第3单元 实验专题1 实验设计的基本原则、原理与作出实验假设(Word学生用书)-【高考快车道】2027年高考生物大一轮总复习

该高中生物学高考复习学案系统梳理了实验设计核心考点，涵盖对照原则、单一变量原则等四大原则及实验原理、假设等关键要素，通过表格对比、实例分析构建知识网络，引导学生自主归纳变量辨析、对照设计等方法，形成实验设计的系统性认知。 亮点在于诊断性真题演练与分层任务设计，如设置2道典型实验设计选择题及原理书写题，学生通过错题分析定位薄弱环节，结合表格化变量辨析、假设推导等任务培养科学思维与探究实践素养。配套反思总结模板，助力学生自主诊断提升，教师可依学情精准指导，实现高效备考。

1.实验设计的基本原则 对照原则 (1)作用:在对照实验中,应使实验组与对照组的自变量不同,其他因素都相同,以便消除无关变量对实验结果的干扰,增强实验结果的可信度。 (2)类型:按对照的内容和形式的不同,通常有以下几种对照类型。 类型 概念 实例 空白 对照 指实验对象不进行任何实验处理 “生物组织中可溶性还原糖的鉴定”实验中,向甲试管溶液加入斐林试剂,而乙试管中不加斐林试剂 自身 对照 实验组与对照组在同一对象上进行 “植物细胞质壁分离和复原”实验就是典型的自身对照。实验处理前的对象状况可视为对照组,实验处理后的对象变化则视为实验组 条件 对照 指虽给实验对象施以某种实验处理,但这种处理是作为对照意义的,或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量 例如“用动物激素饲喂小动物”实验的设计方案: 甲组:饲喂甲状腺激素(实验组) 乙组:饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组) 丙组:不饲喂药剂(空白对照组) 相互 对照 指不另设对照组,而是几个实验组相互对比进行对照 如“温度对酶活性的影响”实验中,几个实验组所采用的就是相互对照 单一变量原则 (1)生物实验变量的辨析 对三类变量的要求是自变量可操作,因变量可检测,无关变量可控制。 (2)作用 单一变量原则要求在实验组和对照组的实验中只能有一个变量,这样得出的实验结果与单一变量之间就能形成一一对应关系,便于观察实验结果,以及便于分析实验结果的成因。 (3)教材中探究类实验的变量分析 实验名称 自变量 因变量 (观测指标) 无关变量 探究温度对酶活性的影响 不同温度(至少三种) 酶的活性(加碘液后溶液颜色的变化) pH、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等 探究pH对酶活性的影响 不同pH(至少三种) 酶的活性(气泡的数量或带火星的卫生香燃烧的猛烈程度) 温度、底物量、酶量、试管的洁净程度、反应时间、操作程序等 探究酵母菌细胞呼吸的方式 氧的有无 CO2生成量(澄清石灰水的浑浊程度);酒精的有无(酸性条件下用重铬酸钾溶液检测溶液颜色的变化) 葡萄糖溶液的量、石灰水的量、温度、pH、锥形瓶的洁净程度等 探究环境因素对光合作用强度的影响 环境因素(不同光照强度、不同温度或不同CO2浓度) 光合作用强度(单位时间内圆形小叶片浮起的数量) 圆形叶片的大小、除自变量以外的某些环境因素 等量原则与平行重复原则 (1)等量原则 实验中除“单一变量(即自变量)”外,其他变量需注意等量原则。如①生物材料相同:所用生物材料的数量、质量、长度、体积、大小、生理状况、年龄、性别等方面要尽量相同或大致相同。②实验器具相同(型号、洁净程度等)。③实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)。④处理方法相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。 (2)平行重复原则 ①多个平行:各组的实验对象要设置等量的多个;②多个重复:用相同的设置和条件重复多次实验。 1.[2025·山东青岛二模] 一批在相同条件下培养出的玉米幼苗表现出叶片发黄的缺素症状。