桂山中学2014届高三生物实验专题复习（二）：实验设计
一、考纲要求：
１.具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。
２.具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说-演绎、模型构建与系统分析等科学研究方法。
３.能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修正。
二、夯实基础
１.实验设计的基本原则：
①单一变量原则，②对照原则，③平行重复原则，④等量原则，⑤科学性原则，
除些之外还有可行性原则、随机性原则等。
２.实验的基本类型：验证性实验、探究性实验。
3、实验设计题解题的基本步骤
(1)、找到实验目的
(2)、弄清楚是验证性实验还是探究性实验
(3)、确定用什么实验原理
(4)、确定自变量、因变量、无关变量
(5)、设计实验步骤
（1）取材、分组、编号
（2）设置单一变量，控制无关变量
（3）结果观察、统计、记录
(6)、预测实验结果及分析
验证性实验：最可能的一个结果
探究性实验：各种可能的结果
三.常见考点突破
（一）拟定课题名称
例１：为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，请补充完成下列实验步骤：略
请拟定该实验的课题名称：_______________________________________________
例2:为了了解酒精对细胞的毒害作用，某研究性学习小组开展了探究实验，请分析回答问题:
请拟定该实验的课题名称：_______________________________________________
考点对应练1：
某生物兴趣小组开展DNA粗提取的相关探究活动。小组成员分别选用花菜、辣椒和蒜黄为材料，并将每样等量分成两组后分别放置在20℃和一20℃条件下培养，再分别进行DNA粗提取。提取后每组的DNA用二苯胺进行颜色鉴定，比较溶液的颜色深浅，结果如下表。
分析上述实验过程，回答下列问题：
(1)该实验目的是。
（二）分析题干确定实验变量
１. 变量的概念（完成关键词填空）：实验过程中可以变化的因素称为。其中人为改变的变量称做；随着的变量称做因变量；除自变量外，实验过程中可能还会存在一些可变的因素，会对造成影响，这些变量称为。
２.变量的确定方法：
例3:为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下列问题:
（1）本实验的自变量为____________________,因变量为___________________
无关变量为_____________________
考点对应练2:某兴趣小组进行了如下实验：
［实验目的］比较甲、乙、丙三种微生物所产生的淀粉酶的活性。
［实验原理］略。
［实验材料］三种微生物淀粉酶提取液(设提取液中酶浓度相同)等。
［实验步骤］
a．取四支试管，分别编号；
b．按下表内要求讲行操作；
c．将上述四支试管放人37℃水浴，保温1h；
d．在上述四支试管冷却后滴人碘液；
e．观察比较实验组的三支试管与对照组试管的颜色及其深浅；
［实验结果］(注：“+”显色，“++”显色更深；“-”不显色)。
请分析回答下列问题：
(1)该实验的自变量是_____________，因变量是_____________，无关变量有_____________(写出2种即可)。
３.变量的控制方法
（１）常见实验变量的操纵方法
?①除去容器中的二氧化碳——
?②增加水中二氧化碳——
?③增加水中的氧气——
?④减少水中的氧气——
?⑤除去叶片中原有淀粉——
?⑥除去叶片中叶绿素——
?⑦除去光合作用对细胞呼吸的干扰——
?⑧添加生长素——
?⑨添加蛋白质、多肽类激素——
?⑩添加固醇类激素——
（２）常见的因变量的检测方法
①光合速率——
②呼吸速率——
③新陈代谢速度——
④生长发育——
⑤胰岛素作用——
⑥蛋白质——
（三）实验步骤的完成
１.基本步骤
第一步：取材、编号、分组。
选择题目中提供的实验材料和用具，组装实验设备，一般情况对照组一组，实验组分成两
