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高考生物实验设计专题高考生物实验设计专题 所谓所谓实验设计实验设计，就是要求学生，就是要求学生设计实验原理，选择实验器材，设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据统计与安排实验步骤，设计数据统计与处理的方法及分析实验的现象处理的方法及分析实验的现象。实验设计实验设计 实验设计题实验设计题要求同学们要求同学们依据一定的实验目的，设计实验依据一定的实验目的，设计实验过程，预测实验结果的试题。过程，预测实验结果的试题。这这类高考题的出现有利于培养同学类高考题的出现有利于培养同学们的科学素质和创新精神。们的科学素质和创新精神。1.1.实验的目的要求实验的目的要求一、实验设计元素一、实验设计元素6.6.结论结论 5.实验现象和数据实验现象和数据 4.实验步骤实验步骤3.3.实验思路实验思路2.2.实验原理实验原理二、实验设计的步骤二、实验设计的步骤1、观察、观察-发现问题发现问题2、提出问题、提出问题-提出实验要求提出实验要求3、假说（可有多个）、假说（可有多个）-确立实验原理确立实验原理4、实验（引出实验设计原则）、实验（引出实验设计原则）-设计实验的思路和步设计实验的思路和步骤骤5、结论（数据处理）以表格形式出现，并对、结论（数据处理）以表格形式出现，并对结果预测一般为三个方面：结果预测一般为三个方面：（1）正相关）正相关 （2）负相关）负相关（3）无关）无关-记录实验现象和记录实验现象和数据；数据；分析得出实验结论分析得出实验结论 三、实验设计的原则三、实验设计的原则 1、科学性原则、科学性原则 所谓科学性是指实验的目的要明确，所谓科学性是指实验的目的要明确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科的物学基本知识和基本原理以及其他学科的基本原则。基本原则。2、可行性原则、可行性原则 可行性原则是指在设计生物学实可行性原则是指在设计生物学实验时，从实验原理、实验实施到实验验时，从实验原理、实验实施到实验结果的产生都有可行性结果的产生都有可行性3、简便性原则、简便性原则 设计实验时，要考虑到实验材料容易设计实验时，要考虑到实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验药品比较获得，实验装置比较简单，实验药品比较便宜，实验操作比较简单，实验步骤较少，便宜，实验操作比较简单，实验步骤较少，实验时间较短。实验时间较短。4.随机性原则：随机性原则：实验设计中的随机化原则，是指被实验设计中的随机化原则，是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这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样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。5、单一变量原则单一变量原则 单一变量原则：即控制其他因素不变，单一变量原则：即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一验因素外，其他实验条件要求做到前后一致致6、对照性原则对照性原则 在实验设计中，通常设置对照组，通过干在实验设计中，通常设置对照组，通过干预或控制研究对象以消除或减少实验误差，预或控制研究对象以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。实验设计中可采用的对照方法很多，除了实验设计中可采用的对照方法很多，除了有自身对照、条件对照、相互对照之外，通有自身对照、条件对照、相互对照之外，通常采用空白对照的原则：即不给对照组以任常采用空白对照的原则：即不给对照组以任何处理因素。值得强调的是，不给对照组任何处理因素。值得强调的是，不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的，实际上对何处理因素是相对实验组而言的，实际上对对照组还是要做一定的处理，只是不加实验对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素。组的处理因素。7、平行重复原则、平行重复原则 平行重复原则，即控制某种因素的平行重复原则，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，这述随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所能够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。造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行重复的原则就是为解决这个问题而提平行重复的原则就是为解决这个问题而提出的。