高考生物二轮复习精品教学案专题15 实验与探究教师版.docx
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高考生物二轮复习精品教学案专题15实验与探究教师版
【2013考纲解读】
分子与细胞
（1）观察DNA、RNA在细胞中的分布
（2）检测生物组织中还原糖、脂肪、和蛋白质
（3）用显微镜观察多种多样的细胞
（4）观察线粒体和叶绿体
（5）通过模拟实验探究膜的透性
（6）观察植物细胞的质壁壁分离和复原
（7）探究影响酶活性的因素
（8）叶绿体色素的提取和分离
（9）探究酵母菌的呼吸方式
（10）观察细胞的有丝分裂
（11）模拟探究细胞表面积与体积的关系
遗传与进化
（1）观察细胞的减数分裂
（2）低温诱导染色体加倍
（3）调查常见的人类遗传病
稳态与环境
（1）探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用
（2）模拟尿糖的检测
（3）探究培养液中酵母菌数量的动态变化
（4）土壤中动物类群丰富度的研究
（5）探究水族箱（或鱼缸）中群落的演替
【知识网络构建】
【重点知识整合】
一、实验设计的基本原则
1.科学性原则
所谓科学性原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期有科学依据，实验的各个环节不能偏离生物学基本知识和基本原理，以及其他科学领域的基本原则。
科学性原则具有两个方面的含义：
首先，必须保证实验的设计不出现科学性错误；其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的因素。
具体地说，科学性原则体现在以下几个方面：
实验原理的科学性、实验方法的科学性、实验材料选择的科学性、实验结果处理的科学性及实验结果分析的科学性等。
2．平行重复原则
平行重复原则要求控制某种因素的变化强度，观察其对实验结果的影响程度。
任何实验都必须能够重复，在同样条件下重复，实验结果应该一致或相近，实验设计时，可以通过在一组实验中同时处理多个材料体现重复性原则。
3．单一变量原则
单一变量原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确。
其含义包括：
①不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个变量对应一个需要观测反应变量；②实验中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。
这一原则强调实验组和对照组只有一个量是不同的，实验组和对照组的结果差异只能是由这个单一变量导致的，从而证明实验组变量的作用。
因此，在进行实验设计时，要首先确定实验变量并正确设置。
4．对照原则
对照原则是中学实验中最常用的原则。
通过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又可增加实验结果的可信度和说服力。
在一个对照实验中，可包括实验组和对照组。
实验组是接受自变量处理的对象组，对照组是不接受自变量处理的对象组，一般是随机决定的。
常用的对照组类型有空白对照、自身对照、条件对照、相互对照几种。
5．控制与平衡控制原则
该原则是指要严格地操纵自变量，以获取因变量。
同时，要严格地均衡无关变量，以消除额外变量干扰。
即尽量消除实验误差，以取得较为精确的结果。
常用的方法有单组、等组及轮组实验法。
6．随机性原则
实验设计中的随机性原则是指被研究的样本是从总体或群体中随机抽取的。
这样做可以：
①消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；②平衡各种条件，避免实验结果出现误差。
二、探究性实验与验证性实验的比较
验证性实验
探究性实验