现取若干株该玉米幼苗随机均分为A、B、C三组,分别施用NH4NO3溶液、MgSO4溶液和Mg(NO3)2溶液,一段时间后观察并比较玉米幼苗叶片的颜色变化。下列说法错误的是 (　) A.本实验目的是探究叶片发黄原因是缺少N或缺少Mg,还是同时缺少N和Mg B.三组幼苗的数量及三种溶液的浓度应该是本实验的无关变量 C.若A、B两组叶片发黄,C组叶片变绿,则说明叶片发黄原因是缺少N或缺少Mg D.本实验在设计上既遵循了单一变量原则,又遵循了对照原则 2.下图是生物探究性实验设计的示意图,相关叙述错误的是 (　) A.①处应为“因变量”,如“探究土壤微生物对淀粉的分解作用”实验,两组实验中是否有微生物是此变量 B.②处应为“无关变量”,如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,几组实验中过氧化氢溶液的体积是此变量 C.③处应为“单一变量原则”,如“探究酵母菌的呼吸方式”实验要控制一组通氧气,另一组为无氧环境,其他条件两组实验应保持相同且适宜 D.④处应为“干扰因素”,如“探究植物光合作用是否产生淀粉”实验,植物中原有淀粉会干扰实验结果 2.准确写出实验原理 (1)实验原理即实验设计的理论依据,包括选择实验材料的依据、作出实验假设的依据、设计实验步骤的依据、分析现象结果的依据和确定观测指标的依据。 (2)实验原理的来源:题干+课本中的相关知识。 (3)实验原理的书写格式一般包含三部分内容: 假设(未被证实的结论)+假设与结果的联系+结果(或预期结果)。一般用陈述句、肯定句,其思路为先找到结论或假设,再找到结果或现象,然后根据所学知识、题干信息和实验目的寻找两者之间的联系。 3.实验原理是开展实验的重要依据。下表中实验与其相应的实验原理,不对应的是 (　) 选项 实验 实验原理 A 通过台盼蓝染液鉴别动物细胞的活性 活细胞的细胞膜具有选择透过性 B 观察根尖分生组织细胞的有丝分裂 染色后,观察不同细胞内染色体的行为特征,以判断细胞所处的分裂时期 C 用高倍显微镜观察叶绿体 高倍显微镜下可观察到叶绿体的结构和分布 D 淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用 用斐林试剂检测反应是否发生,以判断淀粉酶是否具有专一性 4.研究表明谷物类种子如小麦种子在萌发时,α⁃淀粉酶能够在温和条件下,将淀粉水解的原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。为验证小麦种子在萌发时细胞中的还原糖含量升高,某实验小组准备用斐林试剂进行检测,其实验原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　 　　　　　　　　　。  3.作出适当的实验假设 (1)假设是指用来说明某种现象但未经证实的论题,是对研究结果的预测,是对课题涉及的主要变量之间相互关系的设想,假设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。 (2)提出的假设可能正确也可能错误,只要能解释题目现象或与题干相符即可。 (3)一般情况下,若实验中要求写出你的假设,我们可根据自己平时积累的知识,写出认为最可能的一种假设即可。 5.[2025·江西南昌模拟] 具有特定结构的保卫细胞参与水稻气孔的构成,保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开,反之关闭。保卫细胞含有叶绿体,在光下可进行光合作用。红光能促进水稻气孔的开放,为研究其机理,研究者利用野生型水稻(WT)和OsPIL15基因敲除的水稻m,设计并开展相关实验,部分结果如图,其中气孔导度表示气孔张开的程度,OsAB15基因在气孔开闭的调节中具有重要作用。 OsPIL15蛋白是如何对气孔开闭进行调控的?研究者作出假设并进一步探究。 (1)假设一:OsPIL15蛋白通过影响　　　　　　　　,从而影响气孔开闭。