高一生物第十一章科学实验的一般原理和方法教学案.docx
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高一生物第十一章科学实验的一般原理和方法教学案
高一生物第十一章科学实验的一般原理和方法教学案
第一节实验课题的选择和实验设计
【解题指导】
例1给你洋葱、蔗糖、蒸馏水及必要的工具，请设计一个测定洋葱表皮细胞滚浓度范围的实验方案。
析
（1）实验原理：
水分的渗透作用。
（2）实验方法：
①配制一系列不同浓度的蔗糖溶液（如5％、10％、15％、20％）。
②制作上述各蔗糖溶液处理的洋葱表皮细胞装片。
③用显微镜按蔗糖溶液的浓度梯度逐个观察装片。
（3）结论：
该洋葱表皮细胞液的浓度介于能引起与不能引起细胞质壁分离的两种相邻浓度溶液的浓度之间。
该实验的设计是按照一般实验法的原理，直接通过实验组而得出结论的。
例2请你设计一个实验，证明动物生长激素的分泌器官及其生理作用。
（切除动物垂体情况很复杂，本实验仅作为学生设计实验）
析〔设计方案〕
（1）材料：
幼年兔（或其他幼年哺乳动物）。
（2）处理：
实验组A：
切除垂体；实验组B：
切除垂体后每天注射生长激素；对照组C：
正常兔。
（3）根据观察的结果得出结论：
实验组A：
生长停止；实验组B：
先停止后又继续生长；实验组C：
不停止生长。
由此得出生长激素是垂体分泌的，能促进幼小动物生长的结论。
该实验的设计是利用对照实验法的原理，通过实验组和对照组结果差异的比较得出结论的。
例3有一个生产大队研究小麦增施氮肥（尿素）的增产试验。
实验设计为两个处理：
处理
（一）为每公顷施尿素150kg；处理
（二）为每公顷施尿素300kg；以不施肥为对照（CK）。
施肥试验小区的排列方式有两种：
重复一次和不设重复。
试绘制小麦田间试验小区两种排列方式的规划图。
析根据试验设计要求，每个试验小区面积应一致，两种田间排列方式如下二图。
施肥试验一（重复一次）施肥试验二（不设重复）
【巩固练习】
1．研究不同饲料喂养家猪的育肥效果和比较小麦不同品种叶片大小的实验，应如何选择材料？
2．某中学课外活动小组计划进行白玉蜗牛的养殖实验，在实验设计上，你认为应探究哪些具体内容？
3．在动物实验中，正确设置对照十分困难，要选择20只完全相似的动物分为每组10只的对照组和处理组，是难以做到的。
那么，进行这种实验，你能提出一个聪明的设置对照的方法吗？
4．许多科学家认为，孟德尔进行的植物杂交试验，选择豌豆做实验材料是他成功的关键；卡尔文在研究植物光合作用的暗反应时，选择小球藻（Chlorella）为材料也是成功的关键。
这是为什么？
5．有一位船长要试验某种防治晕船药物的效果，他选择旅客为对照，让船员都服用药剂，其结果大多数旅客晕船了，而船员没有晕船，这一结果能否说明这种药的功效？
为什么？
第二节实验实施的技能和技巧
【解题指导】
例1根据提供的动物标本，通过详细观察试比较豺、狼的区别，请填入下表：
体型
体色
尾部
豺
狼
析经过观察和测量，豺体型小，狼体型大；豺的体色为红棕色，狼为灰黄色；豺的尾粗长、毛密似狐尾，狼的尾较短尖，尾下垂，很少活动。
例2取数量相同，大小一致的两种不同处理（喷施生长素浓度不叫的棉花叶片，利用实验桌上的设备，设计一种测量叶片面积的方法。
（1）较详细地叙述你的实验过程。
（2）计算出两种处理叶面积的大小。
析棉花叶片属不规则形状物体。
测量叶片面积有两种方法：
（1）利用刻度尺测量叶片的长度（叶片基部至叶尖的长度）和叶长度中点处的宽度，按长×宽×0.761公式计算叶面积。
（2）利用方格纸，把叶片平整地放在方格纸上，用削尖的铅笔把叶片的边缘描绘下来。
由于每一方格的面积是已知的，计算叶片占据的格数，即可求出叶片的面积。
例3取相同数量的国光和红富士不同苹果品种的果实，利用实验桌上提供的卡尺、刻度尺、量杯、量简、台秤等工具，设计一种测量苹离果实大小（体积）的方法，并用所测数据比较两种不同苹果果实的大小。
析苹果的果实属不规则形状物体，可用量筒或量杯测量体积，即在量简内先放入一定量体积的水，然后放入待测的苹果果实，通过测量筒内体积增长情况，即可求出不同品种果实体积的大小。