组或多组，并作好编号。
第二步：设置对照实验。
注意对“单一变量”的控制，对于无关变量可以用“等量、等浓度、相同”等概括词去表
示。对照实验一般分为空白对照、相互对照、自身对照、条件对照等。其中最常见的为空
白对照。
第三步：培养、观察、处理实验结果。
若实验最后一步需要培养，那么一定要注意培养条件一定相同，可以用“适宜、相同、合
适”等词去表述。实验结果要记录、分析、比较。结果中产生数据的还需要用数学统计法
去处理。
例4：为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，请补充完成下列实验步骤：
实验材料：具2片真叶且长势相同的该品种大豆幼苗10株、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：
①将上述大豆幼苗平均分成2组，A 组为对照组，B 组为实验组，分别置于等量的__________中培养。
②用喷壶分别将__________和___________喷洒在A、B两组幼苗上。
③将两组苗置于___________________条件下培养，一段时间后，测定两组植株的__________，并求__________。
考点对应练3：某科研单位研制出一种新型治癌药物X，但不知对此类肿瘤是否有疗效，现提供以下实验材料：培养瓶、CO2培养箱、含有肿瘤细胞的培养液、生理盐水、光学显微镜、药物X等，请你完成相关实验步骤加以验证。
步骤一：取两只培养瓶，编号1号、2号，两瓶中装人_____________________________。
步骤二：1号培养瓶中加入__________________,2号培养瓶中加入_______________________。
步骤三：____________________________________________________,。
步骤四：一段时间后取出用显微镜观察并记录_____________________。
（四）描述（或预测）实验结果，总结实验结论
1、什么是实验的结果？
实验的结果是实验参考指标的展现，实验结果一般是可见的现象、可测的或可数的数值。如颜色、重量、体积、长度等。
2、什么是实验结论？
实验结论是凌驾在实验结果之上的，通过实验原理而分析得出的一种理论。如胰岛素能降低血糖浓度。
3.不同类型实验结果的区别
验证性实验：结果唯一、结论唯一，即实验目的的陈述。
探究性实验：结果若干、结论若干，一种结果分析得出一种结论。
例5：为了验证某大豆品种的矮化特性与赤霉素的含量有关
课题名称：验证赤霉素对大豆的矮化特性有抑制作用
(3)实验步骤:
③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,测定并计算两组植株的平均高度。
（4）实验结果：______________________________________________
该实验的结论是:__________________________________________
考点对应练4：某科研单位研制出一种新型治癌药物X，但不知对此类肿瘤是否有疗效，现提供以下实验材料：培养瓶、CO2培养箱、含有肿瘤细胞的培养液、生理盐水、光学显微镜、药物X等，请你完成相关实验步骤加以验证。
步骤一：取两只培养瓶，编号1号、2号，两瓶中装入等量的含有肿瘤细胞的培养液。
步骤二：1号培养瓶中加入一定量的药物X,2号培养瓶中加入等量的生理盐水。
步骤三：充分振荡摇匀后将培养瓶放入CO2培养箱中，在相同且适宜的条件下培养。
步骤四：一段时间后取出用光学显微镜观察并记录细胞分裂生长情况。
（3）写出预期实验结果及相应结论①________________________________________________
②________________________________________________
（五）设计实验结果记录表
例6:为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下列问题:
实验步骤:
