试验设计的四个基本原则对照原则目的有比较才能有鉴别.docx

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试验设计的四个基本原则对照原则目的有比较才能有鉴别

实验设计的四个基本原则

一、对照原则

1．目的：

有比较才能有鉴别。

设置对照组，以鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异

2．方法：

①空白对照即不给对照组任何处理因素。

实际上对对照组的处理是不加实验组的处理因素。

如：

果树的环割实验（对结果实的影响）。

②条件对照给对照组放回的实验因素，不是所要研究的处理因素，而是非处理因素。

如：

交换吸附实验中的蒸馏水。

③相互对照不单设对照组，而是几个实验组相互对照。

如：

验证根对矿质元素的吸收具有选择性，把蕃茄、水稻分别培养在相同培养在相同培养液中

④自身对照对照和实验都在同一研究对象上进行。

如：

研究根的向地性和茎的背地性，可把植株横放于培养基上进行自然生长。

二、实验条件一致性原则

遵循单因子分析原理即整个实验过程，除欲处理的实验的因素外，其他条件要求前后一致。

这要求我们对影响实验结果的可能因素进行全面认真的分析，逐个消除无关因素，突出某一实验因素（处理因素）。

三、随机化原则指被研究的样本是从总体中任意抽取的。

四、重复性原则任何实验都必须能够重复，这是科学性的重要标志。

实验设计的基本方法

一、明确实验目的

实验目的是实验设计的出发点，要明确对象、范围和研究目的。

二、作出假设（实验目的的具体化）

假设是实验设计的关键步骤，实验设计就是要根据假设去寻找证据，决定方法。

三、预期结果

就是根据思路，检测假设，并对可能产生的现象作出预期，即预料实验现象和实验结果。

预期结果并不是假设本身。

四、设计方案步骤

这可能有多种思路，但要求简便、可行、安全、精确。

五、选择材料、用具

六、观察、收集及处理数据

七、分析、结论

对照实验中的变量控制

一、在对照实验中，一般只确认一个变量，即对实验结果有影响的变量。

如：

果树环割实验中的“环割”与“不环割”；根对矿质元素的交换吸附中的“有离子”和“没有离子“。

二、对照实验时，一定要有研究对象参与。

三、有些实验结果需要经过两次对照实验才能得到。

（其实第二、三条的本质其实也就是对实验变量进行控制，确认其中的一个变量为处理因素和非处理因素。

）

例1：

2000年高考实验设计

（2000浙江）血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏钙则血液不能凝固，草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起搞凝作用。

请根据提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，难钙离子在血液凝固中的作用，并回答问题：

一、材料和用具

（1）家兔

（2）生理盐水（3）酒精棉（4）适宜浓度的草酸钾溶液

（5）适宜浓度的氯化钙溶液（6）试管、注射器（针管、针头）

二、实验步骤和实验结果

A

第一步：

在A、B试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水

第二步：

……

生理盐水

B

草酸钾溶液

问题：

设置B管的目的是

解法思路：

实验目的：

验证钙离子在血液凝固中的作用

1．实验目的具体化（作出假设）：

（1）假如血液中有钙离子，则会凝固

（2）假如血液中无钙离子，则不会凝固

2．创设实验条件（可从分析实验材料和用具入手）：

草酸钾溶液——去掉血液中的钙离子（创设无钙离子的条件）

氯化钙溶液——提供钙离子（可创设有钙离子的条件，但血液中本身是有钙离子的，已具备有钙离子的条件）；家兔——供血；生理盐水——做对照；酒精棉——消毒；试管、注射器——取血。

