高中生物实验设计及分析专题

专题二（2）： 高中生物实验设计及分析专题 姓名

型时，应为若液滴向左移动则推出什么结论，若液滴向右移动则推出什么结论，而不能描述为“若2012年高考考试大纲考纲要求

实验设计的含义

实验设计是指在正式进行科学实验之前，实验者根据一定的目的和要求，运用有关的科学知识、原理，对实验过程中的材料、手段、方法、步骤等全部方案的制定。 一、实验设计的基本内容

1.1 实验名称 是关于一个什么内容的实验。 1.2 实验目的 要探究或者验证的某一事实。 1.3 实验原理 进行实验依据的科学道理。 1.4 实验对象 进行实验的主要对象。 1.5 实验条件 根据实验原理确定仪器和设备；要细心思考实验的全过程。

1.6 实验方法与步骤 实验采用的方法及必需（最佳）操作程序。每一步骤都必须是科学的；能及

时对仪器、步骤进行有效矫正。

1.7 实验测量与记录 对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。 1.8 实验结果预测及分析 能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。 1.9 实验结论 对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。 注：关于“假设”“预期”“结果”与“结论”的辨析 (1）假设

“假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。如“孟德尔分离现象解释验证”的测交实验中，提出的假说是：“F I （Dd ）产生配子时，因等位基因分离，使得 FI 产生含基因D 和基因d 的两种配子，且其数目相等。” （2）预期

“预期”，是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理，得出假定性结果或推论，即“假如假设成立，则应有何种结果”，如“孟德尔分离现象验证实验，假如假说成立则有测交的后代应出现Dd 与dd 为1：1的结果，即高茎与矮茎数量比应为1：1”。 （3）结果

结果应为实验实际出现的情况，如“孟德尔分离现象解释实验”中出现的结果为“得到的64株后

代中，30株高茎，34株矮茎，两种性状分离比为1：1”。 （4）结论

结论的得出须依据实验结果，即若出现的结果与预期结果一致则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立”，若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立”。 由此可知，“假设”应对应“结论”，“预期”应对应“结果”，在实验讨论时应注意描述的科学性即“如果出现何种结果，则应有何种结论”，例如用检测呼吸装置的红色液滴检测酵母菌呼吸类

为有氧呼吸，则液滴向哪移动”。

二、 实验设计的三个原则

2.1 对照性原则:“实验组”与“对照组”确认

一个实验通常分为实验组和对照组。实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象组，两者对无关变量的影响是相等的，两组之间的差别，被认为是来自实验变量的结果. 通过对照组能增强实验的信度。按照对照方式的不同可分为4种：

①空白对照：即不作任何实验处理的对照组。例如，在还原糖鉴定实验中留一部分样液加入斐林试剂，

以作对照。

②相互对照：即不设控制组，只在几个实验组之间相互对比。例如，在植物激素与向性的设计实验中，

5个实验组的相互比较。在实验中要找出一个最佳效果点，就要采取相互对照进行实验。 ③条件对照：即给对象施加某种实验处理，虽不是检验假设需要的，但更能充分说明实验变量的对照。 ④自身对照：即实验与对照在同一对象上进行。如植物细胞质壁分离及复原实验中洋葱表皮细胞的前

后液泡的变化。

2.2 等量性原则——每次实验所加试剂的量要相等。 2.3 单因子变量的原则。 三、探究性实验与验证性实验的比较

（一）探究性实验：指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出

结论，从而形成科学概念的一种认知活动。

例1. 某实验小鼠适宜生活在25℃左右的环境中，为探究低于适宜温度的环境（如10℃）对

小鼠能量代谢的影响（能量代谢的强弱用单位时间的耗氧量表示），请依据所给的实验装置（如图）、 实验材料和用品，在给出的实验方法和步骤的基础上，继续完探究实验，预测可能的实验结果和结 论，并回答问题。 实验室温度：25℃左右

材料和用品：小鼠、冰袋、秒表等 方法和步骤：

步骤1：将小鼠放入广口瓶的笼子内，加

塞密闭。打开夹子（A

）、（B ）、（C ）， 片刻后关闭夹子（B ），用注射 器抽取10毫升氧气备用。关闭夹

子（C ），打开夹子（B ），使水检压计液面左右平齐。 步骤2：

步骤3：

结果预测和结论：

① ； ② ； ③ 。 该实验最可能的结果和结论应是

原因是 。

针对性练习：某医院病理室为了确诊一患者的肿瘤是良性还是恶性，切取了一小块肿瘤组织进行培

养。某科研单位研制出一种新型药物X ，请设计实验：探究新型药物对抑制肿瘤细胞的增殖是否有疗效，并预测可能的实验结果，得出相应的结论。

实验器材：锥形瓶2个、显微镜、载玻片、盖玻片、培养箱、培养液、新颖药物X 等 实验步骤：

①取两个消毒后的洁净锥形瓶，标号A 、B ；

②（一）分别在两个锥形瓶中加入 ； （二）在A 中加 ，B 中 ； （三） ； （四）

； ③制成装片在显微镜下观察 。 可能的实验结果与相应的结论：

① ； ② ； ③ 。

（二）验证性实验：指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识

内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。

例2、赤霉素能促进豌豆茎节间的伸长，生长素也可以促进茎的伸长。某同学设计了如下的实验来验证：

赤霉素与生长素具有协同作用。 （一）实验步骤：

第一步：取生长状况相同的豌豆幼苗，从豌豆幼苗的同一部位切取等长的茎段若干段，平均分成两组；第二步：将两组豌豆茎切段分别放入两个标号为①②的培养皿中（培养液成分见下图），在同样的条件

