全国通用版高考生物二轮复习专题七实验与探究考点3开放性实验设计与评价学案.docx
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全国通用版高考生物二轮复习专题七实验与探究考点3开放性实验设计与评价学案
考点3 开放性实验设计与评价
1．实验设计的一般流程
2．“三步法”书写实验步骤
（1）材料分组编号
①选材的句式：
“选取年龄、性别相同，健康且发育状况相同的同种动物”或“选取长势相同、大小相似的同种植物”等。
②分组的句式：
“随机均分（或等分）为X组”。
③编号的句式：
“编号为A、B……组”或“编号为甲、乙……组”。
（2）对实验组与对照组施以不同的处理（控制变量）
实验组“用适量的某溶液”处理，对照组“用等量的蒸馏水（或生理盐水或清水）”处理，且“每组都在相同且适宜的条件下培养（或饲养）”或“观察相同的时间”。
（3）实验结果的观察与记录
“一段时间后，观察（现象）或测量（数据），做好记录（并计算出平均值）”。
3．实验结果和结论的表达
（1）探究性实验结果的预测
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。
实验结论要根据可能的实验结果进行分析，探究性实验的每一个结果和结论一般都用“如果（若）……就（则）……”来描述。
（2）验证性实验的结果与相应结论只需考虑一种情况，即实验结论对应“实验目的”得出肯定结论。
4．组织答案需注意的问题
实验操作细节的设计要合理规范、切实可行、言简意赅。
书面表达是解答实验设计题最关键的部分，在书写实验步骤时应注意以下几点：
（1）步骤设计一般不宜连续描述，而是分段叙述，并加以编号。
（2）为使叙述更简洁，对试管、烧杯等一般要加以分组、编号，如A、B或甲、乙等。
（3）叙述中尽量用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如“等量”不宜说成“一样多”等。
（4）一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化表达，尽可能用“相同”“适宜”或“适量”等“定性”的语言表达。
（5）实验设计中适时出现“其他培养条件相同”或“培养一段相同时间后”等都是很好的得分点。
（6）题目给出的实验材料和试剂一般应充分利用，除非题目条件允许，否则不能自己随意增减实验材料和试剂。
1．（2018·济南三模）下列有关验证实验的设计不合理的是（ ）
选项
探究实验题目
实验设计思路
A
验证渗透作用发生需要半透膜
B
验证成熟植物细胞的死活
待测细胞＋蔗糖溶液
C
验证酶具有催化作用
D
验证细胞膜具有选择透过性
用发绿色荧光和红色荧光的染料分别标记小鼠细胞和人细胞表面的蛋白质分子，将小鼠细胞和人细胞融合。
结果：
两种细胞融合后，两种颜色的荧光均匀分布
答案 D
解析 用荧光染料标记是验证细胞膜上蛋白质分子具有流动性，不是验证细胞膜具有选择透过性，D错误。
方法技巧 五个角度评价实验设计
一看“对照”：
若无对照，则参照实验组补充对照组；若有对照，则看对照是否有标记、是否遵循单一变量原则和等量原则。
二看“步骤”：
顺序是否合理，步骤是否完整。
三看“材料”：
材料选择是否合适，实验仪器、药剂的使用是否准确。
四看“条件”：
是否需要搅拌、冷却等，温度、光照等条件是否合理。
五看“结果与结论”：
实验目的是否与实验结果、结论对应，探究性实验的结果和结论是否讨论全面，是否为先写结果后写结论。
2．某学校生物兴趣小组拟探究添加皮革蛋白粉的饲料对动物生长发育的影响作用。
若你是该小组成员，请完善下列实验过程：
（1）实验材料和用具：
大鼠若干只，普通饲料，添加皮革蛋白粉的饲料，其他所需条件均满足。
（2）实验目的：
探究添加皮革蛋白粉的饲料对动物生长发育是否有影响。
（3）实验步骤：
①选______________________________的大鼠若干，随机均分为A、B两组，分笼饲养。
②A组鼠每天都饲喂适量普通饲料，B组鼠饲喂__________________________________。
③在相同且适宜的条件下饲养相同的一段时间。
④检查大鼠的生长发育状况，统计各组大鼠体重和发育状况。
（4）请你预测该实验的实验结果并作出相应的合理分析（至少写出三种情况）：
①________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 （3）①身体健康、发育正常、体重相同、同一性别
②等量的添加皮革蛋白粉的饲料
（4）①A、B两组大鼠体重基本相等，发育状况相同，说明添加皮革蛋白粉的饲料对动物生长发育没有影响