3．书写实验步骤（把握关键句，按要求答题）

第二步：

用酒精棉消毒，用注射器取家兔血；

第三步：

立即将等量的新鲜血液分别加入到A、B两试管中，静置一段时间。

结果：

A管不凝固，B管凝固；

4．检查设计的严谨性

（1）A管不凝固是否与加入了草酸钾有关？

（2）氯化钙溶液还没有使用。

因此，要增加二次对照：

第四步：

将等量的氯化钙溶液分别加入到两试管中，

结果：

A管，B管。

例2：

某同学制定了下列实验方案：

（1）实验目的（略）

（2）实验材料和用具（略）

（3）实验方法和步骤

1用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液，密封不漏气

2将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物。

暗室内装有红色安全灯

3饥饿一定时间后，自暗室中取出，光照若干小时，使其充分进行光合作用

4取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热使叶绿素溶于酒精中

5将已脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘—碘化钾溶液检测有无葡萄糖的特异顔色反应出现

该实验方案中有几项明显错误，请指出错误并改正。

答案：

（1）步骤②中暗室内用红色安全灯是错误的，应改为绿色安全灯。

（2）步骤⑤中的“葡萄糖”是错误的，应改为“淀粉”。

（3）未设对照，对照的做法是：

A．装置同步骤①，但玻璃罩内用同一种生长状况相同的另一株植物代替该植物，用一杯清水代替NaOH溶液

B．重复改正后的步骤②

C．重复题中步骤③④

D．重复改正后的步骤⑤

例3：

为证实“CO2是光合作用合成有机物必需的原料”，

（1）实验中用浓NaOH溶液和石灰水的目的分别是

（2）进行实验之前植株应怎样处理

（3）两小时后，取下玻璃瓶中的叶片并测试其光合作用是否发生，实验该怎样做下去？

（4）指出该实验的对照实验：

。

实验综合能力训练

1、在验证光合作用产生氧的实验中，实验材料除金鱼藻、烧杯、漏斗、卫生香或竹签等外，

（1）还需要，其作用是：

。

（2）整个装置应放置在。

（3）该实验的验证方法是。

（4）实验结论：

。

2、银边天竺葵的叶，边缘是白色的，不含叶绿体，其余部分是绿色的。

把银边天竺葵放在阳光下，照射几小时，然后摘下一片叶，脱去叶绿素，滴上碘液。

结果，叶片的绿色部分，白色部分。

该实验说明：

。

3、1773年，英国科学家普利斯特利（J.Priestley,1733-1804）做了一个有名的实验。

他把一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭了，小白鼠很快也死去了。

接着，他把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻璃罩里。

他发现植物能够长时间地活着，蜡烛也没有熄灭。

他又把一盆植物和一只小白鼠一同放到一个密闭的玻璃罩里。

他发现植物和小白鼠都能够正常地活着。

于是，他得出了结论：

植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气。

针对上述实验，你的解释是。

当其他人重复普利斯特利的实验时，有的能够成功，有的总是失败。

你分析其失败的最可能的原因是。

4、1864年，德国科学家萨克斯（J.vonSachs,1832-1897）做了这样一个实验：

（1）把绿色叶片放在黑暗处几小时，目的是。

（2）然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光。

该步骤的作用是。

（3）一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化，曝光的那一半叶片则呈。

（4）这一实验成功地证明了。

（5）现在做此实验时，需要把光照几小时后的叶片摘下放入盛有酒精的小烧杯里，隔水加热。

放在酒精里加热是因为。

5、1880年德国科学家恩吉尔曼（C.Engelmann）用水绵进行了光合作用的实验：

把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵。

通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在；如果上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在。

