第一章 第2节 实验探索是生物学的重要途径(无答案)-高中生物学合格考学案等级考预备（新教材必修 第2版）

· 5 · 第 2 节 实验探索是生物学的重要途径 一、实验探索需要合理的思路和方法 （一）生命科学探究的基本步骤 科学探究六个要素：提出科学问题；进行猜想和假设；制订计划，设计实验；观察与实验，获取事实 与证据；检验与评价；表达与交流（某些探究过程只包含其中的几个要素，而且也不一定按上面呈现的顺 序进行）。 1. 提出问题：水族箱中饲养着从小河里采集来的柳条鱼，经过三年的观察，发现一到春天，鱼儿游动 活跃并开始产仔（卵胎生）。第一年开始产仔的日期是 4 月 17日，第二年为 4月 20 日，第三年为 4 月 15 日。由此产生一个疑问：为什么柳条鱼在 4月中旬产仔呢？ 2. 提出假设：水温随季节变化升高，引起柳条鱼产仔；每日日照时间随季节变化延长，引起柳条鱼 产仔。 3. 设计实验 （1）在 2～3月份选择体长和健康状况相近的雌雄鱼； （2）将鱼等量的分成三组（A、B、C），每组雌雄数量相等； （3）A组放在自然条件下，不控制条件；B组放在自然环境下，但是控制水温；C组控制日照时间的 长短。 4. 实施实验：略。 5. 分析数据 水温对柳条鱼产仔影响的记录 光照与黑暗对柳条鱼产仔影响的记录 日期 水温（℃） 日期 光照与黑暗比（h∶h） 8 12 20 24 8∶16 10∶14 12∶12 14∶10 2 月 1 日 无 无 无 无 2 月 1 日 无 无 无 无 2 月 2 日 无 无 无 无 2 月 2 日 无 无 无 无 … … 3 月 20 日 无 无 无 有 3 月 20 日 无 无 无 无 … … 3 月 24 日 无 无 有 有 3 月 24 日 无 无 无 无 6. 得出结论：水温升高引起柳条鱼开始产卵。 7. 新的疑问：是否还存在其他影响产仔的因素？ 问题：我们吃的黄豆芽在菜场上刚买来时是黄的，但放在家里不遮盖，没过多久却发现黄豆芽变绿了， 而且夏天比冬天变绿的速度要快。究竟是哪些因素会导致黄豆芽变绿？请依据上述过程进行探究，并写出 研究方案。 文献 学习或 提出 假 设计 实施 分析 得出 解答 新的 进一 生活实践 疑问 设 实验 实验 数据 结论 疑问 疑问 步探究 · 6 · （二）生物实验设计的主要原则 1. 科学性原则：在设计实验时必须有充分的科学根据。实验的原理要科学, 实验材料的选择要科学， 实验的方法步骤要科学，实验的结果、结论要科学。 2. 单一变量原则：在一组实验中实验组和对照组之间只能有一个反应变量，也就是说只有一个不相同， 其他的都要-样。变量唯一能使复杂的问题简单化，变量唯一才能正确地找出实验组和对照组的差别，从而 证明实验变量的作用。如在验证唾液淀粉酶具有专一性的时候，对照组和实验组的温度、pH值、所采用的 试管大小、试剂多少、反应条件、溶液量等均要一致，只有一个变量,即实验组为淀粉溶液，对照组为蔗糖 溶液。 3. 等量性原则：实验组和对照组除一个实验变量不同外，其他无关变量要全部相同，以消除无关变量 对实验结果的影响。如探究 pH 值对酶活性的影响时，实验变量是 pH 值，除 pH 值不同外，其他无关变量 （如温度、试管大小、添加的溶液量、试剂多少、实验时间等）在实验组和对照组中要完全相同、等量。 4. 重复性原则：在同样条件下重复做同样的实验，观察实验结果是相同的。任何实验都必需有足够的 实验次数，才能判断结果的可靠性。如果设计的实验只能进行一次，而无法重复，那么这样得出的结论是 不可靠的。 5. 随机性原则：指实验样本的抽取是在实验对象的总体中随机抽取的，它们的机会是均等的。