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1、高考生物实验理论及解题指导2015高考生物实验理论及解题指导一实验理论1.自变量、因变量和无关变量自变量（实验变量）是指实验中由实验者所操纵的因素或条件。因变量是指示严重由于自变量而引起的变化或结果。自变量是原因，因变量是结果，二者具有因果关系，实验的目的在于获得和解释这种前因后果，从因果关系中获得科学的结论。无关变量也称控制变量，直至除了自变量以外影响实验或结果的因素或条件。额外变量，也称干扰变量，是指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。这些变量并不是本实验所要求探究、关心的自变量。要考查自变量所产生的效果，就要对无关变量进行控制。举例：在探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用实验中，自变量是淀

2、粉酶所催化的对象不同，因变量是有无还原性糖产生，从而证明酶具有专一性。除了自变量外，试管的洁净度、蔗糖的纯度、试剂的剂量、温度、反应时间等都是无关变量，控制不当会影响实验结果的准确性和真实性。2.无关变量的控制方法（1）消除法排除或隔离无关变量对实验效果的影响。例如在验证生长素能促进果实发育实验中，又一组要求无生长素，需开花前，用纸袋将雌花套住，隔离外来花粉的干扰。（2）恒定法在整个实验中，尽量使所有的实验条件、实验处理、实验对象等都恒定不变。例如在探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用实验中，始终将试管处于恒温水浴中，以消除温度无关变量对实验的影响。（3）平衡法设立对照组，除自变量以外，无关变量对

3、实验组、对照组的影响是均等的。从而可不计无关变量的影响，得到实验变量的效果。例如，我们常在实验过程中强调选取生长状况相同的幼苗数量大小相同的种子置于相同并适宜条件下培养加入等量的清水等均是为了控制无关变量对实验结果的干扰。3控制方法及针对性训练 操纵实验变量-施加干扰 控制无关变量-随机分组、设置对照、条件相同且适宜、重复实验 捕获反应变量-观察现象、测量数值例：研究性学习小组的同学在某电镀厂排水口采集重金属污染液l00OmL。利用以下实验材料和器材设计实验，探究不同浓度重金属污染液对水稻种子萌发和生长的影响。实验材料和器材：水稻种子，试管，培养皿，纱布，尺子（l00mm），蒸馏水，恒温光照培

4、养箱（温度设定为28，光强度为200O Lux）。(实验材料和器材的数量不限)根据给出的实验材料和器材请设计实验方法和步骤预测实验结果并作出分析。（1）方法和步骤：（2）结果预测和分析：解析：变量的确定和控制方法是实验设计的核心内容，现分析如下： 内容 项目变量的确定变量的控制实验变量各种不同浓度的重金属污染液用加法原理对研究对象施加干扰，即用清水作对照，配制几种不同浓度的重金属污染液作实验组无关变量影响种子萌发的内因，如籽粒饱满、大小等影响种子萌发的外因，如适宜的水分、温度、空气、光照等用一粒种子的偶然性选饱满、大小一致的水稻种子，去掉种子籽粒对实验的影响利用平衡等量原则，给实验组和对照组相

5、同的、适宜的外界条件重复原则，选一定数量的种子进行实验反应变量种子萌发情况水稻生长状况统计发芽率测量幼苗株高，并计算平均值答案：（1）方法和步骤：用蒸馏水将重金属污染液逐级稀释10、102、103、104倍获得4种不同浓度的污染液。挑选籽粒饱满、大小一致的水稻种子250粒，随机分成5组，每组50粒。取5只培养皿，垫上纱布；其中4只培养皿加人等体积的不同浓度重金属污染液（浸润纱布即可），另1只培养皿加入等体积的蒸馏水作为对照。在每只培养皿的纱布上，均匀放置50粒水稻种子；将5只培养皿置于恒温光照培养箱培养；每天实验组补充等量的相应浓度重金属污染液，对照组补充等体积的蒸馏水，以保持纱布的湿润。1周

6、后统计各组的发芽率；用尺子测量幼苗株高（或根长），计算平均值。（2）结果预测和分析：不同浓度的重金属污染液对水稻种子的萌发均有抑制作用，随着浓度的增加，萌发率逐渐降低；不同浓度的重金属污染液对水稻幼苗的生长均有抑制作用，随着浓度的增加，株高（或根长）逐渐降低。练习1、（2004春季高考）为了研究胰腺的胰液分泌调节，某人从实验狗甲的一段小肠刮下黏膜，将该黏膜放入稀盐酸中浸泡，把过滤后的提取液注入实验狗乙的静脉，结果引起实验狗乙的胰液大量分泌，并由此得出小肠黏膜中存在促进胰液分泌的某种物质的结论。分析这一实验与结论，回答下列问题：仅根据上述实验能否得出该结论，为什么？练习2、（2008海南高考）为