恩吉尔曼的实验证明：

。

恩吉尔曼的实验在设计上有什么巧妙之处

①。

②。

③。

④。

6、在叶绿体中色素的提取和分离实验中，

（1）提取叶绿体中色素的关键主要是：

①

②

③

（2）分离叶绿体中色素的关键主要是：

①

②

7、如果将洋葱表皮细胞浸润在与细胞液浓度相同的蔗糖溶液中，这些表皮细胞将。

当红细胞细胞膜两侧的溶液具有浓度差时，红细胞会不会发生质壁分离现象，为什么？

。

8、在植物栽培中，合理利用光能，可以使绿色植物充分地进行光合作用。

合理利用光能主要包括和两个方面。

如果把绿叶比喻为“绿色工厂”，那么，它的“车间”是，“机器”是。

动力是，原料是，产物是。

9、设计一个简单实验，证明呼吸作用吸收氧。

实验材料：

种子、广口瓶、短蜡烛、火柴等。

实验步骤：

（一）

（二）

10、设计一个简单实验，证明呼吸作用释放二氧化碳。

实验材料：

实验步骤：

11、在植物生活需要无机盐的实验中，

（1）取甲、乙两支试管，甲试管盛有肥沃土壤的浸出液，乙试管盛。

（2）。

（3）过些日子，观察结果。

（4）这个实验表明：

。

12、15只同种并同时孵化的体长约15mm的蝌蚪，随机分成3个组（每组5只），饲养的水、饲料的温度等条件等同。

①组加入甲状腺激素，②组加入甲状腺抑制剂，③组不加入药剂。

饲养10d~20d，定时用坐标纸观察，记录蝌蚪的生长发育变化情况。

（1）依据实验的“假设-预期-验证”的原理，该实验的“假设”是。

（2）该实验的“预期”（或推断）是。

根据“实验对照”原理：

（3）~（5）题的供选答案为：

A．实验组B．对照组C．条件对照D．空白对照

（3）本实验中，①组属于。

（4）本实验中，②组属于。

（5）本实验中，③组属于。

（6）本实验进行中的关键技术是。

13、某中学生物实验室内有以下几种试剂和用品：

①10-8mol·L-1吲哚乙酸②1%龙胆紫溶液③10-4mol·L-1秋水仙素溶液（常用适宜溶液）④0.1%亚甲基蓝溶液⑤10%HCl溶液⑥50%蔗糖溶液

（1）用上述6种试剂和用品分别处理萌发的种子10min，其中细胞仍具有生命力的是上述试剂中的（填序号）。

（2）如果要观察根尖细胞的染色体，应选用上述试剂中的。

（3）要研究根的向地性，应选用上述试剂中的，其作用原理是。

（4）要使玉米单倍体能结实，应选用上述试剂中的，其作用原理是。

（5）如果用溶液⑥处理根毛细胞，可看到的现象是，但不能看到。

14、请利用如下材料设计一个生物与环境关系的模拟实验，并做出分析。

实验材料：

4m2的红、绿、白3种颜色的纸板各1块。

数量相等、活力相近的蝗虫3组（每组约50只）、家鸡3组（每组3只）。

（1）实验设计：

（2）实验结果：

（3）结果分析：

①蝗虫的绿色体色是一种，

②蝗虫的草绿色的形成是的结果。

15、给你未萌发的小麦种子、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“生活着的小麦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。

