2026届高三生物二轮复习讲义专题九　第19讲　实验与探究 考向2 实验的设计、分析与评价

该高中生物学讲义聚焦高考实验设计、分析与评价核心考向，以实验设计原则、变量判定、结果结论分析为知识主线，通过【通考源·知识奠基】系统梳理实验关键要素，【研考题·方法领悟】解析2024全国甲卷等真题思路，【练考向·素养提升】设置分层练习，构建“考点梳理-方法指导-真题训练”复习体系，助力学生突破实验难点。 讲义突出科学思维与探究实践素养培养，创新“五看法”评价实验方案，如通过2025浙江高考题引导学生完善实验步骤、设计结果图表，结合加法减法原理分析变量作用。分层练习覆盖基础判断与综合设计，配合即时反馈，有效提升学生实验设计与分析能力，为教师精准把控复习节奏提供实用教学资源。

考向2 实验的设计、分析与评价 【通考源·知识奠基】 一、实验设计、分析 【提醒】实验设计的注意事项 (1)自变量的判定: ①人为控制的对实验对象进行处理的变量为自变量; ②坐标图横坐标多是自变量; ③探究××对××的影响,探究后面的名词为自变量; ④在同一组实验中,自变量可以有两个。 (2)因变量的判定: ①因自变量改变而变化的变量为因变量; ②坐标图纵坐标多是因变量; ③探究××对××的影响,影响前面的名词为因变量。 (3)实验设计原则: ①科学性原则,实验材料选择与实验方法要科学合理。 ②对照性原则,包括Ⅰ.空白对照:不给对照组任何处理。Ⅱ.自身对照:实验组和对照组都在同一实验对象上进行。Ⅲ.条件对照:给对象施以某种实验处理,但这种处理是作为对照的。Ⅳ.相互对照:不单独设对照组,而是几个实验组相互对照。 ③单因子变量和等量原则,二者是完全统一的,只不过强调的侧重点不同,实验必须严格控制在适宜且等量条件下,以平衡和消除无关变量对实验结果的影响。 ④平行重复原则,为减小实验误差,应进行至少3次实验。 (4)加法和减法原理: ①加法原理:在对照实验中,人为增加某种影响因素的称为“加法原理”。例如,在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验中,与对照组相比,实验组分别做加温、滴加FeCl3溶液、滴加肝脏研磨液的处理。 ②与常态比较,人为去除某种影响因素的称为“减法原理”。例如,在艾弗里的肺炎链球菌转化实验中,每个实验组特异性地去除了一种物质。 ③要体现加法原理与减法原理,至少要3组实验,2组实验无法体现。 (5)阳性对照与阴性对照:凡是肯定出现预期结果的组,为阳性对照组。凡是肯定不会出现预期结果的组,为阴性对照组。 (6)实验结果与结论: ①实验结果:对图和表的描述,要客观和准确,描述方式为随自变量变化因变量的变化趋势,另加一些关键点的描述(如果有关键点)。如图实验结果是:随NAA浓度增加,不定根总数差值与胚轴长度差值先增加后减小,其中不定根总数差值在NAA浓度为10-12 g/mL达到峰值,胚轴长度差值在NAA浓度为10-8 g/mL达到峰值。 ②实验结论:对实验结果的分析和推测要合理。如图实验结论是:NAA具有低浓度促进生长、高浓度抑制生长的特点。 二、“五看法”评价实验设计的方案 【研考题·方法领悟】 1.(设计完整实验)(2024·全国甲卷)某种病原体的蛋白质A可被吞噬细胞摄入和处理,诱导特异性免疫。回答下列问题。 (1)病原体感染诱导产生浆细胞的特异性免疫方式属于________________。  (2)溶酶体中的蛋白酶可将蛋白质A的一条肽链水解成多个片段,蛋白酶切断的化学键是________。  (3)不采用荧光素标记蛋白质A,设计实验验证蛋白质A的片段可出现在吞噬细胞的溶酶体中,简要写出实验思路和预期结果。______________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________。  