出的。复习建议复习建议：理清解题的思路，强化针对性训练理清解题的思路，强化针对性训练。设计题的解题思路设计题的解题思路1、准确地把握实验目的、准确地把握实验目的2、细心地弄清设计要求、细心地弄清设计要求3、精心地策划实验方法、精心地策划实验方法4、合理地设计操作过程、合理地设计操作过程5、严格地设置对照实验、严格地设置对照实验6、准确地预测实验结果、准确地预测实验结果7、简明地组织语言文字、简明地组织语言文字四、设计题的解题思路四、设计题的解题思路1、准确地把握实验目的、准确地把握实验目的 实验目的是整个实验设计的灵魂，所有实验实验目的是整个实验设计的灵魂，所有实验步骤的设计都要围绕实验目的这个核心来进行。步骤的设计都要围绕实验目的这个核心来进行。2、细心地弄清设计要求、细心地弄清设计要求3、精心地策划实验方法、精心地策划实验方法 实验方法的策划是整个实验设计的精髓，是实验方法的策划是整个实验设计的精髓，是一个好的实验设计最富创意的闪光之处，也是搞一个好的实验设计最富创意的闪光之处，也是搞好实验设计的关键所在。好实验设计的关键所在。（1）化学物质的检测方法）化学物质的检测方法 如：如：淀粉淀粉碘液碘液还原性糖还原性糖 CO2 乳酸乳酸O2 无无O2 蛋白质蛋白质斐林试剂、班氏试剂斐林试剂、班氏试剂PH试纸试纸余烬复然余烬复然火焰熄灭火焰熄灭被蛋白酶分解被蛋白酶分解Ca（0H）2溶液或酸碱指示剂溶液或酸碱指示剂（2）实验结果的显示方法如：）实验结果的显示方法如：光合速度光合速度O2释放量或释放量或CO2吸收量或淀粉产生量吸收量或淀粉产生量呼吸速度呼吸速度 O2吸收量或吸收量或CO2释放量或淀粉减少量释放量或淀粉减少量原子途径原子途径 放射性同位表示踪放射性同位表示踪细胞液浓度大小细胞液浓度大小质壁分离质壁分离细胞是否死亡细胞是否死亡质壁分离质壁分离甲状腺激素作用甲状腺激素作用动物耗氧量，发育速度等动物耗氧量，发育速度等生长激素作用生长激素作用 生长速度（体重变化，身高身长变化生长速度（体重变化，身高身长变化）胰岛素作用胰岛素作用动物活动状态动物活动状态菌量菌量菌落数或亚甲基蓝褪色程度菌落数或亚甲基蓝褪色程度（3）实验条件的控制方法）实验条件的控制方法增加水中氧气增加水中氧气泵入空气或吹气或放入绿色植物泵入空气或吹气或放入绿色植物减少水中氧气减少水中氧气 容器密封或油膜覆盖或用凉开水容器密封或油膜覆盖或用凉开水除去容器中除去容器中CO2 NaOH溶液溶液除去叶中原有淀粉除去叶中原有淀粉置于黑暗环境置于黑暗环境除去叶中叶绿素除去叶中叶绿素酒精加热酒精加热除去光合对呼吸干扰除去光合对呼吸干扰 给植株遮光给植株遮光如何得到单色光如何得到单色光 棱镜色散或薄膜滤光棱镜色散或薄膜滤光血液抗疑血液抗疑加入柠檬酸钠加入柠檬酸钠线粒体提取线粒体提取 细胞匀浆离心细胞匀浆离心骨的脱钙骨的脱钙 盐酸溶液盐酸溶液4、合理地设计操作过程、合理地设计操作过程 基本的实验方法选定以后，紧接着就要编定基本的实验方法选定以后，紧接着就要编定具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理规范、切实可行，否则也会造成很大的失分。规范、切实可行，否则也会造成很大的失分。5、严格地设置对照实验、严格地设置对照实验 如何设置对照实验呢？所谓对照实验是指除如何设置对照实验呢？所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全对等的所控因素外其它条件与被对照实验完全对等的实验。对照实验设置的正确与否，关键就在于实验。对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证如何尽量去保证“其它条件的完全对等其它条件的完全对等”。具。具体来说有如下四个方面：体来说有如下四个方面：所用所用生物材料要相同生物材料要相同所用所用实验器具要相同实验器具要相同所用所用实验试剂要相同实验试剂要相同所用所用处理方法要相同处理方法要相同7、简明地组织语言文字、简明地组织语言文字 如：如：步骤设计一般不宜连续描述，往往需步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说，并加以编号。要分段叙说，并加以编号。试管（或烧杯，水槽等）要加以编号，试管（或烧杯，水槽等）要加以编号，如如A、B或甲、乙等等，这样可使叙说简洁一或甲、乙等等，这样可使叙说简洁一些。些。叙说中尽量要用规范的实验术语，不叙说中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如：能用含糊的口语，如：“盖玻片盖玻片”不能说是不能说是“薄的玻璃片薄的玻璃片”；“等量的等量的”不宜说成不宜说成“一一样多的样多的”；“振荡振荡”不宜说成不宜说成“晃动晃动”“摇摇动动”等等等等。