②若A组大鼠体重大于B组大鼠体重，且A组大鼠的生长发育状况比B组大鼠好，说明添加皮革蛋白粉的饲料对动物生长发育有抑制作用
③若A组大鼠体重小于B组大鼠体重，且A组大鼠的生长发育状况比B组大鼠差，说明添加皮革蛋白粉的饲料对动物生长发育有促进作用
解析 该实验的目的是探究添加皮革蛋白粉的饲料对动物的生长发育是否有影响，因此实验的自变量是动物的饲料是否添加皮革蛋白粉，因变量是大鼠的体重、生长发育状况，实验鼠的初始体重、生长发育状况、饲料用量、饲养条件和时间等属于无关变量，无关变量应保持一致且适宜。
由于该实验是探究性实验，皮革蛋白粉对动物生长发育可能有促进作用，可能有抑制作用，也可能对动物的生长发育无影响，预期结果时应考虑全面。
3．（2018·绵阳模拟）某多年生植物（2n＝10）茎的高度由一对等位基因（E和e）控制。
研究发现：
茎的高度与显性基因E的个数有关（EE为高秆、Ee为中秆、ee为矮秆），并且染色体缺失会引起花粉不育。
育种工作者将一正常纯合高秆植株（甲）在花蕾期用γ射线照射后，让其自交，发现子代有几株中秆植株（乙），其他均为高秆植株。
子代植株（乙）出现的原因有三种假设：
假设一：
仅由环境因素引起；
假设二：
γ射线照射植株（甲）导致其发生了隐性突变；
假设三：
γ射线照射植株（甲）导致一个染色体上含有显性基因的片段丢失。
（1）γ射线照射花蕾期的植株（甲）后，植株叶芽细胞和生殖细胞均发生了突变，但在自然条件下，叶芽细胞突变对子代的性状几乎无影响，其原因是_________________________
________________________________________________________________________。
（2）现欲确定哪个假设正确，请说明实验思路并预期实验结果及结论：
①实验思路：
_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②实验结果及结论：
___________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）突变发生在体细胞中（体细胞突变），一般不能遗传给子代
（2）①将中秆植株（乙）在环境条件相同且适宜的自然条件下单株种植，并严格自交，观察并统计子代的表现型及比例
②若子代性状全为高秆，则假设一正确；若子代性状高秆∶中秆∶矮秆＝1∶2∶1，则假设二正确；若子代性状高秆∶中秆＝1∶1，则假设三正确
解析
（1）叶芽细胞属于体细胞，而体细胞突变一般不遗传给子代，因此植株叶芽细胞突变对子代的性状几乎无影响。
（2）探究中秆植株出现的原因，应利用该植株进行实验，可将中秆植株（乙）在环境条件相同且适宜的自然条件下单株种植，并严格自交，观察并统计子代的表现型及比例。
若假设一正确，该变异仅由环境因素引起，则该植株的基因型为EE，自交子代都表现为高秆；若假设二正确，γ射线照射植株（甲）导致其发生了隐性突变，则该植株的基因型为Ee，自交后代的基因型及比例为EE∶Ee∶ee＝1∶2∶1，即子代表现型及比例为高秆∶中秆∶矮秆＝1∶2∶1；若假设三正确，γ射线照射植株（甲）导致一个染色体上含有显性基因的片段丢失，用O表示，则该植株的基因型为EO，由于染色体缺失会引起花粉不育，则其自交后代的基因型及比例为EE∶EO＝1∶1，即子代表现型及比例为高秆∶中秆＝1∶1。
4．（2018·长沙二模）为探究生长素和赤霉素对豌豆茎节间切段生长的影响，某同学设计了如图所示的实验，图1实验操作科学无误，图2为实验结果，该同学根据实验结果得出了生长素和赤霉素在促进豌豆茎节间切段生长方面具有协同作用的结论。
请回答下列问题：
（1）根据实验结果分析，该同学的实验结论__________（填“一定”或“不一定”）成立。
作出该判断的理由是___________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）根据生长素的作用具有两重性的特点，该同学又提出“赤霉素对豌豆茎节间切段生长的作用也具有两重性”的假说。
请写出验证该假说的简单实验设计思路和支持该假说的预期实验结果：
实验设计思路：
__________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
支持该假说的预期实验结果：
_____________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）不一定 缺少不加激素处理的对照组，不能确定这两种激素对豌豆茎切段生长都起促进作用
（2）配制一系列浓度梯度的赤霉素溶液，分别用清水和所配制的赤霉素溶液处理长度和生长状况相同的豌豆茎节间切段，在相同且适宜的条件下培养一段时间，测量并计算每组茎切段的平均长度 较低浓度赤霉素溶液处理组茎切段的平均长度比清水处理组长，较高浓度赤霉素溶液处理组茎切段的平均长度比清水处理组短
