2024高考生物二輪復(fù)習(xí)特色專題三基礎(chǔ)實驗與實驗設(shè)計考點三實驗設(shè)計與評價學(xué)案

PAGE7-考點三試驗設(shè)計與評價1.試驗設(shè)計的一般程序明確試驗?zāi)康摹治鲈囼炘怼x擇材料用具——設(shè)計試驗步驟——視察收集數(shù)據(jù)——分析結(jié)果得出結(jié)論2.試驗設(shè)計的要素之——自變量、因變量和無關(guān)變量（必修1P79）（1）概念自變量——試驗過程中人為變更的變量（一般試驗組處理的量）稱自變量。因變量——試驗中隨著自變量的變更而變更的變量稱為因變量。無關(guān)變量——試驗過程中可能還會存在一些可變因素（自變量之外的），對試驗結(jié)果造成影響，這些變量稱為無關(guān)變量。（2）解讀①三者的關(guān)系如圖所示。②三者的數(shù)量：一個試驗中自變量可能有1個或多個，因變量也可能有1個或多個，無關(guān)變量一般有多個。如探究“××”和“×××”對“××××”的影響，涉及到2個自變量；如探究“××”對“×××”和“×××”的影響，涉及到2個因變量。③自變量的處理方法——“加”“減”或“換”：例如驗證甲狀腺激素的生理作用——“加”即口服或注射該激素；“減”即手術(shù)切除甲狀腺法；“換”如探究溫度對酶活性的影響試驗，對自變量溫度無法“加”或“減”，就用“換”的方法。④自變量和因變量可從試驗?zāi)康幕蛟囼烆A(yù)期結(jié)果或試驗結(jié)論中得出。⑤因變量即試驗現(xiàn)象或試驗結(jié)果，但不是試驗結(jié)論，該變量必需是可測量或可視察的指標(biāo)，例如某溶液中是否存在淀粉酶，肉眼看不到，通過試驗加淀粉，但淀粉含量是否發(fā)生變更還是看不到，所以須要通過加碘液或斐林試劑進(jìn)行顏色方面的鑒定，即是否出現(xiàn)藍(lán)色或磚紅色沉淀這些現(xiàn)象指標(biāo)做因變量。⑥無關(guān)變量是個名不符實的概念，該變量對試驗結(jié)果即因變量會產(chǎn)生影響，是須要限制的變量，如探究扦插枝條生根，無關(guān)變量涉及到植物的種類，生長狀態(tài)、處理浸泡的時間、條件等都是無關(guān)變量；探究溫度對酶活性的影響，首要限制的無關(guān)變量是該酶的pH保持一樣且處于最適狀態(tài)。⑦無關(guān)變量的限制方法。a.消退法：解除或隔離無關(guān)變量對試驗結(jié)果的影響。例如在“驗證生長素能促進(jìn)果實發(fā)育”的試驗中，有一組要求無生長素，需在開花前，用紙袋將雌花套住，隔離外來花粉的干擾。b.恒定法：在整個試驗中，盡量使全部的試驗條件、試驗處理、試驗對象等都恒定不變。例如在“探究淀粉酶對淀粉和蔗糖水解的作用”試驗中，始終將試管處于恒溫水浴中，以消退溫度這一無關(guān)變量對試驗的影響。c.平衡法：設(shè)立比照組，除自變量以外，無關(guān)變量對試驗組、比照組的影響都是均等的。從而可不計無關(guān)變量的影響，得到試驗變量的效果。3.試驗設(shè)計的基本原則（1）科學(xué)性原則：所謂科學(xué)性，是指試驗?zāi)康囊鞔_，試驗原理要正確，試驗材料和試驗手段的選擇要恰當(dāng)，整個設(shè)計思路和試驗方法的確定都不能偏離生物學(xué)基本學(xué)問、基本原理及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。（2）比照原則：比照是試驗限制的手段之一，目的是平衡和消退無關(guān)變量對試驗結(jié)果的影響。