生物实验与研究性学习Word格式.docx
《生物实验与研究性学习Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物实验与研究性学习Word格式.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
既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。
不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。
例如，在验证温度对酶活性的影响的实验中，就必须控制pH值、底物量和酶量的相等，只改变单一变量——温度，观察不同温度下酶活性的差异。
2．对照性原则
通常，一个实验总分为实验组和对照组。
实验组，是接受实验变量处理的对象组：
对照组，也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。
从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验组与对照组两者之差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。
在实验中，为了排除无关条件的干扰，常常要设立对照实验。
所谓对照实验是指有一个关键条件不同，而其他实验条件都相同的情况下所进行的一组实验，以此了解条件与结果之间的关系，增强实验结论的可靠性。
其中，直接用于论证结果的一组称之为实验组，用于对比的一组称之为对照组。
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，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法，只有设置对照实验，才能有效地排除其它因素干扰结果的可能性。
才能使设计显得比较严密，所以大多数实验，尤其是生理类实验往往都要有相应的对照实验。
按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型：
（1）空白对照，即不给对照组做任何处理的对象组；
空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，增强了说服力。
例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。
课本中涉及到的用甲状腺制剂饲喂蝌蚪与正常情况下蝌蚪不作任何处理对照就属于空白对照；
在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，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。
其中甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照。
（2）条件对照，即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素，而这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。
这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。
例如，在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组：
饲喂甲状腺激素（实验组）；
乙组：
饲喂甲状腺抑制剂（条件对照组）；
丙组：
不饲喂药剂（空白对照组）；
显然，乙组为条件对照。
该实验即设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照、更能充分说明实验变量——甲状腺激素能促进动物的生长发育。
显然，通过条件对照．实验说服力大大提高。
（3）自身对照，指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组；
例如，“质壁分离与复原”实验，自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。
课本中涉及到将过氧化氢酶加入H202液中说明酶是生物催化剂，则属于自身对照；
自身对照，方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。
