第3单元 实验专题课1 实验设计基础(教用Word)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中生物学高考一轮总复习（不定项版）

实验专题课 (一)　实验设计基础 一、实验设计遵循的原则 (1)科学性原则。 (2)单一变量原则和等量原则。 (3)平行重复原则。 (4)对照原则(为使实验结果有可信度,需设置对照组)。 二、实验设计中的变量分析 1.(2022·广东卷,T13)某同学对蛋白酶TSS的最适催化条件开展初步研究,结果见下表。下列分析错误的是(　　) 组别 pH CaCl2 温度( ℃) 降解率(%) ① 9 + 90 38 ② 9 + 70 88 ③ 9 - 70 0 ④ 7 + 70 58 ⑤ 5 + 40 30 [注]　+/-分别表示有/无添加,反应物为Ⅰ型胶原蛋白。 A.该酶的催化活性依赖于CaCl2 B.结合①②组的相关变量分析,自变量为温度 C.该酶催化反应的最适温度为70 ℃,最适pH为9 D.尚需补充实验才能确定该酶是否能水解其他反应物 解析　分析②③组可知,没有添加CaCl2,降解率为0,说明该酶的催化活性依赖于CaCl2,A项正确;分析①②组变量可知,pH均为9,都添加了CaCl2,温度分别为90 ℃、70 ℃,故自变量为温度,B项正确;②组酶的活性最高,此时pH为9,温度为70 ℃,但由于温度梯度、pH梯度较大,不能说明最适温度为70 ℃,最适pH为9,C项错误;该实验的反应物为Ⅰ型胶原蛋白,要确定该酶能否水解其他反应物还需补充实验,D项正确。 答案　C 三、实验设计的基本方法 　　实验设计程序:明确实验目的→选择实验原理→确定实验思路→设计实验步骤→预期实验结果→得出实验结论。 1.实验目的 (1)验证性实验:寻找题干信息,一般写有“验证……”即为该实验的实验目的。 (2)探究性实验:首先分析实验的自变量和因变量。此类实验的实验目的一般书写为“探究自变量对因变量的影响”“探究自变量与因变量的关系”“探究自变量的作用”等。 2.某生物兴趣小组以鱼腥藻为实验材料,利用如图所示装置,将光源分别置于距烧杯15 cm、25 cm、35 cm、45 cm处,观察每分钟产生的气泡数。则该实验的实验目的是________________________________________________________。 答案　探究光照强度对光合速率的影响 2.实验假设 假设是指用来说明某种现象,但未经证实的论题,是对课题涉及的主要变量之间相互关系的设想,是研究者对研究结果预先赋予的答案,是一种可能的解释和说明。提出的假设可能正确,也可能错误,但必须能解释题目现象或与题干相符,一般情况下,若是实验中要求写出你的假设,我们应根据自己平常积累的知识,写出认为最可能的一种假设即可。 3.当环境中存在一定浓度的某些致突变物时,会导致染色体断裂,不含着丝粒的断裂片段在有丝分裂时不能进入子细胞核中,而是在细胞质基质中形成椭圆形异常结构,称为微核,微核与主核有相同染色效果,但体积较小(如图所示)。某研究所在蝴蝶兰培育的过程中使用了磷胺杀虫剂,发现磷胺的污染可能导致细胞中出现微核,研究人员以蝴蝶兰根尖细胞为实验材料,通过观测统计出微核率和微核细胞率的大小,来探究磷胺对染色体的影响。若下图为研究小组在探究过程中某一个实验方案的实验结果,则该实验结果的假设是________________________________________________________。 答案　磷胺污染程度和污染持续时间与植物细胞的微核细胞率呈正相关 3.实验原理 实验原理的确认与书写:实验原理就是进行实验的理论依据,书写基本套路概括为“已知条件找变量→根据目的提结论→依据材料判结果→结论结果巧联系→组织语言写原理”。 4.某科研机构发现了一种新型病毒,并用化学分析的方法对该病毒的遗传物质种类进行了研究,则该实验的原理是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　DNA含有的五碳糖是脱氧核糖且含碱基T,RNA含有的五碳糖是核糖且含碱基U,可以通过化学分析的方法,分析这种新型病毒遗传物质中五碳糖或含氮碱基的种类,据此判断该病毒的遗传物质是DNA还是RNA 4.