下培养 ；

第三步：每隔12小时，测量茎切段长度一次，48小时后，计算茎切段伸长的平均值。 （二）实验结果如下图曲线所示。

（1）以上实验不能准确说明赤霉素与生长素具有协同作用，其原因是 。（2）在已有实验的基础上，请重新设计实验，并预测实验的结果，得出实验结论。

A ．实验步骤：

第一步： ； 第二步： ； 第三步： 。

B ．实验结果的预测： 。 C ．实验结论： 。

针对性练习：适宜浓度的生长素能促进细胞的纵向伸长。对其作用机理的解释之一是“酸生长”学说。

“酸生长”学说认为：生长素通过促进细胞分泌H +

，进而促进细胞伸长。为了验证酸对细胞伸长有促进作用，现提供六种不同pH 值的系列缓冲液（pH5.0~6.0）、黑暗中萌发的小麦种子（如图）若干、镊子、刀片、刻度尺、带盖的青霉素小瓶等器材和试剂，请完成相关实验设计并回答相关问题： （1）实验设计：

①实验材料的处理：选择长势一致的小麦幼苗若干，用镊子取下并切取图中 的 段，放入 中浸洗2h ，作为实验材料。 ②方法步骤：

A ． ； B ． ； C. 。 ③预期结果： 。

专题二（2）参考答案

例1：步骤2：待小鼠安静后，关闭夹子（A ），记下时间，将注射器向前推进5亳升（推进的数量合理

即可），水检压计液面左侧升高，关闭夹子（B ），待水检压计的液面左右平齐时，记录时间。得到在25℃环境中小鼠消耗5毫升氧气所用时间（重复几次，不重复不扣分）。（4分）

步骤3：将冰袋放在广口瓶周围，调节距离，使瓶内温度稳定在10℃，待小鼠安静后，重复步骤1、2

中的有关操作。得到10℃环境中小鼠消耗5毫升氧气所用时间（重复几次，不重复不扣分） （4分） 结果预测和结论：

①消耗5毫升氧气所用时间10℃少于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会加强。（2分）

②消耗5毫升氧气所用时间10℃多于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会减弱。（1分）

③消耗5毫升氧气所用时间10℃等于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢不受影响。（1分）

最可能的结果和结论是：消耗5毫升氧气所用时间10℃少于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃

时，能量代谢会加强。因为小鼠是恒温动物，在10℃比25℃下维持体温所消耗的能量多。（2分）

针对性练习

等量的培养液 ； 加入药物X 不加； 将等数量的肿瘤细胞置于两份培养液中；放在培养箱中在

相同条件下培养一段时间；肿瘤细胞的数目。 可能的结果与相应的结论：

①如果A 和B 中的肿瘤细胞数目差不多，说明新颖药物对肿瘤没有疗效

②如果A 中的肿瘤细胞数目比B 多，说明药物对肿瘤没有疗效，可能有促进增殖的作用； ③如果A 中的肿瘤细胞数目比B 少，说明药物对肿瘤有一定的疗效；

例2：（1）缺少对照实验（生长素和赤霉素单独作用的实验）

（2）A ．实验步骤：

第一步：取生长状况相同的豌豆幼苗，从豌豆幼苗的的同一部位切取等长的茎段若干段，平均分成

四组；

第二步：向标号为①②③④的四个培养皿中加入等量的相同培养液。

然后，向②号培养皿加入适量一定浓度的生长素； 向③号培养液皿加等量一定浓度的赤霉素； ④号培养皿加入等量的生长素和赤霉素的混合液。 ①号培养皿加入等量的蒸馏水作为空白对照。

第三步：将四组豌豆茎切段分别放入上述四个培养皿中，在同样的条件下培养，每隔12小时，测

量茎切段长度一次，48小时后，计算茎切段伸长的平均值。

B ．实验结果的预测：

②、③两组的茎切段均比④组的茎切段短，比①组的茎切段长； C ．实验结论

说明生长素和赤霉素都能促进茎的伸长；两种激素的协同作用，使其对植物茎伸长的促进作用增强。

针对性练习

（1）①b 蒸馏水（清水）

②A. 取6种不同pH 值的缓冲液和蒸馏水各2mL ，分别装入7只洁净的青霉素小瓶（编号）中，将

实验材料吸干表面水分后，每瓶投入10段。每组分别设3个重复。 B ．将各小瓶加盖后置于适宜条件下培养。

C．定时取出各瓶中胚芽鞘切段，用刻度尺测量切段的长度并记录。 ③在一定范围内酸性越强，细胞伸长越明显