定的目的是研究前脂肪细胞分化程度是否与C蛋白基因、P蛋白基因的表达水平有关。(3)结合题述结果可推测,NPY对机体的体重增加具有促进作用。4.(2017课标全国)根据遗传物质的化学组成,可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常,一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换。请利用放射性同位素标记的方法,以体外培养的宿主细胞等为材料,设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出(1)实验思路,(2)预期实验结果及结论即可。(要求
20、:实验包含可相互印证的甲、乙两个组)考向考向3以实验分析的形式以实验分析的形式,考查探究性实验及设计考查探究性实验及设计答案答案(1)思路甲组:将宿主细胞培养在含有放射性标记尿嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。乙组:将宿主细胞培养在含有放射性标记胸腺嘧啶的培养基中,之后接种新病毒。培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。(2)结果及结论若甲组收集的病毒有放射性,乙组无,即为RNA病毒;反之为DNA病毒。解析解析该题主要考查病毒的增殖以及对照实验设计的思路和方法。该实验设计的目的是确定新病毒是DNA病毒还是RNA病毒,因为RNA和DNA含有的特有碱基分别是尿嘧啶和胸腺嘧啶,所以两种病毒增殖所需的原料不同。结合题目所要求的方法(放射性同位素标记法)和所给的材料(体外培养的宿主细胞)分析,可利用含有放射性标记的尿嘧啶(甲组)和胸腺嘧啶(乙组)分别培养宿主细胞,之后分别接种新病毒,培养一段时间后收集病毒检测其放射性。若为RNA病毒,甲组收集的病毒因增殖过程中利用了含放射性的尿嘧啶而具有放射性,乙组收集的病毒则无放射性;若为DNA病毒,乙组收集的病毒因增殖过程中利用了含放射性的胸腺嘧啶而具有放射性,甲组收集的病毒则无放射性。