通過設(shè)置比照試驗，既能解除無關(guān)變量對試驗結(jié)果的影響，又能增加試驗結(jié)果的可信度和勸服力。（3）單一變量原則：不論一個試驗有幾個試驗變量，都應(yīng)確定一個試驗變量對應(yīng)觀測一個因變量，這就是單一變量原則，即試驗組和比照組相比較只能有一個不同自變量。（4）平行重復(fù)原則：任何試驗都必需經(jīng)得起重復(fù)，這是具有科學(xué)性的重要標(biāo)記。做任何試驗都會產(chǎn)生誤差，“重復(fù)”是試驗中削減誤差，避開偶然性的重要手段。（5）隨機性原則：試驗探討的樣本必需是從總體上隨意抽取的，即要求總體中的每個部分都有同樣被抽中的可能性。4.試驗設(shè)計步驟、思路、結(jié)果和結(jié)論的表述（1）“三步法”書寫試驗步驟①材料分組編號。選材的句式：“選取年齡、性別相同，健康且發(fā)育狀況相同的同種動物”或“選取長勢相同、大小相像的同種植物”等。分組的句式：“隨機均分（或等分）為X組”。編號的句式：“編號為A、B……組”或“編號為甲、乙……組”。②對試驗組與比照組施以不同的處理（限制變量）。試驗組“用適量的某溶液”處理，比照組“用等量的蒸餾水（或生理鹽水或清水）”處理，且“每組都在相同且相宜的條件下培育（或飼養(yǎng)）”或“視察相同的時間”。③試驗結(jié)果的視察與記錄?！耙欢螘r間后，視察（現(xiàn)象）或測量（數(shù)據(jù)），做好記錄（并計算出平均值）”。（2）試驗設(shè)計思路的書寫試驗思路答題套路：自變量＋因變量＋預(yù)期結(jié)果試驗思路不同于試驗步驟，試驗步驟是具體的可操作性較強的試驗過程（填寫試驗步驟要求學(xué)生對試驗的選材、分組、處理等均要寫出具體要求及具體內(nèi)容），而試驗思路不須要寫出細(xì)致具體的可干脆操作的步驟，只須要有一個大致的試驗設(shè)計過程即可。試驗思路一般用一句話表述為用某方法處理某材料，視察其對某方面的影響效果。描述試驗思路的要點是答出自變量、因變量及試驗對象，而不是具體可操作性的設(shè)計。在限制無關(guān)變量時，試驗思路中只要提到“相同且相宜”即可，具體操作時不同的試驗者可以采納不同的方法去限制。（3）試驗結(jié)果和結(jié)論的表述①探究性試驗結(jié)果的預(yù)料。大多有三種可能：變量促進(jìn)結(jié)果、變量抑制結(jié)果、變量與結(jié)果無關(guān)。試驗結(jié)論要依據(jù)可能的試驗結(jié)果進(jìn)行分析，探究性試驗的每一個結(jié)果和結(jié)論一般都用“假如（若）……就（則）……”來描述。②驗證性試驗的結(jié)果與相應(yīng)結(jié)論只需考慮一種狀況，即試驗結(jié)論對應(yīng)“試驗?zāi)康摹钡贸龃_定結(jié)論。（4）組織答案需留意的問題①步驟設(shè)計一般不宜連續(xù)描述，而是分段敘述，并加以編號。②為使敘述更簡潔，對試管、燒杯等一般要加以分組、編號，如A、B或甲、乙等。③敘述中盡量用規(guī)范的試驗術(shù)語，不能用模糊的口語，如“等量”不宜說成“一樣多”等。④一般在時間、溫度、物質(zhì)的量上難以做到精確的量化表達(dá)，盡可能用“相同”“相宜”或“適量”等“定性”的語言表達(dá)。⑤試驗設(shè)計中適時出現(xiàn)“其他培育條件相同”或“培育一段相同時間后”等都是很好的得分點。⑥題目給出的試驗材料和試劑一般應(yīng)充分利用，除非題目條件允許，否則不能自己隨意增減試驗材料和試劑。5.