例4为测定不同豆类种子发芽时期的含水量，现提供黄豆、绿豆、蚕豆、豌豆4种豆科植物萌发种子，在实验桌上备有称量瓶、天平、坩锅钳、干燥器和室内用烘箱等设备，设计测定含水率的实验流程，并比较4种萌发种子含水率的多少。
析测定含水率的方法：
样品（一定量）
称量瓶
烘箱
用坩埚钳取出称量瓶
干燥器
称量瓶
烘箱
称量瓶再称重
称量瓶（恒重）。
计算水分质量分数。
水分质量分数（％）＝
例5将黄化豌豆幼苗的芽鞘尖除去，然后进行实验，以研究植物激素对豌豆幼苗生长的影响。
利用墨水在每株上胚轴距离顶端的位置画一记号，如下图所示：
把经过上述方法处理的幼苗分为三组，每组有120株，其中两组分别施以激素A或B。
然后将所有的幼苗置于黑暗的地方生长5天。
每天从每组中取20株幼苗，于记号处将其“顶部”切去，并测定“顶部”的平均长度（L）和平均鲜重（W）、最后将每组的W/L值计算出来。
结果如下表所示。
天
对照实验＋激素A＋激素B
LWW/LLWW/LLWW/L
（mm）（mg）（mg/mm）（mm）（mg）（mg/mm）（mrn）（mg）（mg/mm）
0
10.020.52.0510.021.02.1010.021.52.15
1
10.221.02.0610.327.52.6712.552.02.00
2
10.821.51.9910.942.53.9015.536.02.32
3
11.022.02.0011.260.05.3622.049.52.25
4
11.522.01.9111.469.56.1029.559.02.00
5
11.422.51.9711.360.55.3530.060.02.00
（1）用什么工具测量幼苗长度？
参考有关平均长度（L）的数据，可以得出什么结论？
（2）用什么工具测量幼苗的重量？
“顶部”平均重量（W）与幼苗细胞体积有何关系？
解释作的答案。
（3）根据你在回答
（2）时所作推论，W／L代表什么？
（4）写出一种激素的名称，其特征须与激素B类似。
（5）施以激素A的幼苗的W／L值，在第5天比第4天为低，提出一项可能理由进行解释。
（6）解释以下实验步骤的原因：
①除去豌豆幼苗芽鞘。
②将幼苗置于黑暗中生长。
析（l）测量长度用刻度尺，从三组实验“顶部”平均长度比较来看，激素B有促进生长的作用。
（2）测量幼苗的重量用天平，“顶部”平均重量增加与幼苗细胞体积加大有关。
细胞伸长生长体积加大，液泡水量增加，因此重量增加。
（3）W／L代表每mm幼苗的重量（mg）。
（4）生长素与激素B相似。
（5）施以激素A的W／L值降低，可能是由于激素A增加幼苗重量的作用降低，致使W／L值降低。
（6）因为芽鞘是产生生长素的部位，所以研究外源激素的作用，要切除豌豆幼苗芽鞘。
另外，将幼苗置于黑暗中生长，防止光合作用因素对实验的干扰。
【巩固练习】
6．渔民常用鸬鹚（俗称鱼鹰）捕鱼，根据你的观察，鸬鹚有哪些适于捕鱼的形态特征？
7．在动物园观察孔雀的行为，请描述孔雀开屏的精彩表演：
开屏的孔雀性别是性。
它把尾屏，展开似形。
还不断地转动，抖动，发出的声音，作出各种优美的舞蹈动作。
这是一种行为。
尾屏是由尾上的发达而成，而不是尾羽，尾羽的长度，隐于。
8．根据给你提供的仙人掌、茧丝子、葫芦藓、金鱼藻四种植物的观察，填写下表：
植物
根
茎
叶
适于生活场所
仙人掌
葫芦藓
菟丝子
金鱼藻
9．观察下图中表示的黑头鸥可能出现的几种姿态，试回答：
一只海鸥偶然在另一只海鸥的领地中，两只海鸥彼此相遇，以下哪一种可能是后来者的姿态？
10．某校生物实验小组计划开展培育作物新品种的田间试验，你认为田间观察应制定哪些观察项目？
11．某校课外活动小组研究不同浓度的蔗糖溶液对马铃薯薯块大小的影响实验，其步骤如下：
（1）用打孔器从同一个马铃薯块茎上取三块样品，用刀片修整，使其长度至少为30mm，三个样品尽可能等长。
（2）尽可能精确地测量每一薯块的长度、直径、体积、重量，将所得数据记入下表中。
（3）把三个薯块分别放在作好标志的A、B、C三个试管中。
在A试管中倒入蒸馏水，把10％糖溶液倒入试管B中，把20％的糖溶液倒入试管C中，都要使薯块浸泡。
然后用铝箔把每个试管口封好并放在试管架上。
待1～2天后，将薯块从试管中取出，按
（2）的测量要求重做一次，也在表中记下所得的数据。
试回答下列实验问题：
（1）除记录的数据所表明的变化外，在三个薯块上还分别观察到什么其他变化？