【解析】本题考查免疫调节、蛋白质的结构及实验设计。 (1)特异性免疫包括体液免疫和细胞免疫。病原体感染诱导产生浆细胞的特异性免疫方式属于体液免疫。 (2)蛋白酶可将蛋白质A的一条肽链水解成多个片段,因此蛋白酶切断的是肽键。 (3)为验证蛋白质A的片段可出现在吞噬细胞的溶酶体中,可以以蛋白质A的片段为抗原,制备单克隆抗体,利用差速离心法将吞噬细胞中的溶酶体分离,并提取溶酶体中的蛋白质,利用抗原—抗体杂交技术进行检测,若出现杂交带,则表明蛋白质A的片段可出现在吞噬细胞的溶酶体中。 答案:(1)体液免疫　(2)肽键　 (3)实验思路:以蛋白质A的片段为抗原,制备单克隆抗体,利用差速离心法将吞噬细胞中的溶酶体分离,并提取溶酶体中的蛋白质,利用抗原—抗体杂交技术进行检测。 预期结果:出现杂交带,表明蛋白质A的片段可出现在吞噬细胞的溶酶体中 2.(补充实验步骤)(2025·浙江1月高考)为研究药物D对机体生理功能的影响和药物Z对细胞增殖的影响,某同学进行以下实验并提出一个实验方案。回答下列问题: 给一组大鼠隔日注射药物D,每隔一定时间,测定该组大鼠的血糖浓度和尿糖浓度。 实验结果:血糖浓度增加,出现尿糖且其浓度增加。 (1)①由上述实验结果推测,药物D损伤了大鼠的__________细胞,大鼠肾小管中葡萄糖含量增加,会使其尿量________。同时大鼠的进食量增加,体重下降,原因是__________________________________________________________。  ②检测尿中是否有葡萄糖,可选用的试剂是____________。  【解析】(1)①注射药物D后,血糖浓度增加,说明药物D损伤了胰岛B细胞,导致胰岛素分泌减少。大鼠肾小管中葡萄糖含量增加,外环境渗透压升高,相当于内环境渗透压降低,会使下丘脑合成、垂体释放的抗利尿激素减少,肾小管和集合管对水的重吸收减弱,尿量增加。大量的葡萄糖随尿排出,为补充能量,需增加食物的摄取,同时加速脂肪等非糖物质的转化与分解,从而导致大鼠的进食量增加,体重下降。②葡萄糖为还原糖,可用斐林试剂检测。 答案:(1)①胰岛B　增加　大量的葡萄糖随尿排出,为补充能量,需增加食物的摄取,同时加速脂肪等非糖物质的转化与分解　②斐林试剂 (2)为验证药物Z对肝癌细胞增殖有抑制作用,但对肝细胞增殖无抑制作用,根据以下材料和用具,完善实验思路,预测实验结果。 材料和用具:若干份细胞数为N的大鼠肝癌细胞悬液和肝细胞悬液、细胞培养液、药物Z、细胞培养瓶、CO2培养箱、显微镜等。 (说明与要求:细胞的具体计数方法不作要求,不考虑加入药物Z对培养液体积的影响,实验条件适宜。) ①完善实验思路。 i.取细胞培养瓶,分为A、B、C、D四组,分别加入细胞培养液。 i i. ________________________________________________________________。  i i i. ______________________________________________________________。  i i i i. ____________________________________________________________。  ②预测实验结果(设计一个坐标,用柱形图表示最后一次检测结果)。 【解析】(2)①该实验中自变量是药物Z处理的细胞类型和是否使用药物Z,因变量是细胞的增殖情况。实验思路:取细胞培养瓶,分为A、B、C、D四组,分别加入细胞培养液;A、B组加入肝癌细胞悬液,C、D组加入肝细胞悬液;A、C组不加药物Z,B、D组加药物Z;将上述细胞培养瓶置于CO2培养箱,培养一段时间后,在显微镜下观察并计数细胞数,记录并处理所得数据。 ②据题意可知,药物Z对肝癌细胞增殖有抑制作用,但对肝细胞增殖无抑制作用,所以A、C、D组细胞正常增殖,而B组细胞受到抑制,A组(肝癌细胞+无药培养液)细胞数量最多,B组(肝癌细胞+含药培养液)细胞数量明显少于A组,C组(肝细胞+无药培养液)和D组(肝细胞+含药培养液)细胞数量相近且较多,大致呈现出B组柱形图高度最低,A组较高,C、D组高度相当且高于B组、低于A组的情况: 答案:(2)①A、B组加入肝癌细胞悬液,C、D组加入肝细胞悬液　A、C组不加药物Z,B、D组加药物Z　将上述细胞培养瓶置于CO2培养箱,培养一段时间后,在显微镜下观察并计数细胞数,记录并处理所得数据 ② 3.(自变量作用拮抗)(2023·山东高考)当植物吸收的光能过多时,过剩的光能会对光反应阶段的PSⅡ复合体(PSⅡ)造成损伤,使PSⅡ活性降低,进而导致光合作用强度减弱。细胞可通过非光化学淬灭(NPQ)将过剩的光能耗散,减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能:①修复损伤的PSⅡ;②参与NPQ的调节。科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同,且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。 (1)该实验的自变量为____________。该实验的无关变量中,影响光合作用强度的主要环境因素有____________(答出2个因素即可)。  (2)根据本实验,________(填“能”或“不能”)比较出强光照射下突变体与野生型的PSⅡ活性强弱,理由是____________________________________。  (3)据图分析,与野生型相比,强光照射下突变体中流向光合作用的能量________(填“多”或“少”)。若测得突变体的暗反应强度高于野生型,根据本实验推测,原因是________________________________________________________。  【解析】本题以实验探究的形式考查植物的光合作用有关知识。 (1)据题意,科研人员以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验,结合题图分析可知,该实验的自变量有H蛋白和光照;影响光合作用强度的主要环境因素有光照强度、CO2浓度、温度、水分等,但该实验中光照强度为自变量,因此无关变量中影响光合作用强度的主要环境因素有CO2浓度、温度、水分等。 (2)据图分析,强光照射下突变体的NPQ强度比野生型的高,能更有效地减少强光对PSⅡ复合体的损伤。但是野生型拟南芥含有H蛋白,能对损伤后的PSⅡ进行修复,故不能确定强光照射下,突变体与野生型的PSⅡ活性强弱。 (3)据题图可知,强光照射下突变体的NPQ强度更高,而NPQ能将过剩的光能耗散,NPQ强度越高,耗散的能量越多,因此强光下突变体中流向光合作用的能量少;突变体的NPQ强度大,能够减少强光对PSⅡ的损伤,且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用,这样导致突变体的PSⅡ活性更高,能为暗反应提供更多的NADPH和ATP,促进暗反应进行,进而使突变体的暗反应强度高于野生型。 答案:(1)H蛋白、光照　 CO2浓度、温度(合理即可) (2)不能　突变体PSⅡ的损伤小但不能修复,野生型PSⅡ的损伤大但能修复　 (3)少　突变体的NPQ强度大,PSⅡ的损伤小,虽然损伤不能修复,但是PSⅡ活性强,光反应产物多 【练考向·素养提升】 1.科学研究中常设置对照实验来增加实验结果的可信度和说服力。下列有关对照实验的叙述,正确的是(　　) A.空白对照组一般不进行特殊处理,所以无须进行任何操作 B.探究酵母菌的细胞呼吸方式时有氧条件为对照组,无氧条件为实验组 C.