16、下面是植物的向光性实验的设计方案示例：

（1）实验题目：

植物的向光性实验。

（2）目的要求：

观察植物在单侧光照射下的生长情况，验证植物的生长具有向光性。

（3）材料用具：

植物幼苗（玉米、小麦等）、火柴杆、小花盆（或培养皿）、泥土、不透光的纸盒、台灯、剪刀。

（4）实验假设：

（5）实验预期：

（6）方法步骤：

①用剪刀在不透光的纸盒一侧挖一个直径为1cm的孔，待模拟使用。

②将几株长势相同但真叶尚未出胚芽鞘的小麦幼苗依次排开，分别栽种在两个花盆中。

在幼苗的旁边插一根火柴杆，作为。

③将制作好的遮光罩扣住花盆（一组用不透光的纸盒，另一组用一侧带小孔的纸盒），白天将装置置于阳光充足的地方，夜间以台灯代替光源，并使光从小孔中透入纸盒。

④每天打开纸盒，观察幼苗的生长情况，记录下高度、倾斜角及当日温度、天气等情况，并间断地拍照，保留图片记录。

但要注意，打开纸盒观察实验现象的时间应该尽可能地短，并保持透光孔的方向与前次一致。

（7）实验记录：

将观察日期、时间、环境条件（温度、天气）、幼苗生长情况等列表记录。

（8）实验结果和结论：

分析实验结果，得出结论。

17、下面是植物的向重力性实验设计方案示例

（1）实验题目：

植物的向重力性实验。

（2）目的要求：

了解植物根的生长具有向重力性的特点。

（3）材料用具：

刚萌发的玉米种子（胚根长0.5cm左右）、培养皿、棉花、滤纸、胶布、橡皮泥、剪刀。

（4）实验假设：

。

（5）实验预期：

。

（6）方法步骤：

①取4粒同样大小已萌发并长出胚根的玉米粒，平放在一个培养皿内，使其胚根尖端部分朝向。

各萌发的玉米粒分别指向罗盘的。

②将滤纸剪成培养皿大小，盖在玉米粒上，然后再盖上湿棉花，直到填满整个培养皿。

注意不要将棉花塞紧，以免影响根的生长。

③盖上培养皿盖，边缘用胶布封口；竖起培养皿，注意培养皿中必须保持不变，使最上面的玉米粒的胚根垂直向下，最下面的玉米粒的胚根垂直向上，左右2个玉米粒的胚根处于。

（7）实验记录：

列表记录这4粒玉米种子胚根的生长情况。

（8）实验结果和结论：

分析实验的结果，得出结论。

参考答案

1、

（1）试管收集金鱼藻产生的气体

（2）光下（3）等气体充满试管的1/2左右时，取出试管，迅速地把快要熄灭的卫生香（或竹签）伸进管口，观察卫生香（或竹签）的燃烧情况。

（4）金鱼藻在光下能够产生氧，氧是光合作用的产物。

2、变蓝没有变蓝叶绿体是植物进行光合作用的条件

3、植物进行光合作用吸收了蜡烛燃烧和小白鼠呼吸释放的二氧化碳，同时释放出氧气供蜡烛燃烧和小白鼠呼吸。

实验装置没有放在光照条件下

4、

（1）让叶片内的淀粉运走耗尽

（2）对照（3）深蓝色（4）绿色叶片在光合作用中产生了淀粉（5）使叶片含有的叶绿素溶解到酒精中

5、叶绿体被光束照射到的部位附近叶绿体所有受光部位的周围氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所

①一是选用水绵作为实验材料。

水绵不仅具备细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。

②二是将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常地进行。

③三是选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。

④四是进行黑暗（局部光照）和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。

6、

（1）①叶片要新鲜、浓绿②研磨要迅速、充分③滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以免滤液挥发

（2）①滤液细线不仅细、直，而且含有比较多的色素②滤纸上的滤液细线不能触到层析液

7、维持原有的状态不会因为红细胞没有细胞壁

8、延长光合作用的时间增加光合作用的面积叶肉细胞叶绿体光能二氧化碳和水淀粉和氧

9、

（1）取甲、乙两只广口瓶，甲瓶装有萌发的种子，乙瓶装有等量的未萌发的种子，用瓶塞塞紧瓶口，放到温暖的地方。

（2）24小时以后，打开瓶塞，将两支燃烧的短蜡烛分别放入甲、乙两瓶里，观察其燃烧情况。

10、（略）

11、

（1）蒸馏水

（2）在两支试管中各培养一棵大小相同的健壮幼苗（4）植物的生活需要无机盐；根吸收的是溶解在水中的无机盐

12、

（1）甲状腺激素能促进蝌蚪的发育

（2）①组变态发育加速，②组变态发育滞后，③组变态发育正常（3）A（4）BC（5）BD（6）用药合理剂量

13、

（1）①③④

（2）②（3）①生长素对植物生长的作用与其浓度有关，低浓度促进植物生长，高浓度抑制植物生长，根对生长素浓度反应比茎敏感，靠近地面的生长素因重力作用浓度高于上面一侧，细胞生长慢，根弯向地下生长（4）③抑制纺锤体形成，使细胞内染色体加倍（5）质壁分离质壁分离复原

14、

（1）（略）

（2）红、白2块纸板上的蝗虫很快被鸡吃掉，绿色纸板上的蝗虫被完全吃掉所用的时间比较长。

（3）①保护色②自然选择

15、设计要点：

（1）整个装置应该是密闭的

（2）利用细玻璃管设置一个液滴装置，使装置中的气体变化能够观察到（3）整个装置绘图正确

设计原理：

种子呼吸释放的二氧化碳被氢氧化钠吸收，使密闭的容器内气体体积变小，从而通过玻璃管内预先安放的有色液滴的位置变化观察到种子的呼吸作用，设置“煮死种子”不进行呼吸的对照实验

16、（4）实验假设：

依据植物生长的向光性原理，幼苗应朝纸盒开孔的方向生长，也就是向着光源的方向生长。

（5）实验预期：

经过一定时间之后，幼苗将弯向光源生长。

（6）①单侧光照射②对比的参照物

17、（4）实验假设：

根的生长与地心引力有关。

（5）实验预期：

经过一定时间之后，4粒玉米种子的胚根都向下生长。

（6）①培养皿中央东、南、西、北位置③玉米粒的位置水平位置