（2）薯块A的体积发生了什么变化？
（3）糖溶液浓度与薯块重量的变化之间有什么关系？
（4）提出一个假设来说明在什么样的浓度下，马铃薯的重量不变？
并设计一个验证实验。
测量
薯块A（蒸馏水）
薯块B（10％糖溶液）
薯块C（20％糖溶液）
第1天
第2天
区别
（＋或－）
第1天
第2天
区别
（＋或－）
第1天
第2天
区别
（＋或－）
长度
（mm）
直径
（mm）
体积
（L）
重量
（g）
第三节实验结果的分析和总结
【解题指导】
例1河北省某养羊场10头小尾寒羊的产毛量（kg）如下：
X：
5.3，9.9，6.8，8.3，5.4，9.8，5.0，7.3，7.3，6.4
试计算其平均数（X），并说明变异程度如何？
析
（1）依平均数的计算公式：
X＝计算。
X＝5.3＋9.9＋6.8＋8.3＋5.4＋9.8＋5.0＋7.3＋7.3＋6.4＝71.5
n＝10，
代入公式：
X＝71.5/10＝7.15kg
（2）变异程度可按标准差的公式：
Sx＝
计算。
计算方法如下：
根据公式要求，先列表整理数据（见下表）。
X
（X－X）
（X－X）2
5.0
－2.15
4.623
5.3
－1.85
3.423
5.4
－1.75
3.063
6.4
－0.75
0.562
6.8
－0.35
0.122
7.3
＋0.15
0.022
7.3
＋0.5
0.022
8.3
＋1.15
1.323
9.8
＋2.65
7.023
9.9
＋2.75
7.563
X＝71.5
（X－X）＝0
（X－X）2＝27.746
X＝71.5/10＝7.15（kg）
代入公式：
Sx＝
＝
＝1.75（kg）
例2在某一养牛场的牛群中，随机测量100头牛的体高，所得变数值如下表。
试编制次数分布表和次数分布图，并说明大多数牛的体高是多少？
100头牛的体高资料（单位：
cm）
136136135132137129136129143137
138133137125133137134129136129
136137129129136129133136130133
134140131137135137135141139132
134131137132128131134136132134
126134132133136136138136143136
138142138133133137134133129135
133139135136128131132135141127
139134132134137134134133131139
132131128134138131136136134133
析解答此题，首先对原始数据（上表）进行整理。
根据分组的方法，确定分组数、组距和组中值。
本实验可分10组，在变数中最大值为143cm，最小值为125rm，组距为2cm，计算组中值之前，应先用组距数求出组限。
如第一组的组限是从最低的体高减去组距的1/2，即125cm－2cm/2＝124cm，这是第一组的下限，它的上限是加上组距的1/2，即125cm＋2cm/2＝126cm，由此确定第一组的组限为124cm～126cm。
组中值为125cm。
分组后即可制出次数分布表，具体方法见下表。
100头牛体高（cm）的次数分布表
组限（C·i）
组中值（cm）
次数（f）
124～125.9
126～127.9
128～129.9
130～131.9
132～133.9
134～135.9
136～137.9
138～139.9
140～141.9
142～143.9
125
127
129
131
133
135
137
139
141
143
正
正正正
正正正正正一
正正正正
正正正
正
2
4
8
15
26
20
15
5
3
2
根据次数分布表所提供的数据，即可绘制次数分布图（见下图）。
从上表（次数分布表）和下图（次数分布柱形图）可以清楚地看出，大多数牛的体高在132cm～135.9cm之间。
100头牛体高的次数分布图
例3在实验桌上给你提供30盘大豆发芽种子，每盘20粒，各盘种子发芽情况不同，试绘制30盘大豆发芽种子次数分布表和曲线图。
析为绘制发芽种子曲线图，首先应统计出每盘中发芽种子数，有多少相同发芽种子数的盘数（即出现的次数），并计算出在30盘中所占％，也就是在总次数中占％。