探究甲状腺激素对蝌蚪生长发育的影响,自变量为甲状腺激素的浓度 D.探究某种抗生素对细菌的选择效果需设置无菌水及已知抗生素阳性对照组 【解析】选D。空白对照组一般不进行特殊处理,但不是无须任何操作,如探究酶的催化作用,空白对照组加入等量蒸馏水,A错误;探究酵母菌的细胞呼吸方式时有氧条件和无氧条件均为实验组,采取相互对照原则,B错误;探究甲状腺激素对蝌蚪生长发育的影响,自变量为甲状腺激素的有无,C错误;实验中肯定出现预期结果的组,为阳性对照组,探究某种抗生素对细菌的选择效果需设置无菌水及已知抗生素阳性对照组,D正确。 2.纳米酶是一类蕴含酶学特性的纳米材料,具有催化活性高、稳定、成本低和易于大规模生产等特点。研究人员制备了能催化H2O2分解的纳米酶,如图是探究其特性的一项实验结果,图中“△DO”表示加入H2O25 min后反应体系中溶氧量的变化情况。下列相关叙述正确的是(　　) A.该纳米酶的最适pH为8.0 B.该纳米酶在发挥作用后被迅速降解为氨基酸 C.纳米酶通过与底物结合发挥作用,能显著降低化学反应的活化能 D.实验过程中应控制好纳米酶的用量、H2O2溶液的浓度、O2的浓度等无关变量 【解析】选C。pH为8.0不一定是该纳米酶的最适pH,需要进一步增大pH进行探究,A错误;纳米酶在催化作用前后性质和数量暂时保持不变,即不会被降解,B错误;酶发挥作用时,通常其活性中心会与所催化的反应物结合,作用机理是降低化学反应的活化能,C正确;O2浓度是因变量,D错误。 3.研学小组将某种大型绿藻的叶状体剪成大小相同的小段,以相同时间内从水下上浮的叶状体小段数量为指标,探究温度对其光合作用强度的影响,结果如图。相关叙述正确的是(　　) A.叶状体中CO2的减少导致其上浮 B.各组实验应在CO2浓度相同且较高的水中进行 C.4 ℃条件下该绿藻叶状体无法进行光合作用 D.增加光照强度可使得各组叶状体小段上浮数量均增加 【解析】选B。叶状体上浮的原因是光合作用产生的氧气积累在叶状体内,使叶状体浮力增大而上浮,并非CO2的减少,A错误;在探究温度对光合作用强度的影响实验中,CO2浓度是无关变量,应保持相同且适宜(较高浓度可保证光合作用有足够的原料),B正确;4 ℃条件下叶状体小段仍有上浮,说明该绿藻叶状体能够进行光合作用,只是光合作用强度相对较弱,C错误;该实验中温度是自变量,不同温度下光合作用的最适光照强度可能不同,在某些温度下增加光照强度不一定能使叶状体小段上浮数量增加,D错误。 4.(2025·珠海模拟)5-羟色胺(5-HT)是一种神经递质,5-HT含量偏低容易引起情绪低落、失眠等症状,进而导致抑郁。临床上可用酒石酸唑吡坦片等药物进行治疗。已知5-HT释放、回收以及与受体结合传递信号的过程如图所示。请回答以下问题: (1)5-HT与突触后膜上的______________________结合,可引起Ca2+通道打开,从而使突触后膜的膜外电位变为____________,产生兴奋。  【解析】(1)5-HT是一种神经递质,与突触后膜上的5-HT受体(或特异性受体/相应的受体)结合,可引起Ca2+通道打开,Ca2+内流,从而使突触后膜的膜外电位变为负电位,产生兴奋。 答案:(1)5-HT受体(或:特异性受体/相应的受体)　负电位 (2)5-HT和突触前神经元的5-HT自身受体结合后能抑制突触前膜释放5-HT,这种调节方式属于____________调节,正常情况下该调节方式对以上生理活动的意义是__________________________;据图分析:对于抑郁症患者来说,除5-HT自身受体相关原因外,其突触间隙中5-HT含量降低的原因还有__________________。  【解析】(2)5-HT与突触前神经元的5-HT自身受体结合后能抑制突触前膜释放5-HT,这种调节方式属于(负)反馈调节。