实验目的
验证研究对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系。
实验结论已经明确
探究研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系。
实验结论存在多种可能
实验假设
结论已知，不需假设
对探究的问题提出一种可能
实验原理
由验证内容决定
由探究内容决定
实验步骤
①分组编号②实验处理（对实验组和对照组的处理，除单一变量外，其他条件、因素等完全相同）
③观察、记录实验现象，收集整理实验数据
①分组编号②实验处理（对实验组和对照组的处理，除单一变量外，其他条件、因素等完全相同）
③观察、记录实验现象，收集整理实验数据
实验现象
只有一种情况
存在多种可能
结果预测
对确定的结果进行描述
对多种可能进行描述
实验结论
要验证的问题
肯定或否定假说
三、实验设计及分析
1．科学研究方法的基本思路
生物科学是一门实验科学，在生物学中，很多基本概念、基本方法、基础理论的得出，都是通过科学家的实验最终确立的，因此学好科学研究方法的基本思路，就显得极为重要。
科学研究方法的基本思路是：
观察、提出问题―→提出假说―→设计、完成实验―→分析数据，得出结论
2．实验设计时的一般步骤
第一步，取材、分组、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。
这些材料、用具在试题中都会给出，要结合实验的目的和原理合理利用。
第二步，相同处理和不同处理。
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）。
第三步，进一步做相同处理（其他因素相同且最适）。
第四步，检测、观察、统计、比较。
找出具体的观察和记录对象，观察、记录、统计、比较实验数据和现象。
如果实验现象是隐蔽的，必须找出具体的检测方法，以显现实验结果，便于观察。
3.实验结果与结论的分析与归纳
实验结果是指通过观察或测量的实验现象，是实验实际出现的情况。
实验结论是根据对实验因变量与自变量关系的分析得出的具有普遍意义的理论性结论。
结论的得出必须依据实验结果。
归纳实验结论的一般思路是：
（1）通过实验目的或步骤（根据单一因素不同）找出实验变量，将实验分为多个对照组。
（2）由因找果，分析实验变量与结果间的逻辑关系，先得出正确结论（分结论）。
（3）再根据各对照组中得出的“分结论”，综合为“全面结论（总）”。
（4）在验证性实验中，如果实验目的已知，可直接作为正确结论，但全面性要因对照组而定。
【高频考点突破】
考点一设计性实验
例1、某遗传实验小组用纯合的紫花香豌豆（AABB）和白花香豌豆（aabb）杂交，得到F1植株366棵，全部表现为紫花，F1自交后代有1650棵，性状分离比为9∶7。
同学甲认为F1产生配子时不遵循自由组合定律，同学乙认为F1产生配子时遵循自由组合定律。
（1）你认为同学乙对香豌豆花色遗传的解释是________________，由此你可以得出的结论是_______________________________________。
（2）请设计一个实验证明你的解释是否正确。
Ⅰ.实验步骤：
①__________________________________________。
②___________________________________________。
Ⅱ.实验结果及结论：
①___________________________________________。
②_____________________________________________。
【解答实验设计题的一般思路】
（1）明确实验类型，确定是验证性实验还是探究性实验。
验证性实验具有明确的结果；探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的，应针对各种可能性分别加以考虑和分析，得到相关结论。