試驗設(shè)計的評價——五個角度評價試驗設(shè)計一看“比照”：若無比照，則參照試驗組補充比照組；若有比照，則看比照是否有標(biāo)記、是否遵循單一變量原則和等量原則。二看“步驟”：依次是否合理，步驟是否完整。三看“材料”：材料選擇是否合適，試驗儀器、藥劑的運用是否精確。四看“條件”：是否須要攪拌、冷卻等，溫度、光照等條件是否合理。五看“結(jié)果與結(jié)論”：試驗?zāi)康氖欠衽c試驗結(jié)果、結(jié)論對應(yīng)，探究性試驗的結(jié)果和結(jié)論是否探討全面，是否為先寫結(jié)果后寫結(jié)論。1.（2024·湖南長郡中學(xué)考前演練）某同學(xué)查資料得知細(xì)胞分裂素可解除頂端優(yōu)勢。為探討細(xì)胞分裂素的作用部位，該同學(xué)用相宜濃度的細(xì)胞分裂素溶液、多株生長狀況相同的幼苗為材料進(jìn)行試驗，用未經(jīng)處理的幼苗作比照組，用在①②處同時涂抹等量細(xì)胞分裂素溶液的幼苗作試驗組，視察其生長狀況（如圖）。下列對試驗組幼苗的設(shè)計評價合理的是（）A.試驗組設(shè)計錯誤，應(yīng)選兩組完整幼苗分別在①②處涂抹細(xì)胞分裂素B.試驗組設(shè)計正確，能探討細(xì)胞分裂素解除頂端優(yōu)勢的作用部位C.試驗組設(shè)計錯誤，應(yīng)切除①處后在②處涂抹細(xì)胞分裂素D.試驗組設(shè)計錯誤，應(yīng)切除②處后在①處涂抹細(xì)胞分裂素解析：應(yīng)設(shè)兩個試驗組，即選兩組完整幼苗，一組在①處、另一組在②處涂抹等量細(xì)胞分裂素溶液，所以試驗組設(shè)計錯誤，A正確；在①②處同時涂抹等量細(xì)胞分裂素溶液，沒有反映出自變量，自變量應(yīng)當(dāng)是細(xì)胞分裂素作用的部位，即①部位或②部位，因此該試驗組設(shè)計錯誤，不能探討細(xì)胞分裂素解除頂端優(yōu)勢的作用部位，B錯誤；該試驗的因變量是側(cè)芽的發(fā)育狀況，切除①所示的側(cè)芽后在②所示的頂芽處涂抹細(xì)胞分裂素，無法視察側(cè)芽的發(fā)育狀況，C錯誤；試驗組切除②所示的頂芽后，在①所示的側(cè)芽處涂抹細(xì)胞分裂素溶液，與比照組相比有2個自變量（是否有頂芽、是否涂抹細(xì)胞分裂素溶液），而且切除頂芽后也會解除頂端優(yōu)勢，對試驗結(jié)果產(chǎn)生干擾，D錯誤。答案：A2.（2024·天津檢測）分析有關(guān)科學(xué)探究的資料，回答問題。（探討背景）越來越多的探討證明，從酵母、果蠅到哺乳動物小鼠，飲食限制能顯著延長成年生物體的壽命。（提出提問）日常飲食成分困難，原委哪種成分與壽命延長相關(guān)？試驗組別（X）檢測參數(shù)（Z）試驗變量（Y）Y0Y1Y2Y3……成年小鼠（比照組X0）Z0成年小鼠（比照組X1）Z11Z12Z13……（形成假設(shè)）限制食物中的某種成分會顯著影響成年小鼠的壽命。（試驗設(shè)計）為證明上述假設(shè)而設(shè)計的試驗記錄如表所示。（1）在本探討中，試驗對象選擇小鼠相比選擇酵母或果蠅的優(yōu)勢是小鼠。A.實行有性生殖B.與人類親緣關(guān)系更近C.生命周期更長D.遺傳學(xué)探討更系統(tǒng)深化（2）在本探討中，若Y3是蛋白質(zhì)，較合理的試驗變量Y1和Y2應(yīng)分別設(shè)計為。（3）（實施試驗）比照組喂養(yǎng)正常食物（Y0），試驗組限制食物中的某種成分，然后記錄小鼠的存活狀況（即檢測參數(shù)）。（4）（試驗擴展）若初步試驗結(jié)果顯示蛋白質(zhì)限制對試驗小鼠壽命延長具有顯著效果，那么就試驗變量而言，Y4和Y5的合理選擇是（從下列項目中選擇）。