实验思路 思路是“想法”,是较为粗线条的思考过程,其要求“言简意赅”。比如:用某种方法处理某种材料,观察其对某方面的影响效果。一般须体现“对照思想”,显示自变量和因变量,对无关变量表述时,应注意体现“相同且适宜”。 5.(2021·山东卷,节选)过度紧张、焦虑等刺激不仅会导致毛囊细胞数量减少引起脱发,也会导致黑色素细胞减少引起头发变白。利用黑毛小鼠进行研究得出的相关调节机制如图所示。 已知长期束缚会引起小鼠过度紧张、焦虑。请设计实验验证上述调节机制中长期束缚及肾上腺对黑毛小鼠体毛的影响。 实验思路:____________________________________________________________________________________________。 实验现象:___________________________________________________________________________________________。 答案　实验思路:取生理状况相同的黑毛小鼠若干只,随机均分为A、B、C、D四组。A组不作处理(或做假手术处理);B组切除肾上腺;C组束缚(或做假手术并束缚);D组切除肾上腺并束缚,其他条件相同且适宜,饲养一段时间后,观察并记录小鼠体毛数量(生长情况)和颜色的变化　实验现象:A组小鼠的体毛无明显变化;B组小鼠的体毛增多(生长旺盛),不变白;C组小鼠脱毛且体毛变白;D组小鼠体毛增多(生长旺盛),变白 5.实验步骤 步骤是“做法”,是更为“细节化”的操作流程,其要求“精确细致”。必须体现“自变量”如何设置,“因变量”如何获得,“无关变量”如何保证相同且适宜。实验步骤设计的一般程序: 自变量的处理方法 (1)“加”或“减”:例如验证甲状腺激素的生理作用——“加”即口服或注射该激素;“减”即手术切除甲状腺法。 (2)“换”:例如探究温度对酶活性的影响实验,对自变量温度无法“加”或“减”,就用“换”的方法。 6.类风湿关节炎(RA)是因免疫炎症反应导致关节受损而引起的一种疾病。有甲、乙两类细胞因子与免疫有关,甲类细胞因子促进B细胞增殖分化,促进免疫炎症反应,乙类细胞因子抑制免疫炎症反应。研究人员为探索中药姜黄提取物姜黄素对RA的干预作用做了如下研究:通过注射弗氏完全佐剂完成大鼠RA病动物模型构建,然后进行下表所示的实验。请完成下表: 实验步骤 实验操作 分组 将生理状态相同的RA病动物模型大鼠随机分成两组 实验处理 ①实验组:______________________________________________________ ②对照组:_______________________________________________________ 饲喂 在相同的适宜环境中,给以同样的饲料进行喂养15天 提取与 检测 ③______________________________________________________________ 实验结果 与分析 若结果为甲类细胞因子水平④____________________,乙类细胞因子结果与之相反,表明姜黄素具有一定的抗RA作用 答案　①注射适量的姜黄素　②注射等量的生理盐水　③测定各组大鼠血清中甲、乙两类细胞因子的含量　④实验组低于对照组 6.实验结果和结论 实验结果是通过观察或测量得到的实验现象,是实验实际出现的情况。实验结论是根据实验现象,对实验因变量与自变量关系进行分析,得出的具有普遍意义的理论性结论。实验结论的得出必须依据实验结果。归纳实验结论的一般方法: (1)通过实验目的、实验的对照组设置或步骤,根据单一因素不同,找出实验自变量。 (2)由果找因,分析实验结果(因变量)与实验控制的单一因素(自变量)之间的逻辑关系,得出正确结论。 (3)在有些实验中,还要根据各对照组中得出的“分结论”,综合为“全面结论(总)”。 (4)在验证性实验中,因为要验证的事实是正确的,实验结果只有一种,实验结论即是实验要验证的事实。