而不要 给试验增加特殊性。 6. 对照性原则：实验设计的最基本的原则。 （1）空白对照：对照组不加任何处理因素。如研究甲状腺激素对蝌蚪个体发育的影响时，实验组的饲 料添加甲状腺素，对照组的饲料不添加任何制剂人条件对照；又如探究唾液淀粉酶的活性需要有适宜的 PH 值，设立过酸、过碱、接近中性实验条件，进行相互对比。 （2）自身对照：对照与实验在同一受试生物上进行。如观察一条雄性鲫鱼对注射雄性激素前、后的活 动变化情况。 （3）相互对照：不独立设立对照组，而是几个实验组之间相互对照。如比较过氧化氢酶和氯化铁对催 化过氧化氢水解反应的催化活性。 （4）标准对照：不设立对照组，实验结果与标准值或正常值对比。如测试人体摄入 500 克葡萄糖 80 分钟后血糖浓度是否正常。 （三）实验分析基本方法——控制变量法 1. 实验中的变量 （1）自变量：会引起其他变量发生变化的变量，是可以被控制的量，如温度、pH 值、起始浓度、酶 量等。 （2）因变量：由自变量变化而被影响的量，如反应速度、反应时间等，实验分析的重要依据。 （3）无关变量：除了自变量以外，会对实验结果造成影响或干扰的变量，如烧杯大小、操作方法等。 实验中，应保持各组之间无关变量一致。 2. 控制变量法一般步骤：为了弄清事物变化的原因和规律，当研究多个因素之间的关系时，往往先控 制住其他几个因素使其不变，然后集中研究其中一个因素变化所产生的影响，因变量的改变往往是自变量 改变的结构。控制变量法的设计程序如下： 自变量 无关变量 因变量 实验组 施加 相同 发生 对照组 不施加或改变 相同 消失或程度改变 对照 分析 科学 结论 · 7 · 例 1 生命科学探究活动的基本步骤是（ ）。 ①设计实验 ②提出疑问 ③观察和实验 ④解答疑问 ⑤提出假设 A. ⑤①③②④ B. ②①③④⑤ C. ②⑤①③④ D. ⑤①③④② 例 2 为了搞清食管癌与长期食用被亚硝胺污染的食物的关系，可选用的方法是（ ）。 ①利用实验动物进行长期模拟观察 ②随机抽样调查吸烟和食用过热食物人群的发病率 ③对患病高发区与低发区食物中亚硝胺含量进行对比 ④在患者家系中调查统计发病率 A. ②③ B. ①③ C. ①④ D. ②④ 例 3 在对蜜蜂色觉的研究中，弗里施怀疑“蜜蜂是色盲”这一说法，他认为蜜蜂能分辨花卉的不同颜 色。这一步骤属于实验法研究的（ ）。 A．提出问题 B．作出假设 C．实施计划 D．得出结论 例 4 “提出一个问题往往比解决一个问题更重要”，能够提出有研究价值的问题，并作出符合科学事实 的假设，是科学探究成功的前提。下列不属于科学问题的是（ ）。 A．大雁何时南飞 B．鼠妇喜欢生活在怎样的环境中 C．哪种月季漂亮 D．菜青虫喜欢食用哪种绿色植物 例 5 实验室的一位生物学家根据实验结果报告了一个新发现。如果这一实验结果是有确实根据的，那 么其他实验室的生物学家应该能够（ ）。 A．用不同的变量重复这一实验并得出相同的结论 B．做相同的实验并得出不同的结果 C．重复相同的实验并得出相同的结果 D．在不同的实验条件下做相同的实验并得出相同的结果 例 6 近年来，我国西北某地频发蝗虫灾害，某农科院开展“降水量与蝗灾发生关系”的研究，下列设 计中与研究目标有直接关系的是（ ）。 ①研究降水量与蝗虫产卵量的关系 ②研究降水量与蝗虫卵孵化率的关系 ③研究降水量与空气湿度增加的关系 ④研究蝗虫性别比例与蝗虫产卵量的关系 A．①② B．①③ C．③④ D．②④ 例 7 在培养皿底部铺上棉花，将豌豆的种子放在棉花上。实验过程与结果如下表所示，关于实验的 相关叙述，正确的是（ ）。 