（2）确定实验变量，并设置实验变量。
可从实验题目中获得启示从而确定实验变量。
（3）遵循单一变量原则，其他条件相同，同时要确保实验的顺利进行，且避免对实验因素的干扰。
（4）确定实验观察的对象或实验检测指标。
（5）构思实验步骤，准确表达（注意实验操作顺序的合理安排）。
（6）记录实验现象，依据实验原理，分析实验结果，得出实验结论。
考点二评价改进型实验题
例2、阅读下列内容，回答有关问题：
（1）实验目的：
①验证种子萌发、幼苗生长与生长素有关。
②确定某种植物的种子萌发、幼苗生长的最适生长素浓度范围。
（2）材料用具：
萝卜、水稻、油菜等种子若干；试管、移液管、培养皿、滤纸、生长素溶液（浓度分别为100mg/L、10mg/L、1mg/L、0.1mg/L、0.01mg/L）。
（3）实验步骤：
①取5支试管，编号。
在1～5号试管中，分别加入5mL不同浓度的生长素溶液。
②在5支试管中各放入2粒某植物种子，浸泡24小时。
③取5个培养皿编号（1～5号），每个培养皿内事先都垫上用蒸馏水浸湿的滤纸，将从1～5号试管中取出的种子分别放入与之对应的1～5号培养皿中，在湿滤纸上均匀摆放。
盖上培养皿盖（假设氧气充足）。
（4）观察与收集数据。
（5）分析与讨论：
问题1：
本实验步骤中，有三处不够严谨，请指出并改正：
①__________________________________________；
②___________________________________________；
③____________________________________________。
问题2：
为使实验结果真实和具有普遍性，需要__________________________________________。
问题3：
若你是该实验小组的成员，负责观察和收集数据，请你按实验目的的要求，设计一张记录表格。
解析：
本题主要考查对实验步骤的评价和修正能力。
解题时，要从对照实验的设置、实验材料的选取（包括材料的种类和数目）以及实验处理等方面进行分析。
依实验目的，“验证种子萌发、幼苗生长与生长素有关”，并“确定某种植物的种子萌发、幼苗生长的最适生长素浓度范围”，可知该实验的自变量是生长素的有无及生长素浓度的高低，因此，在原实验的基础上，需要补充无生长素的空白对照组。
为提高实验的可信度，一方面要增加实验种子的数量，另一方面可以运用不同的种子进行重复实验。
通过仔细审题，发现步骤③中的滤纸并未用不同浓度的生长素溶液进行处理，在实验结果记录表格中，要体现实验的自变量（不同浓度的生长素溶液）和因变量（种子发芽率、幼苗长度）等。
答案：
问题1：
①应再设置一支对照试管，加5mL蒸馏水，编号为6 ②步骤②中的种子数目过少 ③步骤③中的滤纸应该用对应浓度的生长素溶液浸湿 问题2：
用不同植物的种子重复上述实验
问题3：
培养皿
1
2
3
4
5
6
种子发芽率（发芽粒数）
幼苗长度（mm）
考点三开放探究性实验
例3、染色体的断裂片段在有丝分裂时不能进入子细胞核中，而在细胞溶胶（细胞质基质）中形成圆形结构，称为微核。
通过染色可观察到微核，常用含微核的细胞数占观察细胞总数的比例（微核率）来检测有毒物质对细胞的危害程度。
某研究小组应用微核检测技术探究不同浓度的氯苯对人类细胞的危害程度。
请根据以下提供的实验材料与用具，设计实验思路，绘制用于呈现实验数据的坐标系，并预测最可能的实验结果。
材料和用具：
人成纤维细胞悬浮液、培养液、0.1mg·L－1的氯苯溶液、染色液、显微镜、细胞培养瓶、二氧化碳培养箱等。
（染色和制作装片的具体方法不作要求）
（1）实验思路：
（2）绘制一个用于呈现实验数据的坐标系。
（3）预测最可能的实验结果。
（4）检测微核时可用________溶液作染色剂。