7、了验证某大豆品种的矮化特性与赤霉素的含量有关，请用所给的实验材料，完成下列实验步骤并回答问题：实验材料：距2片真叶且长势相同的该品种大豆幼苗若干、完全培养液、蒸馏水、适宜浓度的赤霉素溶液、喷壶等。（1）实验步骤：将上述大豆幼苗平均分成A、B两组，A组为对照组，B组为实验组，分别置于等量的完全培养液中培养。用喷壶分别将 和 喷洒在、两组幼苗上。将两组苗置于相同且适宜的温度和光照等条件下培养，一段时间后，测定两组植株的 （2）预测实验结果： 。（3）上述试验中，如果A、B两组各选用1株幼苗进行实验，是否影响实验结果的可靠性？为什么？（4）该实验原理是： 。 答案1、不能。缺少对照实验，未排除稀盐酸

8、的作用2、（1）：蒸馏水 赤霉素溶液 ：高度（2）A组（对照组）植株的平均高度小于B组（实验组）植株平均高度（3）有影响 因为每组实验材料的数量过少（或样本数过少），代表性差。（4）赤霉素有促进细胞伸长使植株增高的作用。用赤霉素处理植株后，可以显著增加植株的高度，据此可以验证该大豆品种矮化特性与赤霉素的含量有关。4.对照的类型常用设对照组的方法来消除无关变量。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下几种：（1）空白对照对照组不做任何实验处理。例如在生物组织中可溶性还原糖的鉴定实验中，向甲试管溶液中加入试剂，而乙试管中不加试剂，比较他们的变化。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，增加了

9、说服力。（2）自身对照指实验组与对照组在同一对象上进行，既不另设对照。如植物细胞质壁分离和复原实验，实验对象始终都是同一块表皮细胞，这就是典型的自身对照。处理前为对照组，处理后为实验组。（3）条件对照给对照组以某种处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给的自变量。例如甲状腺激素能促进生长发育实验中，甲组饲喂甲状腺激素作为实验组，一组饲喂甲状腺抑制剂作为条件对照组，丙组不作处理作为空白对照组。这样既有条件对照又有空白对照，更能充分证明甲状腺激素有促进生长发育的功能。（4）相互对照指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照。如验证根的生长方向与重力方向一致实验中，无重力的条

10、件不易提供，只有在由中立的状态下，让根摆放成不同的方向，几组对比说明根的生长方向与重力方向一致。5.实验组和对照组的确认（1）举例：为了验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是：实验组 对照组 黑暗中培养 在光下培养 生长良好 生长不良 A. B. C. D. 答案：B自然状态（未加处理）的实验称为对照组；进行特定处理的实验称为实验组。怎样确认？（2）条件控制原理（加法原理和减法原理）简介：加法原理就是设法给研究对象施加干扰（添加条件），使

11、研究对象在被激发状态中反映其某些特征。即，与常态相比，认为增加某种影响因素，这种添加控制组为实验组。减法原理就是设法排除某种因素（减少条件）对研究对象的干扰，从而在比较纯粹的状态下反映对象。即，就是与常态相比，认为去除某种因素，这种去除控制组为实验组。运用减法原理对上述实验可以做出解释：小麦在自然条件下总是要见光的，因此在黑暗中培养应为去除控制组，即为实验组；在光下培养应属于常态组，即对照组。练习-1 1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一般曝光。经过一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，成功地证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。萨克斯对这个实验的设计具有严密的

12、逻辑性，具体体现在（ ）A.没有对照实验 B.本实验不需要设对照组C.曝光处作为对照组 D.遮光处作为对照组 练习-2 为了解土壤微生物是否能分解农药，并尽快得出实验结论，有人用敌草隆（一中除草剂）进行了试验。取等量砂土分装于相同的两个容器中，a组高压灭菌，b组不灭菌，下列有关事项的叙述不正确的是（ ）A.a组为对照组，b组为实验组B.向a、b中喷入等量敌草隆，预计a组敌草隆含量不变C.检测敌草隆消失的情况，预计a组敌草隆含量不变，b组的全部消失D.只用砂土，实验效果不如几种典型土壤混合后的好 练习-3如探究元素X是否属于必需矿质元素的实验构思大致如下：甲组：含X元素的完全营养液幼苗-生长正常