（4）相互对照，不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。
这种方法常用于等组实验中。
“植物向光性”实验中，利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。
证明玉米根的生长方向与地心引力的关系实验中不同方向放置的玉米种子之间则属于相互对照。
光合作用中研究生成的氧气中的氧来自与水还是二氧化碳的实验.
如何设置对照实验呢？
所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。
对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件（即无关变量）的完全相等”。
具体来说有如下四个方面：
①所有用生物材料要相同
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。
②所用实验器具要相同：
即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。
③所用实验试剂要相同：
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。
④所用处理方法要相同：
如：
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，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。
3.科学性原则指实验目的要明确，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
4．可行性原则：
在实验设计时，从原理、实验实施到实验结果的产生，都实际可行。
5．简便性原则：
实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。
6．平行重复原则：
在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验在同样条件下进行足够次数的重复，不能只进行1-2次便得出结论，重复、对照、随机是保证实验结果准确的三大原则。
任何实验都必须有足够的实验次数才能判断结果的可靠性，设计实验只能进行一次而无法重复就得出“正式结论”是草率的。
7．安全性原则：
实验方案的实施要安全可靠，不会对人或器材造成危害，设计实验时应尽可能避免使用有毒药品和一定危险性的实验操作
例1.根据题意，回答下列问题：
某校研究性学习小组的同学想探究"
不同浓度的生长素类似物对植物生长的作用"
，提出了甲、乙、丙三种设计方案，请判断是否都合理？
说明理由，并说出该实验的原理。
其主要步骤如下：
甲方案：
将生长素类似物配制成10-14mol/L的浓度溶液，剪取三种植株大小相似的枝条若干，随机分为A、B、C三组，浸泡一定时间，将其扦插在校园生物角的土壤中，观察枝条的长势情况。
分析实验结果，得出促进植物生长的生长素类似物的最适浓度。
乙方案：
将生长素类似物配制成10-14mol/L、10-10mol/L、10-6mol/L三种浓度溶液，剪取某种植株大小相似的枝条若干，分为A、B、C三组，A组枝条浸泡在10-14mol/L溶液中10min，B组枝条浸泡在10-10mol/L溶液中20min，C组枝条浸泡在10-6mol/L溶液中30min，然后将其扦插在校园生物角的土壤中，观察枝条的长势情况。
丙方案：
将生长素类似物配制成10-14mol/L、10-10mol/L、10-6mol/L三种浓度溶液，剪取某种植株大小相似的枝条若干，分为A、B、C、三组，浸泡一定时间，然后将其扦插在校园生物角的土壤中，观察枝条的长势情况。
上述三种方案是否都合理？
请说明理由,并说出该实验的实验原理。
（1）甲方案：
（2）乙方案：
（3）丙方案：
（4）实验原理:
答案：
（1）甲方案不合理，未设置浓度对照组，不符合题意要求。
（2）乙方案不合理，题中具有浓度和时间两个变量，不符合实验设计要求。
（3）合理，丙方案设计中既控制单一变量，又有对照实验，是完全可行的实验方案。
生长素对植物的生长具有两重性。
低浓度的生长素可以促进植物生长，高浓度的生长素则抑制植物生长，甚至杀死植物。
二、实验设计的基本内容
实验名称：
是关于一个什么内容的实验。
实验目的：
要探究或者验证的某一事实。
实验原理：
进行实验依据的科学道理。
实验对象：
进行实验的主要对象。
实验条件：
完成该实验必需的仪器、设备、药品条件。