微核检测技术高度灵敏，简单易行，你觉得它还能应用在哪些社会热点问题上？
______________________________。
（请举一例）
解析：
（1）探究不同浓度的氯苯对细胞的危害程度，应配制不同浓度的氯苯作自变量，用动物细胞培养技术培养细胞，显微观察统计微核细胞数。
（2）数轴要有文字标注和单位。
（3）最可能的实验结果是随着氯苯化合物浓度的增加，细胞的微核率也相应增加。
（4）微核是断裂的染色体，要用龙胆紫或醋酸洋红染色。
答案：
（1）①配制浓度从低到0.1mg·L－1氯苯化合物，分别等量加入细胞培养瓶中，另设一只培养瓶不加氯苯化合物，并编号；
②向各培养瓶中加入等量的培养液和人成纤维细胞悬浮液，放入二氧化碳培养箱中培养一段时间；
③取各培养瓶中培养液，染色后分别制成装片，在显微镜下观察并计数，统计出微核率。
（2）如右图：
（3）随着氯苯化合物浓度的增加，细胞的微核率也相应增加。
（4）龙胆紫或醋酸洋红 对食品添加剂、汽车尾气、辐射等进行安全评价（其他答案合理也可）
【开放型实验设计题的一般解题思路】
首先，打草稿或腹稿，做到心中有数。
在草稿纸上画出一个大致的流程图或拟一个纲要，排一排实验步骤的先后顺序，认清实验中的自变量、因变量和无关变量。
一般来说，分三步：
分组、处理和观察。
其次，组织语言，准确描述。
要注意体现“等量原则”相关词语的准确使用，如“等量”“等温”“生长状况相同”等，在时间、温度、物质的量上难以做到准确量化描述时，尽可能用“定性”的语言表达，如“一段时间”“适宜的温度”“适量的”“一定量的”等。
必要时可用图来表示，但应加入适当的文字说明。
再次，依实验类型，分析实验结果。
假如题目中出现了“是否”“有无”“能否”等语气不确定的词，在分析实验可能出现的结果时，要从正反两方面进行分析，甚至从中立的方面分析。
如“探究光对种子萌发的影响”时就可能出现三种情况：
促进作用、抑制作用、没有影响。
但如果题目要求写出最可能的结果，则应根据所学的知识确定其中的一种。
最后，依据实验现象，获得实验结论。
要从实验现象中获得结论，而结论往往同实验目的相呼应。
如果实验目的不够明确，则应加入自己对该实验的理解，尽量利用教材中的语言来作答。
【难点探究】
难点一 观察类实验
1．很多实验中必须先制作玻片标本，然后在显微镜下观察。
下面的实验步骤错误的是
A．脂肪鉴定：
切取花生子叶薄片→染色→去浮色→制片→观察
B．有丝分裂观察：
解离根尖→染色→漂洗→制片→观察
C．质壁分离观察：
撕取紫色洋葱鳞片叶表皮→制片→观察→滴加蔗糖溶液→观察
D．细胞质流动观察：
取黑藻小叶→制片→观察
【拓展整合】实验归类
实验名称
细胞的状态
染色剂
生物材料
观察DNA、RNA在
细胞中的分布
死细胞
甲基绿吡罗红
人的口腔上皮细胞
观察线粒体
活细胞
健那绿
观察细胞的减数分裂
死细胞
无（为固定装片）
蝗虫精母细胞
低温诱导染色体加倍
死细胞
改良苯酚品红染液
洋葱根尖细胞
观察细胞的有丝分裂
死细胞
龙胆紫（或醋酸洋红）
观察多种多样的细胞
活或死细胞
无（无需染色）
酵母菌细胞、水绵细胞、叶的保卫细胞、鱼的红细胞等
观察叶绿体
活细胞
藓类的叶（或菠菜叶、黑藻叶）
观察植物细胞的
质壁分离与复原
活细胞
紫色洋葱鳞片叶表皮细胞
【特别提醒】
（1）以上实验除了“观察植物细胞的质壁分离与复原”使用低倍镜即可外，其余均需使用高倍镜。
（2）鉴定类实验中的“脂肪的切片法鉴定”、探究性实验中的“培养液中酵母菌种群数量的动态变化”都需用显微镜观察。
难点二鉴别类实验
例2、下列有关实验及显色结果的叙述，正确的是（）
A．在水浴加热条件下，蔗糖与斐林试剂发生作用生成砖红色沉淀
B．脱氧核苷酸与吡罗红作用呈现红色
C．在常温条件下，蛋白质与双缩脲试剂发生作用呈现紫色
D．在常温条件下，核糖核酸与甲基绿作用呈现绿色
【拓展整合】
实验名称
试剂
颜色
生物材料
备注