为验证该假设进行了实验二。  (2)假设二:OsPIL15蛋白促进OsAB15基因的表达,从而影响气孔开闭。为验证该假设进行了实验三。若想进一步验证该结论,可选用　　　　　　　　水稻,检测其气孔导度。  学科网（北京）股份有限公司 $ 实验专题1　实验设计的基本原则、原理与作出实验假设 1.C　[解析] 实验中A组施用NH4NO3溶液(含N不含Mg)、B组施用MgSO4溶液(含Mg不含N)、C组施用Mg(NO3)2溶液(含N和Mg),通过观察不同组玉米幼苗叶片颜色变化,目的就是探究叶片发黄原因是缺少N或缺少Mg,还是同时缺少N和Mg,A正确。无关变量是指实验中除自变量以外的影响实验结果的因素,本实验中自变量是所施溶液的种类(即所含矿质元素的种类),三组幼苗的数量及三种溶液的浓度等对实验结果有影响,但不是研究的变量,所以是无关变量,应保持相同且适宜,B正确。若A、B两组叶片发黄,C组叶片变绿,A组叶片缺少Mg发黄,B组叶片缺少N发黄,C组叶片N和Mg都不缺乏,变绿,这表明叶片发黄原因是缺少N和Mg,而不是“缺少N或缺少Mg”,C错误。单一变量原则是指实验中只有一个自变量,本实验自变量是所施溶液种类(所含矿质元素不同);三组实验互为对照,所以既遵循了单一变量原则,又遵循了对照原则,D正确。 2.A　[解析] ①处应为“因变量”,如“探究土壤微生物对淀粉的分解作用”实验的因变量是淀粉是否被分解,可用碘液或斐林试剂检测,两组实验中是否有微生物是自变量,A错误;②处应为“无关变量”,如“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验,几组实验中过氧化氢溶液的体积和浓度都要相同,试管的洁净程度也应相同,这些都属于无关变量的控制,B正确;③处应为“单一变量原则”,如“探究酵母菌的呼吸方式”实验要控制自变量为一组通氧气(或空气)、另一组为无氧环境,其他变量如环境温度、酵母菌溶液的量、葡萄糖溶液的量等均属于无关变量,实验过程中要将无关变量控制相同且适宜,遵循单一变量原则,C正确;④处应为“干扰因素”,如“探究植物光合作用产生淀粉”实验,植物中原有淀粉会干扰因变量的检测,实验前应预处理一定的时间(约24小时),消耗原有的淀粉,确保检测结果的可靠性,D正确。 3.C　[解析] 活细胞的细胞膜具有选择透过性,台盼蓝染液不能进入活细胞,死细胞的细胞膜失去选择透过性,台盼蓝染液能进入死细胞,使死细胞染成蓝色,A正确;有丝分裂不同时期,染色体的存在状态不同,因此要观察根尖分生组织细胞的有丝分裂,可通过染色后观察不同细胞内染色体的行为特征,以判断细胞所处的分裂时期,B正确;叶绿体中含有色素,用高倍显微镜可观察到叶绿体的形态和分布,叶绿体的内部结构属于亚显微结构,在光学显微镜下观察不到,电子显微镜下才能看到,C错误;探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用,需要用斐林试剂检测反应是否发生,以判断淀粉酶是否具有专一性,因为淀粉和蔗糖不具有还原性而它们的水解产物均具有还原性,D正确。 4.α⁃淀粉酶能够降低淀粉水解反应的活化能　还原糖与斐林试剂发生作用,在水浴加热条件下产生砖红色沉淀 5.(1)脱落酸的合成(或降解) (2)OsAB15基因敲除(或OsAB15蛋白合成缺陷) [解析] (1)实验二检测的是脱落酸含量,所以假设一是OsPIL15蛋白通过影响脱落酸合成(或降解),从而影响气孔开闭。(2)从实验三来看,不管黑暗条件下还是红光条件下,野生型水稻(WT)(含有OsPIL15蛋白)的OsAB15基因表达量均比OsPIL15基因敲除的水稻m(无OsPIL15蛋白)高,说明OsPIL15蛋白促进OsAB15基因的表达,从而影响气孔开闭。若想进一步验证该结论,可选用OsAB15基因敲除(OsAB15蛋白合成缺陷)的水稻,检测其气孔导度。如果该水稻气孔导度与预期相符,能进一步说明OsPIL15蛋白通过促进OsAB15基因表达影响气孔开闭。 学科网（北京）股份有限公司 $