①将上述10株大豆幼苗平均分成两组,A组为对照组:B组为实验组,分别置于等量完全培养液中培养。②用喷壶分别将适量蒸馏水和等量适宜浓度的赤霉素溶液喷洒在A、B两组幼苗上。③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,测定并计算两组植株的平均高度。（5）设计实验记录表
考点对应练5: (2012广东)29、（2）该蛋白酶的提取工艺流程如下：
兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。结果显示，酶保护剂浓度在
0.02-0.06mol/L范围内，酶活力较高；提取液pH在6.0-8.0范围内，酶活力较高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂的美活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并确定以此为探究课题。请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。
四、综合实验题精析
例7、研究表明，细胞分裂素可以延缓叶片的衰老。生物学兴趣小组的同学想通过实验检验生长素是否也具有延缓叶片衰老的作用。请你利用离体的叶片设计一个实验来探究这个问题。
（1)实验目的：__________________________________________________
(2)实验原理：离体的叶子会逐渐衰老,叶片变黄,使用一定浓度的细胞分裂素处理之后,可以显著地延长保绿时间,推迟离体叶片衰老。
(3)材料用具：足够数量的植物离体叶片、一定浓度的细胞分裂素和生长素、所需的相关器材和用具。
(4)实验步骤：
①把植物的离体叶片随机均分成______组，编号_______________
②分别用__________的适宜浓度的_____________和适宜浓度的_________处理A、B两组叶片，C
组用___________________处理
③观察并记录________________
(5)结果预测和结论：
_______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________
例8、研究表明，成熟叶中含有较多的脱落酸而不含细胞分裂素。科学家通过进一步分析研究可知：脱落酸能抑制核酸、蛋白质的合成，促使叶片衰老。而细胞分裂素则抑制叶绿素、核酸和蛋白质的降解，抑制叶片衰老。所以在生产中可利用细胞分裂素作保鲜剂。请你设计一个实验证明细胞分裂素有延缓叶片衰老的作用。
实验原理：叶绿素逐渐丧失而失去绿色是叶片衰老的最明显的特点。离体叶片很快就会出现衰老的特点，因此，可通过来证明。
实验步骤：
第一步：选取叶片随机分成两组，分别标记为甲组、乙组。
第二步：在甲组叶片上涂一定浓度的_______________，在乙组叶片的涂上_____________
第三步：将甲组叶片和乙组叶片置于______________中，记录甲、乙两组叶片__________________________
实验结果预测：
实验结论：
六、体验高考
1、（2013广东卷）某新能源研究兴趣小组尝试用木薯块根的淀粉制备燃料酒精。他们用酶将木薯淀
粉讲解成单糖。查阅资料后，安装的酒精发酵装置、采用的发酵条件如图12。
（1）向发酵瓶中加入5g酵母菌开始试验，发酵初期，通气阀①需要偶
尔短时间打开，并在A通气口处打气，以利于__________；实验过程中，
通气阀②需要偶尔短时间打开，但目的是______________。
（2）第3天，取出少量发酵液，滴加含有__________的浓硫酸溶液来检
测酒精。
（3）检测后发现，尽管酵母菌菌种合适、淀粉酶解物充足、操作正确、
发酵温度和PH值适宜，但酒精含量（+）比预期低，我们展开了讨论，
认为还有其它影响因素，如__________，请设计试验对此因素进行探究
并预测实验结果（用表格形式呈现；用“+”表示酒精量，最高含量为
“+++++”）。
（4）请对预测的结果进行分析，并得出结论。
答案：
例1：验证赤霉素对大豆品种的矮化特性具有抑制作用