淀粉的鉴定
碘液
蓝色
脱色的叶片
还原糖的鉴定
斐林试剂
砖红色沉淀
苹果或
梨匀浆等
现配现用、
水浴加热
脂肪鉴定
苏丹Ⅲ（或Ⅳ）染液
橘黄（或红）色
花生种
子切片
需用高倍镜观察
蛋白质鉴定
双缩脲试剂
紫色
豆浆、稀
蛋清等
先加A液，后加B液，
摇匀使用
叶绿体中色素
的提取和分离
提取液：
无水乙醇；分离液：
层析液
①胡萝卜素：
橙黄色②叶黄素：
黄色③叶绿素a：
蓝绿色④叶绿素b：
黄绿色
新鲜的绿叶
（如菠菜叶）
加入二氧化硅是为了研磨得更充分；碳酸钙可防止在研磨中色素被破坏
【特别提醒】 实验材料应注意选择无色或颜色浅的材料，这样可以避免材料本身的颜色掩盖反应产生的物质的颜色，如鉴定还原糖一般不用有色的材料，鉴定蛋白质一般不用血红蛋白等。
难点三调查类实验
例3．下列所列举的调查活动或实验，实验所得到数值与实际数值相比，可能偏小的是
①在探究培养液中酵母菌种群数量时，从试管中吸出培养液计数前没有振荡试管 ②在调查土壤小动物丰富度时，用诱虫器采集小动物没有打开电灯 ③用标志重捕法调查池塘中鲤鱼的种群密度时，部分鲤鱼身上的标志物脱落 ④用样方法调查草地中的蒲公英时，不统计正好在样方线上的个体
A．①②③ B．③
C．①②④D．②③④
解析：
该题考查种群数量的调查、种群密度的调查、群落中动物丰富度的调查，属于常规实验的考查。
在探究培养液中酵母菌数量时，从试管中吸出的培养液计数前没有振荡导致酵母菌贴试管壁的个体被忽略，使培养液中的酵母菌数比实际结果偏小；在调查土壤中小动物丰富度时，用诱虫器采集小动物没有开灯会导致捕获到的动物种类减少，最终使实际结果偏小；用标志重捕法调查种群密度时，鲤鱼身上标志物脱落会导致第二次捕获到的标志个体减少，但根据公式标记比例不变，所以求得的该种群生物总数变大；用样方法求蒲公英的种群密度，如果不统计样方线上的个体数，导致统计的个体数减少，故种群密度比实际结果偏小。
答案：
C
【特别提醒】
①调查方法：
取样调查法。
可根据不同的调查目的和对象应用不同的取样方法。
②调查选材：
为使实验获得成功，常选用一些容易调查的内容，如植物种群密度的调查选择客易辨别个体的双子叶植物，遗传病的调查选择发病率高的遗传病等。
③随机调查：
调查的随机性决定了调查的准确性，所以应做到无区别对待调查对象，以确保调查的准确性。
难点四探究性实验
例4．选择30只生理状况大致相同的健康成年小白鼠，测定小白鼠单位时间耗氧量的平均值，以代表小白鼠的物质代谢强度，将其随机分为甲、乙两组，做如下处理：
级别
实验处理方法
实验结果
甲
切除小白鼠体内的甲状腺
切除10天后，测得其物质代谢强度大大下降
乙
切除小白鼠体内的甲状腺，5天后，连续给小白鼠注射一定量溶于某种溶剂中甲状腺激素
切除10天后，测得其物质代谢强度没有下降
由此可以推测：
甲状腺激素能提高小白鼠的物质代谢能力。
为了证明这一推论，要增加下列哪项作为对照实验
A．切除甲状腺，注射生理盐水
B．既不切除甲状腺，又不注射甲状腺激素
C．从切除甲状腺后的第5天开始，注射用于该实验的某溶剂
D．从切除甲状腺后的第5天开始，注射溶于另一种溶剂中的甲状腺激素
【变式探究】为了探究某物质（X）的作用，研究者提出了以下实验思路：
（1）实验分组：
甲组：
培养液＋Y细胞＋3H－TdR（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷）＋生理盐水
乙组：
培养液＋Y细胞＋3H－TdR＋X（用生理盐水配制）每组设置若干个重复样品。
（2）分别测定两组的CRD（细胞内的放射性强度），求每组的平均值。
（3）将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定其CRD，求每组平均值并进行统计分析。
（要求与说明：
答题时用X、CRD、3H－TdR表示相关名词：
Y细胞是能增殖的高等动物体细胞）
