实验设计的基本模式.docx
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实验设计的基本模式
实验设计的基本模式
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一、生物科学实验探究的一般程序
科学探究的一般过程可简单地用图一表示：
1．提出问题，确定实验课题
所谓实验课题的选定，就是实验者首先要确定一个有一定价值的研究课题，即明确实验要解决什么问题，即实验目的。
例题1。
微生态活性制剂是近几年迅速发展起来的新型绿色添加剂，能改善虾体肠道微生态环境，促进虾体生长。
有人通过实验对芽孢杆菌制剂对凡钠对虾生长和消化酶活动的影响进行了研究，请利用所给材料和用具完成以下实验并回答相关问题。
实验材料和用具：
体重接近的健康凡纳对虾200尾；颗粒饲料；混有0.5%、1.0%、3.0%和5.0%芽孢杆菌制剂的颗粒饲料；70cm×70cm×100cm水池若干（流水养殖，培养时间为一个月）；电子天秤。
（1）课题名称：
。
2．作出假设
“假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。
如果你的基本预测是肯定的，你的假设就是肯定的假设；如果你的基本预测是否定的，你的假设就是否定的假设。
3．设计实验方案
设计一个实验来检验你的假说，在计划中应该写明详细的实验步骤，以及在实验中要进行哪些观察和测量。
这是实验探究的最基本环节。
“操作步骤”书写表达的四步曲：
（1）．分组标号：
选择相同的材料平均分为“A、B”两组或“甲、乙”两组。
（2）．实验处理（设计对照试验）：
按照实验要求分别对实验组和对照组进行处理，体现单一变量原则和等量性原则。
（如“验证甲状腺激素的生理作用”实验中，每日用灌胃器给予甲组鼠灌喂甲状腺激素溶液，给予乙组鼠灌喂等量的蒸馏水）
（3）．培养或检测因变量：
把两个组放在相同的条件下培养或观察。
（如把两组小鼠放在适宜、相同的环境中，定时测量与记录甲、乙两组鼠的耗氧量和活动量）
（4）．观察并记录：
根据实验观察的现象和记录的数据。
例题2.（2011广东卷）中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。
小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。
.提取叶绿素
绿色叶片
提取液
叶绿素粗产品
浓缩液
过滤液
X
碳酸钙
.探究pH对叶绿素稳定性的影响
取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温（约25℃）下进行实验，方法和结果如下表。
实验组号叶绿素溶液（mL）调pH至处理时间（min）溶液颜色
3.0
Y
10
绿色
3.0
7.0
10
绿色
3.0
6.0
10
黄绿色
3.0
5.0
10
黄褐色
注：
叶绿素被破坏后变成黄褐色。
根据所学知识和实验结果，请回答：
（1）提取食用叶绿素的X应该为，原因是。
（2）表中Y应该为，原因是。
（3）若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于食品，否则。
（4）小李想了解叶绿素产品中是否含有其他色素，请你提供监测方法并写出主要步骤。
4．预期结果
“预期结果”是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理，得出假定性结果或推论，即“如果假设成立，则应有何种结果”。
例题3.（2010江苏卷）根据下列相关实验操作．预期结果合理的是
A．实验①B．实验②
C．实验③D．实验④
变式训练1：
为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对你的预测结果进行分析。
实验材料与用具：
烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、暗培养箱、日光灯（实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计）。
实验步骤和预测实验结果：
（1）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。
此时,叶片均浮在液面上。
（2）用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试管底部。
（3）将这两支试管放在日光灯下，照光一段时间。
结果_______________________________________________________________________
（4）再将这两支试管在暗培养箱中放置一段时间。
结果：
________________________________________________________________________
分析预测的结果：
_______________________________________________________
5．分析数据
实验结束时要对数据进行分析，看看是否存在什么规律或趋势。
它们能说明你的假说是否成立；它们能指出你实验中是否存在缺陷，是否需要收集更多的数据。
例题4.（09江苏卷）．某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验时，同样实验条件下分别在4个试管中进行培养（见下表），均获得了“s”型增长曲线。
根据实验结果判断，下列说法错误的是
试管号
I
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
培养液体积（mL）
10
5
10
5
起始酵母菌数（103个）
10
5
5
10
A．4个试管内的种群初始阶段都经历了“J”型增长
B．4个试管内的种群同时达到K值
C．试管Ⅲ内种群的K值与试管Ⅱ不同
D．试管Ⅳ内的种群数量先于试管Ⅱ开始下降
变式训练2：
大气中CO2浓度升高引起的温室效应，可能改变土壤水分状况和矿质元素含量。