13、 一段时间 乙组：只缺X元素的完全营养液幼苗 - 正常生长 -不是必须矿质元素仍为异常-不是 生长异常X元素-恢复正常-是分析以上实验涉及到哪些对照：答案：练习-1 解析萨克斯所作的证明光合作用产生淀粉的实验：对天竺葵进行饥饿处理后，让叶片的一半曝光，一半遮光，过一段时间用碘蒸汽处理。首先应该对实验的常态做出判断。此实验在然状态下是有光照的，即有光照为常态，认为将光遮起来就是运用了减法原理，遮光为去除控制组，即为实验组；曝光组为常态组，即对照组。答案：C。练习-2 解析该题同样可以用减法原理来解释，为了解土壤微生物能否分解农药，首先确定常态，在自然情况下，土壤中是存在微生物的，存在微生物的即为

14、常态。a组高压灭菌，运用的是减法原理。让土壤微生物处于缺失状态，是一种去除控制。A组为实验组；b组由微生物存在，是常态组，即对照组。答案为A。练习-3 解析该实验中涉及：空白对照，其中处于正常情况下即有X元素的甲组为对照组，而无X元素的乙组为实验组。自身对照，同一实验对象（乙组）上，实验前（无X元素）与实验后（有X元素）之间的对照。前者为对照组，后者为实验组。从该实验例中可见，对于同一对象组在不同的实验中所处的组别可能不同，如上述的乙组（无X元素）在空白对照实验中为实验组，而在自身对照中却为对照组。6.实验设计的5个原则（1）对照性原则对照是实验控制的手段之一，目的在于消除无关变量对实验结果的

15、影响。又可增加实验结果的可信度和说服力。（2）随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，是显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。（3）平行性原则即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。上述随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行性原则就是为解决这问题而提出的。（4）单一变量原则即单因子变量原则，指控制其他的因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程

16、中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。观察其对实验结果的影响。如探索温度对酶活性的影响时，只能改变反应的温度，其它如PH值、酶的尝试等条件均要求完全一样。设置单一变量即对照组和实验组只能有一项条件不同，其他条件都应相同，还应考虑是否有额外变量影响实验结果。（5）等量性原则每次实验所加试剂的量、使用的仪器的大小等都要相等。（平衡法）二实验方法与技术1.实验条件的控制方法增加水中氧气-泵入空气或吹气或放入绿色植物减少水中氧气-容器密封或油膜覆盖或用凉开水除去容器中CO2-NaOH溶液除去叶中原有淀粉-置于黑暗环境除去叶中叶绿素-酒精水浴加热除去光合对呼吸干扰-给植株遮光如何得到单色光

17、-棱镜色散或透明薄膜滤光血液抗疑-加入柠檬酸钠线粒体提取-细胞匀浆离心2.实验结果的显示方法 光合速度-O2释放量或CO2吸收量或有机物生成量 水生植物可依气泡的产生量或产生速率； 离体叶片若事先沉入水底可依单位时间内上浮的叶片数目；呼吸速度-O2吸收量或CO2释放量或有机物消耗量原子或分子转移途径-放射性同位示踪细胞液浓度大小-质壁分离植物细胞是否死亡-质壁分离甲状腺激素-动物耗氧量,发育速度等生长激素-生长速度(体重、体长变化)胰岛素作用-动物活动状态三做实验题的一般步骤 （1）了解题目要求；（实验题目：一般包括三个方面：研究对象；作用于对象的因素；研究现象。如pH对唾液淀粉酶活性的影响这

18、个实验，其研究对象是唾液淀粉酶活性，作用于对象的因素是不同的pH，研究现象是唾液淀粉酶活性随pH发生的变化。）（2）明确实验目的；（3）分析实验原理；（实验原理：即实验依据，实验依据的科学原理是什么？有时还要写出实验为什么这样操作？为什么出现这样的现象？）（4）确定实验思路；（5）设计实验步骤；（6）预期结果和得出结论。口诀：分组编号设对照，确定方法选材料，控制变量定常量，观察记录找指标。练习-1 （2005全国）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。某同学实验方案如下：将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录其活动状况。A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组注射等量生