实验方法与步骤：
实验采用的方法及必需操作程序。
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。
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。
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。
三、实验设计的解题思路（步骤）、模式
第一：
应认真研究实验课题，找出其中的实验变量和反应变量，理解题目已知条件所隐含的意义、实验目的、实验原理及实验要求的基本条件。
确定实验的类型（验证型或探究型）和组数并作出假设。
所谓假设，就是对可见现象提出一种可以检测的解释，提出假设后应寻找证据，如果符合事实则假设成立。
假设实际上是对所提出的问题所作出的参考答案。
在检测假设之间，常先提出实验的预期结果，如果预期没有实现，则假设不成立。
一般来说假设的形成可分为两步：
首先依据发现的事实材料或已知的科学原理，通过发散性思维，提出涵盖各种可能的初步假定；
之后，依据假定进行推理、排除并综合分析，得出具体的假定性结论。
“动物激素饲喂小动物的实验”，其假说是：
“甲状腺激素对动物的生长发育有影响”，假定性结论是“用适量的甲状腺激素饲喂蝌蚪，生长发育加速”。
第二，充分利用所给器材和试剂，构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获方法。
—般情况下，题目中所指定的器材、试剂，任何一种都应在实验的相关步骤中出现，避免遗漏或自行增加某种器材或试剂。
精心策划实验方法、严格设计实验过程、合理设置对照或变量，并引入科学的测量方法
第三，最后再选择适宜的实验材料（实验对象），在注意实验步骤关联性的前提下表述实验步骤，并从不同的角度分析实验结果，得出相应的结论。
流程图如下：
实验的步骤中应表述的要点
（1）控制变量A、控制无关变量实验分组（编号）：
随机大样本材料分组、实验器械分组。
设置对照组：
其它条件相同，适宜条件下进行实验B、操纵实验变量
（2）检测反应变量
解题模式：
1、将相关的实验材料、用具等平均分组并编号；
（在这里实验材料包含实验中用到的各种动植物，取材时要注意数量和生理及发育状态相同；
用具有烧杯、培养皿，饲养动物的容器等等。
这些材料用具在试题中都会给出，注意要结合实验的目的、原理合理利用。
）
2、根据实验变量设置对照（注意：
单一因素不同；
其他因素相同且最适）；
3、观察并记录实验数据和现象（结合题意找出具体的观察和记录对象）。
[例题2]玉米的高秆和矮秆是一对相对性状，且高秆为显性。
现有长势发育正常的纯种高秆玉米和纯种矮秆玉米幼苗若干，请你设计一个实验，验证“在生物个体发育过程中，生物的性状不仅受基因（遗传）的控制，同时还受环境的影响。
”
（1）实验原理：
略。
（2）材料用具：
长势发育正常的纯种高秆玉米和纯种矮秆玉米幼苗若干，配制好的完全培养液，缺N的完全培养液，必要的培养器具等（注：
植物缺氮时，其表现为生长缓慢等症状）。
（3）方法步骤及结果预测：
①选取纯种高秆玉米和纯种矮秆玉米幼苗若干，注意纯种高秆玉米和纯种矮秆玉米幼苗数量相等，各分成两等份，依次标记为甲、乙、丙、丁。
②将上述各组幼苗置于条件下，作如下处理和预测：
项目
组别
甲
乙
丙
丁
纯种高秆玉米
+
—
纯种矮秆玉米
a
全素培养液
b
缺素培养液
一段时间后
结果预测
高秆正常生长
矮秆缺素症
c
（注：
+表示加入，—表示不加入）
请在下面分别写出表中a、b、c三处所对应的你认为应该进行的实验操作或实验结果：
a：
b：
c：
（4）结论：
①从甲组和乙组的实验中可以得到的结论是；
②从甲组和丙组的实验中可以得到的结论是。
（5）讨论：
写出两种与玉米光合作用有关的含N化合物。
。
（3）①长势、高度相同的②相同、适宜环境下a：
+b：
－c：
矮秆正常生长
（4）①生物性状受环境影响②生物性状受基因（遗传）影响
（5）叶绿素、ATP、NADPH、酶
四、实验设计应注意的问题
1、在掌握实验目的（即需要验证的生物学事实）、原理的基础上确定实验方法。
2、严格遵循实验设计的基本原则，准确设置对照或变量。
3、注意实验程序的科学性、合理性。
4、对实验现象进行准确的观察、测量、记录。
5、合理地设计操作过程
基本的实验方法选定以后，紧接着就要编定具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理规范、切实可行，否则也会造成很大的失分。