解析
（1）实验缺少不加赤霉素和生长素的对照组，因此不能确定这两种激素对豌豆茎节间切段生长都起促进作用。
（2）两重性是指低浓度促进生长，高浓度抑制生长，要研究赤霉素对豌豆茎节间切段生长的作用也具有两重性的假说，必须设置至少三组实验，一组不加激素的对照组，另外两组分别用高浓度的赤霉素溶液和低浓度的赤霉素溶液处理长度和生长状况相同的豌豆茎节间切段，再通过测量并计算每组茎切段的平均长度，来验证假设。
因此实验设计思路为配制一系列浓度梯度的赤霉素溶液，分别用清水和所配制的赤霉素溶液处理长度和生长状况相同的豌豆茎节间切段，在相同且适宜的条件下培养一段时间，测量并计算每组茎切段的平均长度。
如果假设成立，则能预测到：
较低浓度赤霉素溶液处理组茎切段的平均长度比清水处理组长，较高浓度赤霉素溶液处理组茎切段的平均长度比清水处理组短。
真题1 （2017·全国Ⅰ，2）下列关于①细胞结构与成分的叙述，②错误的是（ ）
A．③细胞膜的完整性可用④台盼蓝染色法进行检测
B．检测⑤氨基酸的含量可用⑥双缩脲试剂进行显色
C．若要观察处于细胞分裂中期的⑦染色体可用⑧醋酸洋红液染色
D．⑨斐林试剂是含有Cu2＋的碱性溶液，可被⑩葡萄糖还原成砖红色
[题干信息]
信息
推断或结论
①
细胞结构指选项A中的细胞膜，选项C中的染色体；细胞成分指B项中的氨基酸和D项中的葡萄糖，结构≠成分
②
选错误的，即4个选项中3个正确、1个错误
③④
细胞膜的完整性能否用台盼蓝染色法检测，强调二者的对应关系
⑤⑥
氨基酸能否用双缩脲试剂检测显色
⑦⑧
染色体可否用醋酸洋红液染色
⑨⑩
斐林试剂中Cu2＋能否被葡萄糖还原而显色
解析 用台盼蓝可鉴定细胞死活，被染色的细胞是死细胞，因为死细胞的细胞膜失去了对台盼蓝的选择透过性，使得台盼蓝能进入细胞而被染成蓝色，如果细胞膜结构不完整，台盼蓝也能进入细胞，故也能判断细胞膜结构的完整性，A正确；双缩脲试剂是用来检测蛋白质中肽键的，因为氨基酸中没有肽键，故不能检测氨基酸的含量，B错误；若要观察处于细胞分裂中期的染色体，可以用碱性染料醋酸洋红液、龙胆紫溶液、改良苯酚品红染液等试剂染色，C正确；斐林试剂是由0.1g/mL的NaOH溶液与0.05g/mL的CuSO4溶液等量混合配制而成，现配现用。
可溶性还原糖中含有的醛基或酮基具有弱还原性，在水浴加热的条件下可与氢氧化铜发生氧化还原反应，把Cu2＋还原成砖红色的Cu2O（氧化亚铜）沉淀，D正确。
答案 B
[学科素养解读] 体现了核心素养中的科学探究能力，注重教材实验中相关探究方法，提升分析问题的能力。
[思维延伸] 判断正误：
（1）使用显微镜观察装片，在10倍物镜下观察到的图像清晰、柔和，若直接转换至40倍物镜观察时，除调节细准焦螺旋外，还需要调用凹面镜（或调高亮度）、放大光圈
（2013·上海，13改编）（ √ ）
（2）制作细胞的有丝分裂装片时，洋葱根尖解离后直接用龙胆紫溶液染色
（2014·山东，4B）（ × ）
（3）用显微镜观察洋葱根尖装片时，需保持细胞活性以便观察有丝分裂过程
（2015·山东，3C）（ × ）
（4）用光学显微镜可观察到月季成熟的紫红色叶表皮细胞染色体的形态和数目
（2017·天津，5D改编）（ × ）
（5）还原糖的鉴定实验中隔水加热时，试管中液体的液面应低于烧杯中水的液面
（2014·江苏，22B）（ √ ）
（6）还原糖的鉴定实验结束时将剩余的斐林试剂装入棕色瓶，以便长期保存备用
（2014·江苏，22D）（ × ）
（7）在叶绿体色素提取实验中，在95%的乙醇中加入无水Na2CO3后可提高色素的溶解度
（2013·重庆，3D）（ √ ）
（8）“利用双缩脲试剂检测生物组织中的蛋白质和利用重铬酸钾检测酵母菌培养液中的酒精”的实验中为达到实验目的，必须在碱性条件下进行（2015·天津，5AC）（ × ）
（9）若探究温度和pH对酶活性的影响，选用材料与试剂：
前者为过氧化氢溶液、新鲜的肝脏研磨液，而后者为新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液（2013·江苏，23AC改编）（ × ）
（10）检测酵母菌培养过程中是否产生CO2，可判断其呼吸方式（2013·重庆，3C）（ × ）
（11）对酵母菌计数时，用吸管吸取培养液滴满血细胞计数板的计数室及其四周边缘，轻轻盖上盖玻片后即可镜检（经典高考题）（ × ）
（12）用两种不同浓度2,4－D溶液分别处理月季插条形态学下端，观察并比较扦插后的生根数，预期结果是低浓度2,4－D处理的插条生根数总是更多（经典高考题）（ × ）