例题例题:1、（05全全国国理理综综）已已知知牛牛的的有有角角与与无无角角为为一一对对相相对对性性状状，由由常常染染色色体体上上的的等等位位基基因因A与与a控控制制。在在自自由由放放养养多多年年的的一一群群牛牛中中(无无角角的的基基因因频频率率与与有有角角的的基基因因频频率率相相等等)，随随机机选选出出1头头无无角角公公牛牛和和6头头有有角角母母牛牛，分分别别交交配配，每每头头母母牛牛只只产产了了1头头小小牛牛。在在6头头小小牛牛中中，3头有角，头有角，3头无角。头无角。（1）根根据据上上述述结结果果能能否否确确定定这这对对相相对对性性状状中中的的显显性性性状性状?请简要说明推断过程。请简要说明推断过程。（2）为为了了确确定定有有角角与与无无角角这这对对相相对对性性状状的的显显隐隐性性关关系系，用用上上述述自自由由放放养养的的牛牛群群(假假设设无无突突变变发发生生)为为实实验验材材 料料，再再进进行行新新的的杂杂交交实实验验，应应该该怎怎样样进进行行?(简简要要写写出杂交组合、预期结果并得出结论出杂交组合、预期结果并得出结论)（1）不能确定。）不能确定。假设无角为显性，则公牛的基因型为假设无角为显性，则公牛的基因型为Aa，6头母牛头母牛的基因型都为的基因型都为aa，每个交配组合的后代或为有角或为无角，每个交配组合的后代或为有角或为无角，概率各占概率各占1/2。6个组合后代合计会出现个组合后代合计会出现3头无角小牛，头无角小牛，3头头有角小牛。有角小牛。假设有角为显性，则公牛的基因型为假设有角为显性，则公牛的基因型为aa，6头母牛可头母牛可能有两种基因型，即能有两种基因型，即AA和和Aa。AA的后代均为有角。的后代均为有角。Aa的后代或为无角或为有角，概率各占的后代或为无角或为有角，概率各占1/2，由于配子的随，由于配子的随机结合及后代数量少，实际分离比例可能偏离机结合及后代数量少，实际分离比例可能偏离1/2。所以，。所以，只要母牛中具有只要母牛中具有Aa基因型的头数大于或等于基因型的头数大于或等于3头，那么头，那么6个组合后代合计也会出现个组合后代合计也会出现3头无角小牛，头无角小牛，3头有角小牛。头有角小牛。综合上述分析，不能确定有角为显性，还是无角为显综合上述分析，不能确定有角为显性，还是无角为显性。性。（2）从牛群中选择多对有角牛与角牛杂交（有）从牛群中选择多对有角牛与角牛杂交（有角牛角牛有角牛）。如果有角牛）。如果后代出现无角小牛后代出现无角小牛，则，则有角为显性，无角为隐性；如果有角为显性，无角为隐性；如果后代全部为有后代全部为有角小牛角小牛，则无角为显性，有角为隐性。，则无角为显性，有角为隐性。2、（05北北京京理理综综）蜜蜜蜂蜂是是具具有有社社会会性性行行为为的的昆昆虫虫。一一个个蜂蜂群群包包括括一一只只蜂蜂王王、几几只只雄雄蜂蜂和和众众多多工工蜂蜂。蜂蜂王王专专职职产产卵卵，雄雄蜂蜂同同蜂蜂王王交交尾尾，工工蜂蜂负负责责采采集集花花粉粉、喂喂养养幼幼虫、清理蜂房等工作。请回答下列问题：虫、清理蜂房等工作。请回答下列问题：（1）蜂蜂王王、雄雄蜂蜂和和工工蜂蜂共共同同生生活活，各各司司其其职职，这这种种现现象称为象称为 。（2）未未受受精精卵卵发发育育成成雄雄蜂蜂，受受精精卵卵发发育育成成雌雌性性的的蜂蜂王王或或工工蜂蜂，这这表表明明密密蜂蜂的的性性别别由由 决定。决定。（3）研研究究人人员员发发现现了了工工蜂蜂清清理理蜂蜂房房行行为为不不同同的的两两个个蜂蜂相相，分分别别称称为为“卫卫生生”蜂蜂（会会开开蜂蜂房房盖盖、能能移移走走死死蛹蛹）和和“非非卫卫生生”蜂蜂（不不会会开开蜂蜂房房盖盖、不不能能移移走走死死蛹蛹）。为为研究工蜂行为的遗传规律，进行如下杂交实验：研究工蜂行为的遗传规律，进行如下杂交实验：种内互助种内互助染色体数目染色体数目P “非卫生非卫生”蜂的蜂工蜂的蜂工 “卫生卫生”蜂的雄蜂蜂的雄蜂 （配子的染色体数目不减少）（配子的染色体数目不减少）F1 “非卫生非卫生”蜂蜂测交测交？的雄蜂的雄蜂 测测交交后后代代 “非非卫卫生生”蜂蜂 新新类类型型 新新类类型型 “卫卫生生”蜂蜂 （25%）（25%）（25%）（25%）“非卫生非卫生”蜂的工蜂行为是蜂的工蜂行为是 （显性（显性/隐性）性状。隐性）性状。工蜂清理蜂房的行为是受工蜂清理蜂房的行为是受 对基因控制的，符合基因的对基因控制的，符合基因的 判断依据是判断依据是 。规律 本实验中测交选择了本实验中测交选择了 作母本与作母本与 的的雄蜂交配。雄蜂交配。测交后代中纯合体的表现型是测交后代中纯合体的表现型是 ，新类型新类型I的表现型是的表现型是 。“卫生卫生”蜂的工蜂会开蜂房盖、能移走死蛹的行为属于蜂的工蜂会开蜂房盖、能移走死蛹的行为属于 行为行为。显性显性两两自由组合自由组合 测交后代四种表现型比例相等测交后代四种表现型比例相等 F1代的蜂王代的蜂王“卫生卫生”蜂蜂 会开蜂房盖、能移走死蛹会开蜂房盖、能移走死蛹 会开蜂房盖、不能移走死蛹会开蜂房盖、不能移走死蛹（或不会开蜂房盖、能移走死蛹）（或不会开蜂房盖、能移走死蛹）本能本能祝同学们学习进步祝同学们学习进步