①从动物体内取血，是从臀大肌中抽取，还是从血管中抽取？
取血前是否要用酒精棉球对取血部位进行消毒？
②向淀粉糊中加了唾液后是否要振荡试管呢？
③酶促反应的试管如何加热？
是直接加热，还是水浴保温？
④在用酒精溶解叶中叶绿素时，酒精要加热，是直接加热，还是隔水加热？
⑤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？
⑥不同的情况下要合理地选用不同的水。
清水、池水、凉开水、蒸馏水、生理盐水……等
6.实验材料在数量上要尽可能多的选取，记录数据时取其平均值以减少实验误差。
7.在记录实验数据时，要学会设计数据表格或以坐标图的形式现示实验数据。
8.注意吸取物理、化学中相关实验原理，如：
（物理）多次测量取平均值，（化学）实验前检查装置气密性等。
9、实验结论的表述
（1）现象→分析→结论（由特殊上升到一般的提炼归纳过程）
（2）两种表述句式：
A．验证性实验：
因为（现象）说明（分析原因）证明（结论）
B．探究性实验：
如果（现象）那么说明（结论）
10、简明地组织语言文字如：
①步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说，并加以编号。
②试管（或烧杯，水槽等）要加以编号，如A、B或甲、乙等等，这样可使叙说简洁一些。
③叙说中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如：
“盖玻片”不能说是“薄的玻璃片”；
“等量的”不宜说成“一样多的”；
“振荡”不宜说成“晃动”“摇动”等等。
④准确地预测实验结果，实验设计的最后往往还需要预测实验结果，在结果预测上要全面，准确。
而在这一环节上，学生往往会出现各种各样的错误。
A．测交结果预测，除了全黑，有白有黑外，还有全白。
B．加碘后，“不变蓝”不等于“无色”或“没有颜色变化”；
另外“不变”也不能说成“无现象”。
C．用亚甲基蓝做菌量检测时，不能把“褪色”说成“无色”。
D．在验证甲状腺激素对促进幼小动物发育的作用时，不能把“发育”说成“生长”。
能够预测可能出现的实验结果及其导致原因，并能够得出科学的实验结论。
E．研究光对种子萌发的影响时把“有无光照”说成“阳光”“阴暗
f．常用的表达词汇：
适量、适宜、适应、等、相同、等量、各、分别、显著差异、一段时间
11、实验设计的实例分析
例题3（成都08届一诊）⑴下图是生活
在适宜环境中的C3植物光合作用部分
过程图解，其中A、B、C表示三种化
合物，a、b表示两个生理过程。
①该过程发生的场所在叶绿体
的。
②C物质既可以作为b过程的还原剂，
又为b过程进行提供。
③形成ATP和C物质时需要的能量是由将光能转换成的电能。
④若将植物突然转移到高温、强光照、干燥的环境中，叶片气孔将逐渐关闭，此时叶肉细胞内B物质含量的变化是。
⑤将改植物的一叶片置于恒温的密闭小室
的CO2浓度，在适宜的光照条件下测定叶
片光合作用的强度（以CO2的吸收速率表
示），测定结果如下图：
若降低光照强度后重新测定，请在原
图中用虚线表示出最可能的测定结果。
⑵植物体所需要的矿质元素进入植
物体后，有的仍然呈离子状态，可以转移再度利用；
有的形成不能稳定的化合物，可以分解转移再利用；
有的形成难溶解的稳定的化合物，不能被植物体再度利用。
①Mg元素是构成叶绿体中的组成元素，缺乏该元素，植物叶片会呈现色。
②某研究性学习小组想利用溶液培养法来探究叶绿体中含镁的色素是一种稳定的化合物还是不稳定的化合物。
请帮助他们完成试验步骤和回答有关问题。
试验步骤:
第一步：
配制培养夜。
第二步：
选取的植物若干，平均分成两组，将这两组植物分别置于盛有上述培养液的容器中。
第三步：
将两组植物放在相同且适宜的条件下培养。
第四步：
一段时间后观察，并做好记录。
预测结果及结论：
如果，则说明叶绿体中含镁的色素是一种不稳定的化合物。
如果，则说明叶绿体中含镁的色素是一种稳定的化合物。
1、
（1）①基质②能量③特殊状态的叶绿素a④下降
⑤见下图，起点、拐点、终点均正确为2分，否则为0分
（2）①叶绿素②试验步骤：
适宜浓度的完全培养液和缺Mg的完全第二步：
同一品种、且生长健壮，大小、长势相同第三步：
两组植物叶片是否变黄以及变黄的顺序
预测试验结果并得出结论：
完全培养液中培养的植物叶片不变黄，缺Mg的完全培养夜中植物基部叶片（老叶）先变黄完全培养液中培养的植物叶片不变黄，缺Mg的完全培养夜中植物幼叶（新叶）先变黄。
五、实验基础知识[方法归纳总结]
（一）制片技术——制片法