装置 场所 温度 棉花状态 数日后的现象 甲 日光 23℃ 潮湿 全部发芽 乙 日光 23℃ 干燥 没有发芽 丙 黑暗 23℃ 潮湿 全部发芽 丁 黑暗 23℃ 干燥 没有发芽 A. 该实验研究的目的：种子萌发与光照、温度、水分有关 B. 该实验材料的选择：豌豆的种子要保持完整，具有活力，并保证一定的数量 C. 该实验的自变量为种子是否萌发 D. 该实验的结论是种子萌发与温度无关 例 8 某同学为了研究阳光对大豆发芽的影响，在两个同样的花盆中种下大豆种子并且设计了如下的实 验。这个实验设计应当改正的操作是两个花盆（ ）。 · 8 · 花盆 光线情况 温度 水分 甲 向阳处 20 0 C 充足 乙 阴暗处 20 0 C 不充足 A．都应放在向阳处 B．都应当浇给充足的水 C．温度都应当是 0 0 C D．都应当不浇水 例 9 在生命科学探究的基本步骤中，提出假设是重要的一步。下列关于假设的叙述，错误的是（ ）。 A. 假设需要实验验证才能证明其真伪 B．假设必须在实验方案设计完成后提出 C．假设可建立在已有知识或经验的基础上 D．假设既可能是正确的，有可能是错误的 例 10 小明将刚孵出的蟑螂分甲、乙、丙、丁四组，分别喂含不同营养的食物（如下表，表中的数字 代表所含成分的多少，“―”表示没有此成分）。由实验设计中可以知道，小明想研究对蟑螂发育影响的 是（ ）。 甲 乙 丙 丁 抗生素 ― 0.1 0.1 0.1 维生素 0.5 ― 0.5 0.5 蛋白质 44 44 44 ― 淀粉 66 66 66 66 ①抗生素 ②维生素 ③蛋白质 ④淀粉 A. ④ B. ①②③ C. ① D. ①②③④ 例 11 在科学探究过程中，提出问题和作出假设是两个重要的环节。下列关于作出假设，错误的是 （ ）。 A．要有一定的相关知识和观察依据 B．要有严谨的推理和一定的想象力 C．要对提出的问题作出尝试性回答 D．要有较强的实验操作能力 例 12 “一只雄黑猩猩飞快下了树，并且不慌不忙地向我走来，当走到离我还有三步远时，它站住了， 毛发耸立起来，样子凶暴可怕……”这是珍妮·古道尔对黑猩猩的一段记录。珍妮·古道尔运用了哪种研 究方法（ ）。 A. 观察法 B. 调查法 C. 实验法 D. 测量法 例 13 观察是科学探究的一种基本方法。下列各项活动中属于观察的是（ ）。 A．上网搜索资料 B．用直尺测量肾蕨的高度 C．进行人口普查 D．用放大镜看蚂蚁的结构 例 14 科学家对蜜蜂群体的自然活动状况进行跟踪拍摄，这种研究方法属于（ ）。 A. 实验法 B. 观察法 C. 文献法 D. 分类法 例 15 为了解“六九杨（一种速生杨树）”对我市生态系统造成的影响，某研究小组先后到不同地区考 察，走访相关人员。这种科学研究方法是（ ）。 A．实验法 B．推测法 C．调查法 D．测量法 例 16 今年 5月在阿根廷中部发现了身长超过 40米的泰坦巨龙类恐龙化石，这种巨型恐龙比以前发现 的霸王龙、剑龙等都要大，是目前世界上发现最重也是最长的恐龙物种。得出这一结论所运用的科学方 法或依据是（ ）。 · 9 · ①模拟实验 ②观察化石 ③进行比较 ④科学推测 A. ①③④ B．②③④ C．①②③ D．①②③④ 例 17 2014年 5月份南方遭到持续的暴雨袭击，5月 21日统计广东已造成七死四伤，为掌握持续暴 雨对农业生产造成的损失情况，应采取的方法是（ ）。 A．模拟实验 B．实验法 C．调查法 D．观察法 例 18 科学探究是探索生命的重要方法，其中的实验是验证假设的基本途径，科学探究常常需要进行 对照实验。