然后根据每盘中发芽种子数的多寡，由少到多排列，绘制出30盘大豆（每盘20粒）发芽种子次数分布表，并以每盘种子发芽数为根坐标，次数％（或称为相对次数）为纵坐标，绘30盘大豆发芽种子次数分布图。
例4豌豆象鼻虫（Callosobruchusmaculatus）是豆类作物的主要害虫之一。
象鼻虫的幼虫在豆粒中把这些种子咬坏，每个成虫在豆粒外表咬一个洞，咬蛀过的豆粒重量变轻，并会浮出水面上。
现有一豆粒，其中有些豆粒已经侵蛀了象鼻虫。
请计算以下问题：
（1）估计每100粒种子被咬坏豆粒的平均数并计算其标准差。
（2）估计象鼻虫在每100粒种子中种群密度的平均值及其标准差。
（3）写下取样的数据，并写出计算过程和结果（每个样本都要包括：
洞的总数、虫蛀种子的总数、取样种子的总数，每100粒种子虫蛀种子数，以及标准差和种群密度的计算方法等）。
析在一包豆粒中，随机取出100粒种子放入盛水的烧杯中，凡是浮出水面上的种子多是虫蛀的种子，从水中捞出浮在水面上的种子，统计粒数并观察有蛀洞种子的数目，采用这种方法重复5～10次，然后根据所得数据按平均数、标准差、种群密度的计算方法，即可求出得数。
【巩固练习】
12．对20株“冀麦30号”小麦植株进行调查，其主茎小穗数平均数为21.5个，标准差是1.19个；其株高平均数为85.5cm，标准差为8.55cm。
试问：
是小穗数变异程度大，还是株高变异程度大？
并分析其原因。
13．试比较脊椎动物前肢骨骼（见下图），通过比较你发现了什么现象？
如何解释这种现象？
脊椎动物前肢骨骼的比较
1．肱骨；2．尺骨和桡骨；3．腕骨和掌骨；4．指骨
14．人们发现吃了发霉的花生容易得癌症，吃了发霉的黄豆、发霉的玉米也容易得癌症，于是得出结论，凡是吃了发霉的食物都容易得癌症，你认为这种归纳的方法，得出的结论是否正确？
为什么？
15．以下是因果关系选择题。
每个叙述题都由陈述和理由两部分组成，上边是陈述，下边是理由，回答问题时在A～E的答案中合适的字母来表示。
ABCDE
正确正确正确错误错误
正确正确错误正确错误
有因果无因果
关系关系
（1）动物饲养员对突变的出现并不感兴趣，
因为大多数突变是有害的（）
（2）蜘蛛不属于昆虫纲
因为它是一种节肢动物（）
（3）在一个精子内不发生同源染色体配对
因为初级精母细胞发生有丝分裂（）
（4）肺动脉输送静脉血
因为它输送血液到肺（）
（5）脂肪用于身体的生长和发育
因为脂肪是组成原生质的主要物质（）
16．下表表示在烧怀中加入一些枯草浸出液，烧杯中的枯草杆菌以其中的有机物为食，过几天（d）后放入大草履虫，再过一段时间后，放入双小核草履虫，它们均以枯草杆菌为食，三种生物在浸出液中数量增减情况综合为下表。
试根据表中提供的数据绘制A、B、C数量增减曲线图，并据图回答：
试验材料
生物数量（个／mL）
1d
2d
3d
4d
5d
6d
7d
8d
9d
10d
枯草杆菌（A）
180
160
140
160
180
160
140
50
60
70
大草履虫（B）
-
60
80
70
60
50
40
20
0
0
双小核草履虫（C）
-
-
-
-
20
40
60
80
100
120
（1）枯草杆菌与草履虫之间构成关系，两种草履虫之间又构成关系。
（2）曲线A有时下降的原因是。
（3）曲线B下降的原因是。
【习题精选】
17．市农林局提供5个小麦品种的种子，试设计不同小麦品种产量比较试验方案（包括试验目的、供试材料、试验方法、试验田间排列、生育期、观察和考种项目、实验结果分析等）。
18．给你未萌发的黄豆种子、广口瓶、橡皮塞、凡士林、烧杯、小试管、NaOH、细玻璃管等材料和药品，试设计一个实验（包括实验装置、实验过程），达到验证“活的黄豆种子不萌发时也在进行呼吸作用”的目的。
要求画出实验装置示意图。
19．在做脊蛙搔扒反射实验中，在没有进一步破坏蛙体前提下，请设计一个实验证明皮肤感受器是引起反射的一个重要组成部分。
20．试设计证明植物的感性运动和向性运动的实验方案。
21．下图是不同施肥量的比较试验小区田间排列图，你认为这种小区排列法是否合适？
为什么？
如不合适，应如何排列？
22．请你根据已学过的生物学知识，如果排除人工修剪和使用药剂，设计出两种方法来培育出如右图所示的盆景，并说明其原理：
（1）方法是；原理是。