真题2 （2017·全国Ⅰ，29）根据遗传物质的化学组成，①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，②一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③不发生碱基之间的相互转换。
请④利用放射性同位素标记的方法，以⑤体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以⑥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：
⑦实验包含可相互印证的甲、乙两个组）
[题干信息]
信息
推断或结论
①
根据遗传物质不同，将病毒分为DNA病毒和RNA病毒两类
②⑥
实验探究目的
③
提示标记特有碱基U和T
④
设定方法，不能用其他方法
⑤
实验材料——宿主细胞
⑦
分两组相互对照
解析
（1）明确探究的基本流程，如图。
（2）确定自变量和因变量
依据图中的“问题”和“假设”可确定甲、乙两组要区别对待DNA和RNA。
DNA和RNA的差异可以是五碳糖（DNA含脱氧核糖，RNA含核糖），也可以是碱基（DNA含T，RNA含U）。
但依据题干信息“放射性同位素标记”“假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换”可确定甲、乙两组的自变量为放射性同位素标记的差异性碱基（一组标记T，另一组标记U）。
依据教材所学知识，病毒必须寄生在宿主细胞内才能完成唯一的生命活动——增殖，所以标记的碱基不能直接用于培养病毒，而应该先培养宿主细胞，待标记的碱基进入宿主细胞之后，再用标记的宿主细胞培养待测病毒。
依据题干信息“体外培养的宿主细胞”，并结合教材中T2噬菌体侵染大肠杆菌的相关知识，可初步确定因变量的观测指标为子代病毒的放射性程度。
（3）预期结果与假设的关系
因为假设有两个，因此预期结果要与两个假设一一对应，答题套路为：
若＋证据（因变量的观测指标，即甲、乙两组子代病毒的放射性程度）＋则＋假设1；若＋证据（因变量的观测指标，即甲、乙两组子代病毒的放射性程度）＋则＋假设2。
（4）组织语言，书写答案
由于实验思路不过分关注操作细节，故不必回答具体用什么放射性元素标记。
套用前文所述的实验思路答题套路：
自变量＋因变量＋预期结果，考生的作答要与标准答案非常接近。
答案
（1）实验思路：
甲组：
将宿主细胞培养在含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）实验结果及结论：
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。
[学科素养解读] 考查实验探究能力，探究是一种科学的解决问题的方法。
探究总是以问题为起点，有了问题之后，结合所学知识和生活经验对问题作出合理的解释，这就是提出假说。
假说是否正确则需要设计实验方案并实施实验方案来验证。
在还没有实施实验方案之前，首先要预测实验结果，如果假设正确，那么实验方案实施之后会出现什么结果，这个结果称为实验预期结果。
实验方案实施之后会得到一个真实的实验结果，将实验结果和预期结果做比较，就能判断假设是否正确。
如果实验结果和预期结果相符，则结果支持假设，假设就是结论，结论是对问题的回答；如果实验结果不支持假设，结论就是否定了假设。
[经典再现] （2017·全国Ⅱ，37节选）豆豉是大豆经过发酵制成的一种食品。
为了研究影响豆豉发酵效果的因素，某小组将等量的甲、乙两菌种分别接入等量的A、B两桶煮熟大豆中并混匀，再将两者置于适宜条件下进行发酵，并在32h内定期取样观测发酵效果。
回答下列问题：
（1）该实验的自变量是____________、____________。
（2）如果在实验后，发现32h内的发酵效果越来越好，且随发酵时间呈直线上升关系，则无法确定发酵的最佳时间；若要确定最佳发酵时间，还需要做的事情是________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）菌种 发酵时间
（2）延长发酵时间，继续观测发酵效果，最好的发酵效果所对应的时间即为最佳发酵时间
解析
（1）依据题干信息“甲、乙两菌种分别接种”“定期取样”，可确定自变量为菌种和发酵时间，因变量为发酵效果（具体检测指标未做要求）。
（2）若32h内的发酵效果出现峰值，则峰值对应的发酵时间为最佳发酵时间，否则应延长发酵时间继续测定发酵效果，直到发酵效果出现峰值。
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