①基因工程蛋白產(chǎn)物②蛋白質(zhì)種類③氨基酸種類④多肽鏈解析：分析題干可知，該試驗的目的是探究哪種成分與壽命延長相關(guān)，試驗的自變量是食物成分的種類，食物的主要成分是糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等，因此具體自變量應(yīng)當(dāng)是在一般食物中添加糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等；因變量是小鼠的壽命，據(jù)此分析作答。（1）酵母、果蠅、哺乳動物小鼠等飲食限制都能顯著延長成年生物體的壽命，由于小鼠與人的親緣關(guān)系最近，因此用小鼠做試驗材料對指導(dǎo)人類健康生活更具有指導(dǎo)意義；（2）食物的主要成分是糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等，由題意知，Y3是蛋白質(zhì)，則Y1和Y2可能是糖類和脂質(zhì)；（4）蛋白質(zhì)是生命活動的主要擔(dān)當(dāng)者和體現(xiàn)者，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性確定功能多樣性，氨基酸依據(jù)能否在體內(nèi)合成分為必需氨基酸和非必需氨基酸，因此假如試驗結(jié)果顯示蛋白質(zhì)限制對試驗小鼠壽命延長具有顯著效果，那么就試驗變量Y而言，Y4和Y5的合理選擇是蛋白質(zhì)的種類和氨基酸的種類。答案：（1）B（2）糖類、脂質(zhì)（4）②③3.某科研小組對禽流感病毒遺傳物質(zhì)進(jìn)行如下試驗：試驗原理：（略）試驗?zāi)康模禾骄壳萘鞲胁《具z傳物質(zhì)是DNA還是RNA。材料用具：顯微注射器，禽流感病毒核酸提取物，活雞胚，DNA酶，RNA酶，蛋白酶。試驗步驟：第一步：取等量活雞胚兩組，用顯微注射技術(shù)分別向兩組活雞胚細(xì)胞中注射有關(guān)物質(zhì)。其次步：在相宜條件下培育。第三步：分別從培育后的雞胚中抽取樣品，檢測是否產(chǎn)生禽流感病毒。試驗相關(guān)內(nèi)容如下表：項目注射的物質(zhì)試驗現(xiàn)象預(yù)料（有無禽流感病毒）相關(guān)推斷（禽流感病毒的遺傳物質(zhì)）第一組核酸提取物＋1.假如有1.則RNA是遺傳物質(zhì)2.假如無2.則DNA是遺傳物質(zhì)其次組核酸提取物＋3.假如有3.則DNA是遺傳物質(zhì)4.假如無4.則RNA是遺傳物質(zhì)（1）完成表格中有關(guān)內(nèi)容的填空。（2）該科學(xué)探究過程體現(xiàn)了酶具有的特點。（3）依據(jù)原有學(xué)問可以知道雞的遺傳物質(zhì)是，寄生在雞體表的細(xì)菌的遺傳物質(zhì)是。解析：本題依據(jù)酶的專一性為理論依據(jù)，奇妙的設(shè)計了比照試驗，探究禽流感病毒遺傳物質(zhì)是DNA還是RNA，依據(jù)遺傳物質(zhì)的功能，再結(jié)合題意就能精確答題。（1）依據(jù)酶的專一性，一種酶催化一種或一類物質(zhì)。DNA酶可以催化DNA水解，最終產(chǎn)物中沒有DNA。RNA酶可以催化RNA酶的水解，最終產(chǎn)物中沒有RNA。（2）該科學(xué)探究過程體現(xiàn)了酶具有專一性的特點。（3）雞屬于真核生物，細(xì)菌屬于原核生物，兩者都具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，含有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物的遺傳物質(zhì)都是DNA。