（2）方法是；原理是。
23．实验室里有以下物品：
一块已烘干的人体碎骨、烧杯、镊子、酒精灯、天平、稀盐酸、清水，请你安排一个最佳的实验步骤，并分析这块碎骨是儿童的还是成年人或老年人的。
下面是供选择的操作步骤：
A用清水把碎骨冲洗干净
B把碎骨放入盛有稀盐酸的烧杯里一段时间
C用镊子夹取碎骨放在酒精灯上烧到骨变成灰白色
D用镊子夹取碎骨观察是否已经变软
E用镊子夹取碎骨放在天平上称取重量
你设计的最佳实验步骤是（用字母来表示）。
24．用一个紫色洋葱，供多人按要求完成下列实验：
A细胞有丝分裂的观察
B细胞质壁分离和复原的观察
C根对矿质元素离子的交换吸附现象的观察
从取用实验材料方面看，最佳的实验安排顺序是（用序号表示）。
25．根据你在动物园所观察到的灰毛鹅的各种姿态（见下图），判断它们的行为。
A；B；C；D。
26．为测定不同水稻品种耐盐性的强弱，选用两个品种（A和B），各取500粒种子放入盛有不同盐溶0液浓度的培养皿内（每皿100粒），测定发芽情况如下表。
请说明：
（1）配制不同浓度盐溶液的方法。
（2）计算两个水稻品种在不同浓度盐溶液下的发芽率，并用平均发芽率对照比较，发芽率降低多少（用％表示）？
（3）试分析两个水稻品种对耐盐性的强弱。
不同盐（NaCl）溶液浓度对水稻种子发芽率的影响
品种
不同NaCl溶液浓度（％）
0（CK）
1
2
4
6
品种A发芽数
490
450
300
150
50
品种B发芽数
495
400
175
75
0
27．现有两头母猪均产了10头仔猪，其初生重如下：
甲母猪所产仔猪初生重（吨）
x：
0.75，1.0，1.1，1.2，1.35，1.5，l.6，1.8，2.2，2.5
乙母猪所产仔猪初生重（吨）
y：
1.4，1.4，1.4，1.5，1.5，1.5，1.5，1.5，1.6，1.7
请分析：
（1）这两头母猪所产10头仔猪的平均初生重是多少？
（2）这两个变数（x和y），哪个变异的范围大？
（3）你认为哪个母猪所产的仔猪比较整齐、均匀？
28．水稻土壤中三要素肥效试验结果如下表：
水稻三要素肥效试验结果
试验区
肥料成分
产量比（％）
N
P2O3
K2O
无肥区
0
0
0
35
无氮区
0
＋
＋
48
无磷区
＋
0
＋
70
无钾区
＋
＋
0
91
三要素区
＋
＋
＋
100
从表中的数值分析说明：
（1）哪个试验区产量最低？
哪个试验区产量次之？
缺少什么肥料产量急剧下降？
（2）该试验结果表明什么？
这块土壤中最感缺乏的是什么成分？
什么成分不感到缺乏？
29．100头肉猪月增重（kg）的次数分布如下表所示试绘制100头肉猪月增重曲线分布图。
100头肉猪月增重次数分布表
月增重（kg）
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
次数
2
2
6
13
15
23
16
13
6
2
2
此曲线分布图说明了什么现象？
30．通过“温度对豌豆幼苗呼吸作用强度的影响”的实验研究，得出以下数据（见下表）：
温度（℃）
10
20
30
40
50
呼吸作用强度（CO2mg／h·g）
3
8
12
15
10
请绘制坐标曲线图，并回答下列问题：
（1）呼吸强度最强的温度约为，呼吸最弱时的温度是。
（2）当温度在40℃～50℃时，呼吸强度约为。
贮藏蔬菜、水果、粮食时要保持。
31．在某小麦品种中，随机抽取100个植株，对每一植株高度进行测量，所得变数值如下表：
某小麦品种100株植株高度（cm）
90
104
103
102
106
106
83
106
105
99
99
93
102
101
94
96
97
105
96
89
83
99
101
93
99
93
90
95
102
95
90
98
91
96
90
95
99
93
95
106
98
99
93
101
94
93
94
89
92
98
103
86
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97
99
95
96
104
96
根据以上原始数据绘制出100株小麦株高分布的柱形图。
32．
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