下列有关对照实验的做法中，正确的是（ ）。 A．除实验变量外，其他条件均相同 B．所有的条件都不相同 C．除实验变量外，其他条件均不相同 D．所有的条件都相同 二、实验探索需要熟练的技能 1. 显微镜的使用（参阅实验 1.1） 2. 蚕豆叶下表皮细胞的形态结构观察 （1）低倍镜观察：在低倍镜下观察蚕豆叶下表皮，调节粗调节器，使物像达到清晰，观察不规则形的 蚕豆表皮细胞、肾形保卫细胞及成对保卫细胞围成的气孔（必修一，13页，图 1-9）。 （2）高倍镜的使用：在低倍镜视野中，将需要进一步方法观察的物像部位移至视野中心，然后转动转 换器，使高倍镜到位。转动时，两眼须从显微镜侧面注视，若发现镜头有可能与玻片相碰，应检查原因并 排除。然后，注视目镜观察视野并微微上下转动细调节器，直到物像清楚。如光线较暗，可调节聚光器和 光圈，使视野明亮。 （3）绘制保卫细胞和气孔图。 （4）蒸腾作用和水分的散失：水分以气体状态从植物表面 （主要是叶子）散失到体外的现象叫蒸腾作用，主要通过气孔完 成。蒸腾作用（散失 95%～99%的水）产生的拉力是植物体吸收水 分和促使水分在体内运输的重要动力。动物水分的散失主要通过呼 吸排尿等方式。 气孔控制蒸腾作用的气体交换，是由两个肾形保卫细胞完成的。保卫细胞靠近气孔的内壁厚，背离 气孔的外壁薄，保卫细胞吸水膨胀时，较薄的外壁伸长，细胞向外弯曲，气孔张开；保卫细胞失水而体 积缩小时，细胞壁拉直，气孔关闭。 3. 人血细胞的形态结构观察 （1）观察结果：显微镜下观察人血涂片永久装片。高倍镜下 可观察到圆饼状的红细胞以及细胞核被染上颜色的颗粒状白细胞。 （2）细胞特点 细胞名称 细胞形态 是否有细胞核 数量 主要功能 常见病 红细胞 双凹圆饼状 富含血红蛋白 无 最多 运输 O2和 CO2 少时（贫血） 白细胞 个体最大 形态多样 有 最少 吞噬病菌，对人体 有保护和防御作用 多时（炎症） 血小板 个体最小 形态不规则 无 居中 凝血和止血 少时 （血流不止） 气孔关闭 气孔开放 表皮细胞 表皮细胞 副位细胞 副位细胞 K ＋ K ＋ K ＋ K ＋ K ＋ K ＋ K ＋ K ＋ 红细胞 白细胞 血浆 血小板 · 10 · 保卫细胞 表皮细胞 气孔 例 19 右图为显微镜下观察到的叶表皮。保卫细胞的细胞壁具有伸缩性，当表皮细胞中的 K ＋ 等离子大 量进入保卫细胞时，气孔张开。由此推测，气孔张开是由于（ ）。 A．保卫细胞失水后质壁分离 B．表皮细胞失水后质壁分离 C．保卫细胞吸水后形态改变 D．表皮细胞吸水后形态改变 例 20 取蚕豆叶下表皮制作临时装片，依次在清水和 0.3g/mL蔗糖溶液中观察，结果如下图所示。下列 相关叙述中错误的是（ ）。 A．①表示保卫细胞，②表示气孔 B．图中箭头表示的是蔗糖进出细胞的方向 C．蔗糖溶液中保卫细胞可能出现质壁分离 D．蔗糖溶液中保卫细胞因失水导致气孔关闭 例 21 红细胞的主要功能是（ ）。 A. 提供营养 B. 缓冲温度 C. 运输激素 D. 运输 02和 CO2 E. 提供铁 例 22 在微镜下观察人的血涂片，下列叙述不正确的是（ ）。 A. 白细胞内有细胞核，细胞较大 B. 红细胞内无细胞核，细胞呈两面凹的圆饼状 C. 血小板不易看到，形状不规则 D. 白细胞数目最多 例 23 下图为显微镜观察到的人血涂片示意图，下列有关叙述中错误的是（多选）（ ）。 A．②的细胞内无细胞核 B．③的功能是吞噬病菌 C．④的功能是运输氧气 D．人体出现炎症时②的数量会增多 E. 细胞②因富含血红蛋白而呈红色 液 泡 ② ① 清水 0.3g/mL 蔗糖溶液 ① ② ③ ④