1.玻片标本类型：
（1）临时玻片标本：
是实验中观察标本常采用的方法，保存时间不长久是本法的缺点。
如草履虫形态及应激性、口腔上皮细胞、植物细胞质壁分离及复原、洋葱根尖有丝分裂、病原体观察等。
（2）永久玻片标本：
如洋葱根尖固定装片.蛔虫受精卵固定装片等。
2.制片法：
中学常用的四种制片法是石蜡切片法（如制作植物茎横断面的切片），涂片法（如制作细菌、酵母菌、口腔上皮细胞临时装片），压片法（洋葱根尖有丝分裂、观察早期花蕾花粉母细胞、洋葱鳞片叶表皮等临时装片的制作），徒手切片法（如桂花叶片横切）。
（二）染色及染色剂：
染色的目的在于使生物组织和细胞受染色剂的作用（化学反应或主动吸收等），其各部分结构能清楚的显示出来，便于显微镜下识别和分析研究。
1.染料及染色剂
（1）染料：
是一类有色的有机物或无机物，它能使被染物呈现颜色。
染料的分类有两种，一种是按染料发色机团是阴离子还是阳离子分，是阴离子者为酸性染料，是阳离子者为碱性染料。
碱性染料是一种色碱盐，通常为氯化物（如亚甲基蓝）或醋酸盐（醋酸洋红）；
酸性染料为色酸盐，通常是钠盐、钾盐、铵盐。
另一种是按染色对象分为胞核染料（龙胆紫、醋酸洋红），胞浆染料（红墨水、碘液等），脂肪染料（苏丹Ⅲ、苏丹Ⅳ）等。
（2）染色剂：
染料溶解在溶剂中而成的溶液。
如碘液、醋酸洋红液、龙胆紫溶液、亚甲基蓝溶液、红墨水等。
2.染色方法：
根据材料是活的还是死的分为活体或半活体染色（如0.01%亚甲基蓝溶液对根染色——根对离子的交换吸附实验、碘液对口腔上皮细胞的染色等）及死体染色（如根尖有丝分裂实验中龙胆紫溶液对已解离的根尖的染色）。
3.生物实验中常用的溶液：
水、酒精、丙酮、汽油等。
4.介绍几种制剂的作用
（1）2，4-D生长素类似物：
有双重性，低浓度促进生长；
高浓度抑制生长；
培育无籽果实。
（2）10-4M的秋水仙素：
a.诱发基因突变。
b.使染色体加倍，培育多倍体。
c.单倍体育种，培育纯种。
（3）0.9%生理盐水（维持红细胞、口腔上皮细胞形态），10%KNO3溶液（植物细胞质壁分离和自动复原），5%CaCl2溶液和0.01%亚甲基蓝溶液（根对离子的交换吸附），15%盐酸溶液（对根尖解离），丙酮、酒精（溶解色素），层析液（分离色素），龙胆紫溶液、醋酸洋红液（根尖细胞染色体染色），30%蔗糖溶液（植物细胞质壁分离和复原）
（4）紫外线：
一定剂量作为能量、保温，高剂量导致细胞基因突变。
（三）实验方法：
是做好实验设计的关键所在，最常见的经典的实验方法汇总如下：
（1）化学物质的检测方法
1）
淀粉——碘液2）
还原糖——斐林试剂、班氏试剂3）
CO2——Ca（OH）2溶液或酸碱指示剂或溴麝香草酚蓝水溶液（蓝变绿再变黄）4）
乳酸——pH试纸5）
O2——余烬木条复燃6）
无O2——火焰熄灭7）
蛋白质——双缩脲试剂8）
染色体——龙胆紫、醋酸洋红溶液9）
DNA——二苯胺试剂（沸水浴蓝色）或甲基绿10）
脂肪——苏丹Ⅲ或苏丹IV染液11）酒精——重铬酸钾（酸性条件）12）RNA——吡罗红13）线粒体——健那绿
（2）
实验结果的显示方法
1）光合速率——O2释放量或CO2吸收量或淀粉产生量2）呼吸速率——O2吸收量或CO2释放量或淀粉减少量3）原子途径——放射性同位素示踪法4）细胞液浓度大小——质壁分离
5）细胞是否死亡——质壁分离、亚甲基蓝溶液染色6）甲状腺激素作用——动物耗氧量，发育速度等
7）生长激素作用——生长速度（体重变化，身高变化）8）胰岛素作用——动物活动状态
9）菌量——菌落数或亚甲基蓝溶液褪色程度10）大肠杆菌——伊红-美蓝琼脂培养基
（3）
实验条件的控制方法
1）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
2）提供CO2方法——NaHCO33）除去容器中CO2——NaOH溶液或KOH溶液
4）除去叶片中原有淀粉——置于黑暗环境一昼夜5）除去叶片中叶绿素——酒精加热
6）除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光7）如何得到单色光——棱镜色散或彩色薄膜滤光
8）血液抗凝——加入柠檬酸钠9）线粒体提取——细胞匀浆离心10）骨的脱钙——盐酸溶液
11）灭菌方法——微生物培养的关键在于灭菌，对不同材料，灭菌方法不同：
培养基用高压蒸汽灭菌；
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。
（4）实验中控制温度的方法
1）还原糖鉴定：
水浴煮沸加热2）酶促反
升级会员 