正常情况下该调节方式对以上生理活动的意义是维持突触间隙5-HT含量的相对稳定(或维持机体的稳态)。据图分析,对于抑郁症患者来说,除5-HT自身受体相关原因外,其突触间隙中5-HT含量降低的原因还有5-HT转运体将5-HT回收到突触前膜内,5-HT转运体对5-HT的回收增加。 答案:(2)(负)反馈　维持突触间隙5-HT含量的相对稳定(或维持机体的稳态)　5-HT转运体对5-HT的回收增加 (3)已知酒石酸唑吡坦片通过促进脑干神经细胞分泌5-HT,一定程度上改善睡眠,研究人员分析了中药柴胡加龙骨牡蛎汤对5-HT含量的影响,并做了相关实验。请根据以下提供的实验材料,完善实验思路并进行分析。 材料与用具:健康、生理状况相同的雄性小鼠若干、生理盐水、柴胡加龙骨牡蛎汤、酒石酸唑吡坦片溶液、对氯苯丙氨酸、注射器、灌胃器等。(说明:对氯苯丙氨酸可降低5-HT含量引起失眠;不考虑给药方法、药量对实验结果的影响)。 ①分组编号:实验小鼠正常饲养,3天后随机均分为甲、乙、丙、丁4组。 ②模型建立:甲组每天腹腔注射适量生理盐水1次;其余各组每天注射________________________1次,一段时间后获得失眠模型小鼠。  ③给药处理:甲组灌胃生理盐水;乙组作为阳性对照组,灌胃酒石酸唑吡坦片溶液;丙组作为实验组,灌胃柴胡加龙骨牡蛎汤;丁组作为阴性对照组,灌胃等量______________。  ④取材检测:连续给药7天,末次给药12 h后分离各组小鼠的____________进行充分研磨后将组织匀浆离心,取上清液测定各组5-HT含量并记录。  【解析】(3)甲组每天腹腔注射适量生理盐水1次;其余各组每天注射等量对氯苯丙氨酸1次,一段时间后获得失眠模型小鼠。因为对氯苯丙氨酸可降低5-HT含量引起失眠,要建立失眠模型小鼠,其余组应注射等量的对氯苯丙氨酸。甲组灌胃生理盐水;乙组作为阳性对照组,灌胃酒石酸唑吡坦片溶液;丙组作为实验组,灌胃柴胡加龙骨牡蛎汤;丁组作为阴性对照组,灌胃等量生理盐水。设置丁组作为阴性对照,是为了与其他组形成对比,排除灌胃操作等无关因素对实验结果的影响。连续给药7天,末次给药12 h后分离各组小鼠的脑干细胞(脑干组织)进行充分研磨后将组织匀浆离心,取上清液测定各组5-HT含量并记录。因为酒石酸唑吡坦片通过促进脑干细胞(脑干组织)分泌5-HT,一定程度上改善睡眠,所以要检测5-HT含量应分离脑干细胞(脑干组织)。 答案:(3)等量的对氯苯丙氨酸　生理盐水　脑干细胞(脑干组织) (4)统计(3)实验结果并分析:①发现乙组与丙组的5-HT含量相当;②推测甲组、丙组与丁组的5-HT含量的大小关系为:________________________(用“=”“>”“<”表示)。综合以上实验结果,该实验结论是____________________________。  【解析】(4)结果发现乙组与丙组的5-HT含量相当,说明柴胡加龙骨牡蛎汤对5-HT含量的影响与酒石酸唑吡坦片相似。由此推测甲组(生理盐水组,5-HT含量正常)、乙组(模型组+酒石酸唑吡坦片)和丙组(模型组+柴胡加龙骨牡蛎汤组)通过促进脑干神经细胞分泌5-HT,一定程度上改善睡眠,推测5-HT含量略低于正常,而丁组(模型组+生理盐水组,5-HT含量偏低),故5-HT含量的大小关系为甲组>丙组>丁组(或丁组<丙组<甲组)。 实验结论是柴胡加龙骨牡蛎汤可能通过促进脑干神经细胞分泌5-HT来改善睡眠,其作用机制与酒石酸唑吡坦片类似。这是基于实验设计和结果分析得出的合理结论,即柴胡加龙骨牡蛎汤在改善睡眠方面可能与酒石酸唑吡坦片有相似的作用机制,都能影响脑干神经细胞分泌5-HT的过程。 答案:(4)甲组>丙组>丁组　柴胡加龙骨牡蛎汤能促进神经细胞分泌5-HT,其效果与酒石酸唑吡坦片类似 - 10 - 学科网（北京）股份有限公司 $