实验设计专题实验设计题从解题技巧的角度来看,总体上可以分以下几步进行:明确实验目的→分析实验原理→找准实验中的变量→设计实验步骤→预期结果与分析→得出实验结论。
一、明确实验目的1.确定实验类型实验分为验证性实验和探究性实验两大类。
验证性实验是已知原理,现象和结论的前提下,通过具体的实验来证明相应的生物学现象的实验方法。
探究性实验是在不明实验结论的情况下,用己有的实验条件,通过控制实验变量来探究研究对象的未知属性,以及与其他因素的关系,依据实验现象推测出结论的实验方法。
验证性实验在题干中往往会出现“验证”或“证明”等字样。
探究性实验的题干中往往会出现“探究”字样。
2.明确实验目的无论是探究性还是验证性实验,题目都会告诉我们要做什么,即要你探究什么或验证什么,这就是实验目的。
解题时,一定要明确实验目的,也就是要明确该实验是要验证什么生物学事实或现象,或探究什么未知属性以及与其他因素的关系。
二、分析实验原理实验原理有的包含在实验题干的叙述中,有的需要联系课本中的生物学理论知识提取出相关的实验原理,也就是说书本知识是我们做题的依据和支撑。
实验原理是选择实验材料、药品,设计实验步骤和预期实验结果的依据。
例题1:胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。
为了验证胰高血糖素具有升高血糖的生理作用,请以小白鼠为实验对象设计实验步骤。
该实验中的原理或知识背景是什么?胰高血糖素能促进肝糖元分解和非糖物质转化为葡萄糖,从而使血糖浓度升高;当血糖浓度升高到一定值(160-180 mg/dl)时就会以尿糖的形式排出;尿液中的葡萄糖可与斐林试剂反应生成砖红色沉淀。
(三)找准实验中的变量根据实验目的和原理,找出实验中的自变量、因变量和无关变量,并设计控制自变量的简单易行的操作方案、排除无关变量的处理措施以及根据因变量确定观测指标。
①实验变量与反应变量实验变量,也称为自变量,指实验中由实验者所操纵的因素或条件。
因变量,指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。
通常,实验变量是原因,因变量是结果,二者具有因果关系。
②无关变量无关变量,也称控制变量,指实验中除自变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。
因此,要控制无关变量以减少实验误差。
如例题1中的自变量是胰高血糖素的补充与否;因变量则是尿液中是否有葡萄糖;无关变量则是小鼠的生理状况等,若想消除无关变量的影响,我们就应选择生长状况相同健康的同龄同性别小鼠作为实验材料。
根据因变量确定的观测指标为生成砖红色沉淀与否。
(四)设计实验步骤在设计实验步骤的过程中应遵循如下几个原则和步骤:1.原则(1)对照原则通过设置实验对照对比,即可排除无关变量的影响,又可增加实验结果的可信度和说服力。
通常,一个实验总分为实验组和对照组。
实验组,是接受实验变量处理的组别,对照组是不接受实验变量处理的组别。
(2)单一变量原则即只设计一个自变量,其余的都定为无关变量,应注意保持一致且适宜性。
故在具体的步骤中,应体现这一点。
用词时常为:生长状况相同,等量,适宜等。
(3)平行重复原则即实验组和对照组往往应设计多个组,予以综合得出结论或多做几次。
如每组的小鼠,不应各为一只,而应各为多只,每组植株不应为一株,而是数量相等的多株。
2.步骤①取材(相同的材料)、分组(随机)、编号②根据实验自变量设置对照(即实验组和对照组不同处理)③进一步相同处理(即:相同且适宜的环境同培养相同的时间)④检测、观察、统计、比较练习3.面对去冬今春我国西南部分地区严重旱情,生物兴趣小组同学查阅资料发现,摩西球囊菌可以与植物根系形成共生体,能提高干旱条件下植物体内活性氧的清除能力,增强抗旱性,请完成实验设计,探究接种摩西球囊霉菌是否具有提高紫花苜蓿(牧草)的抗旱能力。
材料用具:紫花苜蓿幼苗,摩西球囊霉菌菌种,栽培土(经灭菌处理的田间土与河沙混合,体积比9:1),大小一致的花盆。
方法步骤:⑴每个花盆中放置栽培土3㎏,并将花盆平均分成A、B两组⑵A组各花盆中,B组各花盆中。
⑶将等数量的幼苗移栽于各花盆中,置于条件下培养;⑷6周后,处理10d,每天观察、记录并统计。
(五)预期结果与分析实验结果是指实验过程中所观察到的各种现象和收集到的数据,即因变量。
对于验证性实验,由于已知结果和结论,因此,结果只有一个。
对于探究性实验,实验结果往往是不确定的,把可能出现的结果都应考虑在内,结果有多个。
练习3结果预期与分析:(六)得出实验结论实验结论是通过对实验结果(或现象)的分析而得出的理论概括或一般规律。