在探究实验中,因为实验结果是未知的,可能出现的实验结果有多种,因此对应的实验结论也有多种,不同的结果对应不同的结论。 7.TMEM175是溶酶体膜上的氢离子通道,该通道和质子泵V⁃ATPase互相配合,共同调节溶酶体的pH平衡(如图所示)。研究发现,敲除某种转运蛋白基因,细胞内溶酶体的pH稳态会被破坏,溶酶体处于一种“酸性过强”的状态,这主要与_____________(填“TMEM175”或“V⁃ATPase”)参与的H+转运受阻有关。为探究对溶酶体酸性环境的维持影响更大的是TMEM175还是V⁃ATPase,请以溶酶体为实验材料,采用加入相关抑制剂的方法设计一个对比实验,简要写出实验设计思路并预期实验结果和结论。 实验设计思路:__________________________________________________________________________________________。 预期实验结果和结论:_______________________________________________________________________________。 答案　TMEM175　将生理状态相同的溶酶体随机均分为甲、乙两组,甲组用适量TMEM175的抑制剂处理,乙组用等量的V⁃ATPase的抑制剂处理,检测两组实验前后溶酶体内的pH变化　若甲组实验前后溶酶体内pH的变化大于乙组,则说明对溶酶体酸性环境的维持影响更大的是TMEM175;若甲组实验前后溶酶体内pH的变化小于乙组,则说明对溶酶体酸性环境的维持影响更大的是V⁃ATPase 四、实验方案评价与修订试题的解答思路 8.研究者以小鼠为实验材料,探讨动物脑中VMN区域与血糖调节的关系。回答下列问题: (1)向正常小鼠VMN区神经元中转入基因表达载体,指导合成的蛋白会被光激活,进而激活氯离子通道蛋白,使氯离子流入细胞内。 ①当向VMN区神经元照光后,VMN区神经元_____________(填“不兴奋”或“兴奋”)。 ②研究者用胰岛素处理小鼠,创设低血糖条件,照光一段时间,检测小鼠的血糖含量,发现VMN区神经元参与低血糖条件下血糖含量的恢复。 (2)进一步研究VMN区神经元对血糖含量的影响。向正常小鼠VMN区神经元中转入另一基因表达载体(此类小鼠称为S鼠),指导合成的蛋白可被光激活使得此区神经元产生兴奋。以S鼠为实验材料,验证正常血糖浓度下,若VMN区神经元兴奋,则机体血糖含量会升高这一推测。 ①实验方案:对照组用胰岛素处理后的低血糖S鼠,适宜的光照VMN区神经元一段时间;实验组用血糖含量正常的S鼠,适宜的光照VMN区神经元一段时间。随时间推移检测两组鼠的血糖含量。 请指出实验方案不当之处,并做修正:____________________________________________________________________。 ②支持推测的结果是_________________________________________________________________________。 解析　(1)①由于向正常小鼠VMN区神经元中转入基因表达载体,指导合成的蛋白会被光激活,进而激活氯离子通道蛋白,使氯离子流入细胞内,抑制兴奋产生,因此当向VMN区神经元照光后,VMN区神经元不兴奋。(2)①实验目的为“验证正常血糖浓度下,若VMN区神经元兴奋,则机体血糖含量会升高”,则实验自变量为VMN是否兴奋,因变量为机体血糖含量,实验应遵循对照与单一变量原则,故该实验方案的自变量设置不对;对照组应用血糖含量正常的S鼠,VMN区神经元不照光。②若两组鼠初始血糖含量相同,一段时间后,与初始血糖含量相比,对照组无明显差异,实验组显著升高,则支持“正常血糖浓度下,若VMN区神经元兴奋,则机体血糖含量会升高”这一推测。 答案　(1)①不兴奋　(2)①该实验方案的自变量设置不对,对照组应用血糖含量正常的S鼠,VMN区神经元不照光　 ②两组鼠初始血糖含量相同,一段时间后,与初始血糖含量相比,对照组无明显差异,实验组显著升高 学科网（北京）股份有限公司 $$