请回答：
（1）实验目的：
__________________________________。
（2）预测实验结果及结论：
________________________。
（3）实验中采用3H－TdR的原因是：
_______________。
【解析】
（1）该实验的变量为某物质（X）的有无，因变量为细胞内的放射性强度的强弱。
3H－TdR是用来合成DNA的原料，若细胞分裂旺盛，则细胞内的放射性强度的平均值（CRD）就比较高。
所以该实验的目的是探究X对Y细胞增殖（DNA合成）的影响。
（2）X对Y细胞增殖（DNA合成）的影响可能是促进、抑制或无任何作用。
如果乙组CRD明显高于甲组，说明X对Y细胞增殖（DNA合成）有促进作用；如果乙组CRD与甲组基本相同，说明X对Y细胞增殖（DNA合成）无影响；如果乙组CRD明显低于甲组，说明X对Y细胞增殖（DNA合成）有抑制作用。
（3）碱基T为DNA特有碱基，若用3H－TdR来培养细胞，则可知细胞的放射性来自于细胞内新合成的DNA。
CRD越高，证明细胞增殖速度越快。
【特别提醒】如何做出假设并预期实验结果
（1）假设的做出一定要根据已有的知识经验进行，否则做出的假设就是罗列各种可能的情况，意义不大。
做出的假设还应该紧紧呼应提出的问题。
（2）做出假设后还应预期相应的实验结果，为实验的检测做好准备，为实验结果的分析提供相应的依据。
（3）验证性实验无需假设，一般只能是一种预期结果；而探究性实验需要做出假设，在此基础上做出两种及两种以上的预期。
并得出相应的结论。
难点五评价性实验
例5、保水剂是一类高分子聚合物，可提高土壤持水能力及水肥利用率。
某生物兴趣小组为探究“保水剂和氮肥对小麦光合作用的影响”，进行了以下实验：
材料用具：
相同土壤基质栽培的小麦幼苗若干，保水剂，氮肥等。
方法步骤：
①选取长势一致的小麦幼苗若干，平均分为A、B、C三组，分别施用适量的保水剂（60kg·hm－2）、氮肥（255kg·hm－2）、保水剂（60kg·hm－2）＋氮肥（255kg·hm－2），置于相同的轻度干旱条件下培养，其他培养条件相同且适宜。
②在小麦灌浆期选择晴朗无风的上午，于10：
00～11：
00从每组选取相同数量的叶片，进行CO2吸收量及叶绿素含量的测定，结果（均值）如下表：
组号
CO2吸收量/μmol·m－2·s－1
叶绿素含量/mg·g－1
A
10.66
3.07
B
13.04
3.02
C
15.91
3.05
实验结论：
适量的保水剂与氮肥配施有利于提高小麦光合作用强度。
（1）请指出上述方法步骤中的缺陷并改正：
步骤①____________；步骤②____________。
（2）如不考虑方法步骤中的缺陷，从影响光合作用的内在因素分析，保水剂与氮肥配施提高了CO2吸收量的原因可能是________。
（3）实验测得的CO2吸收量______（大于、等于、小于）光合作用过程中CO2实际消耗量，理由是________________。
光合作用强度可通过测定CO2吸收量，也可以通过测定________释放量计算。
【拓展整合】
1．举例
探究性实验
验证性实验
实验名称
鉴定某人是否出现糖尿
验证某糖尿病患者尿液中含葡萄糖
实验原理
相同（斐林试剂与可溶性还原糖作用出现砖红色沉淀）
实验步骤
相同（取尿液后加斐林试剂水浴加热，观察实验现象）
实验现象
出现或不出现砖红色沉淀
出现砖红色沉淀
预期实验结果
出现或不出现砖红色沉淀
出现砖红色沉淀
实验结论
若出现砖红色沉淀，证明此人出现糖尿；若不出现砖红色沉淀，证明此人不出现糖尿
糖尿病患者尿液中含葡萄糖
2.实验设计时的一般步骤
（1）取材、分组、编号
取材时要注意数量和生理及发育状态相同，用具要相同等，即无关变量要相同且适宜，不影响实验结果。
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