例2：探究不同的酒精浓度对细胞成活率的影响
考点对应练1：探究不同材料和不同保存温度对DNA提取量的影响
例3：自变量：赤霉素（的含量）因变量：大豆植株的高度
无关变量：处理时间、培养温度、光照强度等
考点对应练2：自变量：不同的淀粉酶提取液因变量：颜色深浅程度无关变量：各组间pH、温度、加入提取物的量和浓度、淀粉溶液的量和浓度
３.变量的控制方法
（１）常见实验变量的操纵方法
?①除去容器中的二氧化碳——放入NaOH溶液或KOH溶液
?②增加水中二氧化碳——放入NaHCO3溶液
?③增加水中的氧气——泵入空气或放入绿色植物
?④减少水中的氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水
?⑤除去叶片中原有淀粉——置于黑暗环境一昼夜
?⑥除去叶片中叶绿素——酒精隔水加热
?⑦除去光合作用对细胞呼吸的干扰——植物遮光
?⑧添加生长素——喷洒在叶片表面
?⑨添加蛋白质、多肽类激素——注射
?⑩添加固醇类激素——饲喂、注射
（２）常见的因变量的检测方法
①光合速率——O2释放量、CO2吸收量、淀粉产生量
②呼吸速率——O2吸收量、CO2释放量、淀粉减少量
③新陈代谢速度——动物耗氧量
④生长发育——动物身高、体重变化
⑤胰岛素作用——动物活动状态
⑥蛋白质——双缩脲试剂鉴定
例4：
①等量的完全培养液
②适量蒸馏水等量适宜浓度的赤霉素溶液
③相同且适宜植株高度求平均值
考点对应练3：
步骤一：等量的含有肿瘤细胞的培养液。
步骤二：一定量的药物X 等量的生理盐水。
步骤三：充分振荡摇匀后将培养瓶放入CO2培养箱中，在相同且适宜的条件下培养。
步骤四：细胞分裂生长情况。
例5：结果：A组植株的平均高度比B组的平均高度小
结论：赤霉素对大豆的矮化特性有抑制作用
考点对应练4：
① 1号培养瓶细胞分裂生长停滞，2号瓶细胞分裂生长情况正常，则说明药物x对此类肿瘤有
疗效
②若1号培养瓶细胞分裂生长情况与2号瓶相似，无明显变化，则说明药物X对此类肿瘤无疗效
例6：略
考点对应练5：实验结果记录表
例7、目的:探究生长素是否具有延缓叶片衰老的作用
(4)①把植物的离体叶片随机均分成A、B、C三组
②分别用适宜浓度的细胞分裂素和适宜浓度的生长素处理A、B两组叶片，C组不作任何处理
③观察并记录叶片的保绿时间
(5)①B组叶片与A组叶片的保绿时间相差不大，说明生长素也具有延缓叶片衰老的作用②B组叶片与C 组叶片的保绿时间相差不大，说明生长素对叶片的衰老无影响
③B组叶片的保绿时间在A组与C组之间，说明生长素具有延缓叶片衰老的作用，但是没有细胞分裂素作用明显
④B组叶片比C组叶片的保绿时间更短，说明生长素具有加速叶片衰老的作用
⑤B组叶片比A组叶片的保绿时间更长，说明生长素比细胞分裂素更具有延缓叶片衰老的作用
例8、答案：用细胞分裂素处理离体的叶片，记录叶片失绿所需的时间
第一步：同种植物、同样大小和发育状况相同的
第二步：在甲组叶片上涂一定浓度的细胞分裂素，在乙组叶片的涂上等量的蒸馏水
第三步：将甲组叶片和乙组叶片置于相同的环境中，记录甲、乙两组叶片失绿变黄所需的时间
结果预测：甲组叶片失绿所需的时间比乙组长
结论：细胞分裂素有延缓叶片衰老的作用。
六、体验高考
（1）提供氧气使酵母菌大量繁殖排出产生的二氧化碳以维持溶液PH稳定
（2）重铬酸钾
（3）随着酒精浓度增大，酵母菌无氧呼吸受阻产生酒精量减少
实验设计：
1.取五只锥形瓶，标号为1、2、3、4、5，分别加入等量的酵母粉、葡萄糖培养液和缓冲液。
2.向锥形瓶中分别加入蒸馏水进行稀释各加入0ml、20ml、40ml、60ml、80ml、的水，密封
在相同的条件下培养相同的时间，
3.一段时间后测定溶液中的酒精的量。
（4）溶液稀释倍数越高，产生的酒精的量越大，说明了酒精浓度越小，越有利于酵母菌的无氧呼吸的进行。
【解析】（1）如图所示通气阀1为进气后，通入氧气有利于酵母菌的大量繁殖，通气阀2为出气口，排除二氧化碳有利于维持溶液的PH的稳定。
（2）检测酒精依据的原理是酒精能使酸化的重铬酸钾溶液变成灰绿色。
溶液的量固定，随着无氧呼吸的进行酒精浓度增大，因此可能原因是随着酒精浓度增大，酵母菌无氧呼吸受阻产生酒精量减少。