19、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。A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： _练习-2 （四川卷）为确定人体在运动时呼出气体中的CO2浓度是否比静止时高，某同学进行了如下探究： 作出假设：人体在运动时呼出气体中CO2的浓度比静止时高。 实验过程： 在3个烧杯中，分别注入100 mL蒸馏水，测定其pH。实验者在安静状态（静坐2 min）、中度运动（步行2 min）以及剧烈运动（跳绳2

20、 min）后，立即分别向上述3个烧杯的水中吹入等量气体，测定pH。经多次重复实验，所得平均数据如下表： 运动状态 安 静 中度运动 剧烈运动 实验前pH 6.1 6.1 6.1 实验后pH 5.9 5.6 5.3 请回答：（1）作出上述假设的依据是_（2） 该实验的原理是_ 答案：练习-1胰岛素具有降低血糖的作用。体内胰岛素含量过高时，引起血糖下降，机体出现活减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。练习-2 （l）由于人体在运动时耗能增加，呼吸作用加强，产生CO2的量增加，所以呼出CO2的浓度增加。（2）CO2在水中溶解后使水的pH下降，人在不同运动状态下产生的CO2

21、不同，溶于水后也会导致pH不同，通过测定水pH的变化可以推测呼出气体中CO2浓度的变化。四、解题探讨高考实验设计题类型 （1）补充设计题 （2）全程设计题 （3）设计改错题 1.补充设计题试题明确给出部分实验设计步骤，要求把其他步骤或原理补充完整。这类题型近几年出现频率最高。题干已提供较多信息，基本划定了答题模式，目的明确，前面的原理、方法、步骤等已为后续做答作了铺垫，只要明确变量，在分析有关的实验原理，结合题干信息，即可做出正确解答。例1：血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏则血液不能凝固，草酸钾能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。请根据提供的实验结果，验证钙离

22、子在血液凝固中的作用，并回答问题：（一）实验材料和用具家兔 生理盐水 酒精棉 适宜浓度的草酸钾溶液 适宜浓度的氯化钙溶液 试管、注射器（针管和针头）（二）实验步骤和结果第一步：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：.问题：设置B试管的目的是： 解析：实验目的是什么？验证钙离子在血液凝固中的作用实验原理是什么？草酸钾与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀起抗凝作用。实验变量是什么？钙离子的有无，反应变量是什么？血液凝固与否。实验中的无关变量是什么？影响血液的凝固的其他因素，如温度，草酸钾浓度，试管的干净程度等。实验组为哪支试管？ A管 对照组为哪支试管？B管该实验为何种对照类

23、型？空白对照：一支试管中加入了草酸钾，一支没有自身对照：A管血液中的钙离子首先与草酸钾形成了沉淀后又加入氯化钙。该实验采用何种方法均衡无关变量？对照和平衡等量原则设计实验的步骤（四步曲） 例2蚕豆叶片是观察气孔的优良材料，尤其是下表皮气孔数目较多，气孔是各种气体进出叶片的通道。下图为气孔结构示意图，气孔两侧的细胞称为保卫细胞，决定着气孔的开闭。有人提出气孔的开闭与保卫细胞的吸水和失水有关。请你根据试题中所给的材料和用具设计一实验，探究保卫细胞吸水和失水与气孔开闭之间的关系，并得出相应结论。（1）材料用具：显微镜，镊子，刀片，吸管，载玻片，盖玻片，吸水纸，蒸馏水，0.3g/mL的蔗糖溶液。（2）

24、实验步骤：步骤1 取载玻片2片，分别在中央滴加蒸馏水和蔗糖溶液各一滴步骤2 步骤3（3）实验结果预测及结论2.全程设计题例3试题明确给出或隐含相应的实验目的和原理，要求学生通过步骤的设计，验证或探究一个实验目的，得到相应的结果和结论。水蚤俗称鱼虫，属于节肢动物门甲壳纲，长约1-2 mm，是喂金鱼的好饵料，在显微镜下观察，你可以看到它由两个透明的壳瓣包裹整个躯体，结构如图。某小组开展不同浓度香烟对水蚤心率的影响的课题研究。他们已将香烟和蒸馏水按照1：1的重量比浸泡24小时，过滤后的滤液作为原液。请你为小组确定一项观测指标，配置关键的实验器材，并设计一张表格用于实验时记录数据。1）观测指标： (2