为探究有关生态因子的变化对植物的影响，有人用同一环境中生长的两种植物，在温度、光照和水分等适宜条件下做了模拟实验，测得数据如表。
下列相关分析，不正确的是（ ）
*蒸腾比率：
植物消耗1摩尔水，通过光合作用固定的CO2微摩尔数。
A．CO2浓度升高和施磷肥都能促进两种植物的光合作用，施磷肥的效果更明显
B．两种CO2浓度下，施磷肥对石楠光合作用的促进作用都大于欧洲蕨
C．由实验结果可推测，干旱对欧洲蕨光合作用的影响大于石楠
D．两种植物光合作用的最适CO2浓度都高于355μmol·mol－1
6．得出结论
在下结论的时候，你要确定收集的数据是否支持原先的假说。
通常需要重复好几次实验才能得出最后的结论。
结论的得出须依据实验结果，若出现的结果与预期结果一致，则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立”；若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立”。
例题5．（09广东卷）用高倍显微镜观察黑藻叶片细胞，正确的结论是
A．叶绿体在细胞内是固定不动的
B．叶绿体在细胞是均匀分布的
C．叶绿体的存在是叶片呈绿色的原因
D．叶肉细胞含有叶绿体，不含线粒体
小结：
实验结论的归纳提炼：
实验结果是实验所得到的直观现象，如测得的有关数据，实验对象呈现的特殊颜色、气味、形态、生理等方面的变化，因此实验结果应是对实验现象的直接陈述。
而实验结论是在实验结果的基础上，根据已有知识的合理迁移，通过推理和判断，得出关于生命现象最本实娜鲜丁Ｈ“鉴定葡萄糖是可溶性还原糖”的实验中，葡萄糖与斐林试剂共热煮沸后出现砖红色沉淀，这是实验结果；“葡萄糖是可溶性还原糖”则是实验结论。
随堂训练：
1．（2010福建卷）下列关于低温诱导染色体加倍实验的叙述，正确的是
A．原理：
低温抑制染色体着丝点分裂，使子染色体不能分别移向两极
B．解离：
盐酸酒精混合液和卡诺氏液都可以使洋葱根尖解离
C．染色：
改良苯酚品红溶液和醋酸洋红溶液都可以使染色体着色
D．观察：
显徽镜下可以看到大多数细胞的染色体数目发生改变
2.（2010海南卷）某城市兔唇畸形新生儿出生率明显高于其他城市，研究这种现象是否由遗传因素引起方法不包括
A.对正常个体与畸形个体进行基因组比较研究
B.对该城市出生的双胞胎进行相关的调查统计分析
C.对该城市出生的兔唇畸形患者的血型进行调查统计分析
D.对兔唇畸形患者家系进行调查统计分析
3．（09广东卷）有关“低温诱导大蒜根尖细胞染色体加倍”的实验，正确的叙述是
A．可能出现三倍体细胞
B．多倍体细胞形成的比例常达100%
C．多倍体细胞形成过程无完整的细胞周期
D．多倍体形成过程增加了非同源染色体重组的机会
4．（09江苏卷）有1位同学做根尖有丝分裂实验，在显微镜中观察到的图像如图所示。
造成这种情况的原因可能是
①取材位置不合适②取材时间不合适
③制片时压片力量不合适④解离时间不合适⑤视野选择不合适
A．②③B．②⑤
C．①②⑤D．①③④
5.（2010安徽卷）Ⅱ（10分）面对去冬今春我国西南部分地霉菌可以与植物区严重旱情，生物兴趣小组同学查阅资料发现，摩西球囊菌可以与植物根系形成共生体，能提高干旱条件下植物体内活性氧的清除能力，增强抗旱性，请完成实验设计，探究接种摩西球囊霉菌是否具有提高紫花苜蓿（牧草）的抗旱能力。
材料用具：
紫花苜蓿幼苗，摩西球囊霉菌菌种，栽培土（经灭菌处理的田间土与河沙混合，体积比9：
1），大小一致的花盆。
方法步骤：
⑴每个花盆中放置栽培土3㎏，并将花盆平均分成A、B两组
⑵A组各花盆中，B组各花盆中。
⑶将等数量的幼苗移栽于各花盆中，置于条件下培养；
⑷6周后，处理10d，每天观察、记录并统计。
结果预期与分析
6．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：
①将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录其活动状况。
②A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组注射等量生理盐水。
一段时间后，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，B组活动状况无变化。
③A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。
一段时间后，A组小鼠低血糖症状缓解，B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。
请回答：
（1）该实验原理是________________________________。
（2）分析小鼠注射胰岛素溶液后出现低血糖症状的原因：
__________________________________________________________________________。
（3）胰岛素在血糖平衡调节中的作用是_________________________________________。
7．（2009年海南高考题）为了验证“植物主茎顶芽产生的生长素能够抑制侧芽生长”，某同学进行了以下实验：
①选取健壮、生长状态一致的幼小植株，分为甲、乙、丙、丁4组，甲组植株不做任何处理，其他三组植株均切除顶芽。
然后乙组植株切口不做处理；丙组植株切口处放置不含生长素的琼脂块；丁组植株切口处放置含有适宜浓度生长素的琼脂块。
②将上述4组植株置于相同的适宜条件下培养。
回答下列问题：
（1）各组植株侧芽的预期生长情况分别为：
甲组__________；乙组__________；丙组__________；丁组__________。
（2）比较甲组与乙组的预期结果，能够说明__________。
（3）比较乙组和丙组的预期结果，能够说明__________。
（4）比较丙组和丁组的预期结果，能够说明__________。
（5）顶芽产生的生长素抑制侧芽生长的原因是__
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