答案：（1）DNA酶RNA酶（2）專一性（3）DNADNA4.（2024·北京卷，改編）回答下列問題：（1）已知血管愛護(hù)藥物R對VSMC沒有干脆影響，但可改善同型半胱氨酸對VSMC的作用。以小鼠VSMC為材料，在細(xì)胞水平探討上述作用時，應(yīng)設(shè)計三組試驗，即、同型半胱氨酸處理組和；每組內(nèi)設(shè)三個重復(fù)，其目的是。（2）探討發(fā)覺，原核生物藍(lán)藻（藍(lán)細(xì)菌）R酶的活性高于高等植物，有人設(shè)想通過基因工程技術(shù)將藍(lán)藻R酶的S、L基因轉(zhuǎn)入高等植物，以提高后者的光合作用效率。探討人員將藍(lán)藻S、L基因轉(zhuǎn)入某高等植物（甲）的葉綠體DNA中，同時去除甲的L基因。轉(zhuǎn)基因植株能夠存活并生長。檢測結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因植株中的R酶活性高于未轉(zhuǎn)基因的正常植株。由上述試驗?zāi)芊竦贸觥稗D(zhuǎn)基因植株中有活性的R酶是由藍(lán)藻的S、L組裝而成”的推想？請說明理由。_____________________________________________________________解析：解答本題須要駕馭試驗設(shè)計的基本原則，能夠分清試驗的自變量、因變量、無關(guān)變量，同時要能夠區(qū)分試驗組與比照組。（1）試驗要遵循比照原則及平行重復(fù)原則，本試驗要探究愛護(hù)藥物R是否可改善同型半胱氨酸對VSMC的作用，因此要設(shè)置空白比照組、同型半胱氨酸處理組及R＋同型半胱氨酸處理，通過這三組試驗即可確定愛護(hù)藥物R的作用。在科學(xué)探究過程中，為了削減誤差，避開偶然現(xiàn)象，使結(jié)果更真實，應(yīng)當(dāng)做多次重復(fù)試驗。（2）據(jù)題設(shè)條件可知，將藍(lán)藻S、L基因轉(zhuǎn)入某高等植物（甲）的葉綠體DNA中，只去除甲的L基因，沒有去除甲的S基因。因此，轉(zhuǎn)基因植株仍包含甲植株的S基因，不能解除轉(zhuǎn)基因植株中R酶是由藍(lán)藻的L蛋白和甲的S蛋白共同組成。故由上述試驗不能得出“轉(zhuǎn)基因植株中有活性的R酶是由藍(lán)藻的S、L組裝而成”的推想。答案：（1）比照組R＋同型半胱氨酸處理組削減隨機誤差（2）不能轉(zhuǎn)入藍(lán)藻S、L基因的同時沒有去除甲的S基因，無法解除轉(zhuǎn)基因植株R酶中的S是甲的S基因表達(dá)產(chǎn)物的可能性5.在復(fù)習(xí)“細(xì)胞膜”相關(guān)學(xué)問時，小明同學(xué)想自己設(shè)計試驗驗證“活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有限制物質(zhì)進(jìn)出的作用”。于是他在家中選擇相關(guān)的廚房用品作為試驗用具，進(jìn)行了以下的試驗驗證，請你依據(jù)試驗設(shè)計的基本原則，補充完整小明同學(xué)的后續(xù)試驗步驟，預(yù)料試驗現(xiàn)象并分析緣由。（1）試驗材料和用具：4株大小、狀態(tài)相像的莧菜，2只瓷碗，1個茶杯，1個電熱水壺。（2）試驗步驟：①將2個相同的碗，編號為甲、乙。②向甲碗中倒入一滿杯清水，________