25、)做该实验时必备的实验器材是： (3)写出实验的主要操作步骤：(4) 设计一张表格用于实验时记录数据。3.设计改错题试题明确给出了实验的目的、原理和设计步骤，要求把步骤中的错误之处指出来并加以改正。主要考察是否具备验证简单生物事实的能力，并能对实验现象、结果解释和分析以及理解探索性实验的一般方法的能力。试题中既有合理成分，又有不合理成分，干扰因素较多，要求在吸取原有设计的合理成分基础上，提出自己的实验设计思路。表面上是考察对实验设计的分析与评价能力，是只是全面检测设计生物学实验方案的能力。例4某同学进行了温度对酶活性影响的研究，设计了如下实验： 实验原理：温度影响酶的活性，从而影响淀粉的水解，

26、滴加碘液，根据是否出现蓝色及蓝色的深浅来判断酶的活性。实验步骤：1、取三支试管，分别加入质量分数为3的可溶性淀粉溶液。另取3支试管，分别注入新鲜-淀粉酶溶液。2、将装有淀粉溶液和酶溶液的试管分成三组分别放入100、37 的水中和冰块中，维持各自的温度5 min。分别将淀粉酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中，两支试管中的pH6.8，第三支试管中的pH4，摇均后维持各自温度5min。3、在三支试管中各滴一滴碘液，并摇均。观察并记录：（略）结论：温度过高或过低都影响酶的活性。请回答：(1)该实验能否得出上述实验结论？_（2）指出步骤中不正确之处，并在此基础上加以纠正或补充相应的内容。【解析】本题是比较

27、典型的实验评价题，先从以下8方面考虑： （1）实验原理是否正确： （2）药品和试剂的使用是否正确： （3）实验材料的选择是否正确： （4）有无对照，如果有看对照设计是否合理： （5）实验步骤是否科学： （6）是否采取正确的方法进行实验结果的检测和记录：（略）（7）对实验结果的预测与分析是否合理： （8）实验的安全性如何： 例5：为了证实甲状腺激素及甲状腺抑制剂对蝌蚪发育的影响，某同学制定下列方案：a.取两个玻璃缸分别编号为1号、2号； b.在两个玻璃缸中，分别加入等量(且适量)的水和新鲜水草，然后在每个玻璃缸中分别放入10条发育状况不同的蝌蚪；c.向l号缸投放含甲状腺制剂的饲料，2号缸投放含甲

28、状腺抑制剂的饲料；d.每天分别向两缸中投放一些饲料；e.每隔一段时间观察一次，观察时用小网将蝌蚪捞出放在培养皿中，再将培养皿放在坐标纸上(1 mm1 mm)，观察并且测量蝌蚪的体长变化(前肢和后肢的生长情况，尾的变化等)。上述实验设计方案中，有一些明显的设计缺陷或不足，请你修改并完善该设计方案。(1)该设计方案的明显缺陷是_，因此，a过程应该为(只需陈述修改内容，下同) _c过程应该为_。(2) 方案中存在着引起实验误差的不妥之处，b过程的不妥之处应该改为_；d过程的不妥之处应该改为_。答案1.第二步：用酒精棉对家兔的耳朵进行消毒，用注射器从家兔耳朵上的静脉内取血xml。第三步：立即将血液xm

29、l分别平均加入到A、B两支试管中，静置一段时间。结果：A管内的血液不凝固，B管内的血液凝固。第四步：将等量的氯化钙溶液分别加入到A、B两试管中结果：A管内血液凝固在，B管血液仍凝固问题：作为A管的对照。2.步骤2 用镊子撕取蚕豆叶片下表皮两块，分别置于载玻片中央的液滴中，盖上盖玻片步骤3 将装片分别置于显微镜下观察实验结果预测及结论： 如果蒸馏水中气孔开放，蔗糖液中气孔关闭，说明失水使气孔关闭，吸水使气孔开放 如果蒸馏水中气孔关闭，蔗糖液中气孔开放，说明失水使气孔开放，吸水使气孔关闭 3.（1）心率。（2）显微镜（或放大镜），秒表(计时工具)，量筒，烧杯，载玻片，盖玻片等。（3）用蒸馏水稀释香烟浸出液原液，配成3种不同浓度的溶液；取A、B、C、D四个载玻片，用吸管吸取水蚤及培养液分别滴于上述4个载玻片上，盖上盖玻片