对于验证性实验,由于实验结果预期唯一,所以,结论也只有一个,那就是肯定实验目的。
对于探究性实验,对应它的多个结果,写出多个结论即可。
练习:1.为了验证甲状腺激素的生理作用,试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标,根据给出的实验材料和用具,设计实验步骤,预测实验结果,并作出分析。
(1)材料和用具:日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠两组,甲状腺激素溶液,蒸馏水,灌胃器,耗氧量测定装置,小动物活动测定仪等。
(实验提示:给药途径为每日灌胃,给药剂量和仪器操作不作考试要求,室温恒定。
)(2)方法与步骤:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(3)结果预测与分析:_______________________________________________________。
2.茯苓为多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核,生产上将菌种接种到马尾松或赤松的根部,菌体利用松树材质生长、发育,最终得到茯苓。
已有研究表明茯苓多糖对小鼠肉瘤S-180的抑制效率可达96.88%。
现提供以下材料用具:生有肉瘤S-180实验小鼠若干只、茯苓多糖制剂、注射器、蒸馏水、生理盐水等(其他材料器具自定)。
设计实验证明茯苓多糖对小鼠肉瘤有抑制作用。
(1)实验步骤: ______________________________ ________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ (2)实验预期:。
(3)设计一个表格记录数据。
4.请根据以下提供的实验材料,完善生物制剂W对动物不同细胞的分裂具有促进作用的实验思路,并预测实验结果。
实验材料:培养液、正常体细胞、癌细胞、W、胰蛋白酶。
(要求与说明:答题时不考虑加入W后的体积变化等误差。
提供的细胞均具有分裂能力,只进行原代培养且培养条件适宜)(1)实验思路:①取培养瓶若干个,分组如下:_________。
每组设置若干个重复样品。
②各组样品在培养箱中培养一段合适的时间后,各取其中的几个样品,加入____,摇匀,在显微镜下用血细胞计数板分别计数并记录细胞数。
③重复②若干次。
④____________。
(2)预测实验结果(用坐标系和细胞数变化曲线示意图表示):5.摘除法是造成某些器官功能缺损,以研究某些器官功能的一种方法。
血糖浓度的相对稳定是人和动物维持生命活动所必需的。
以下是用摘除法设计的实验方案来探究胰腺在调节人和动物维持血糖稳定中的作用,补充实验及分析结论。
(1)材料用具:成熟的150g左右的健康雄性小白鼠6只,手术必要的器械和消毒器材及实验所需要的各种试剂,胰腺研磨液等。
(2)方法步骤:①取成熟的150g左右的健康雄性小白鼠6只,预饿一天。
分成实验组4只和对照组2只,丙编号;②手术摘除实验组的胰脏,缝合切口并消毒;对照组做___________________处理。
两组均置于相同且适宜的条件下分笼饲养③利用__________________检测各组小鼠是否出现尿糖或观察是否出现惊厥,当出现上述现象时立即给实验组的其中2只静脉注射胰腺研磨液,另2只不予抢救。
再检测是否出现尿糖或惊厥。
④比较并分析对照组、出现尿糖或惊厥后注射胰腺研磨液以及未经抢救的实验组小鼠的各种情况。
(3)预期结果并分析①如果切除胰腺的小白鼠出现糖尿,注射胰腺研磨液后_________________________________,而不予抢救的小白鼠持续尿糖;对照组基本正常。
说明胰腺_____________________________________。
②如果切除胰腺的小白鼠出现惊厥,注射葡萄糖后___________________________;而不予抢救的小白鼠__________;对照组基本正常。
说明胰腺_________________________________________。
③如果切除胰腺的小白鼠与对照组的活动情况相同,均不出现尿糖和惊厥现象等。
说明胰腺___________________________________________________。
6.某同学设计了一个探究实验,把培养在完全营养液中、生长状态一致的3组某种植物幼苗分别放入A、B、C三个完全相同的玻璃钟罩内(如下图所示),其中A不密封。
B、C密封。
B内培养皿中盛有Ba(OH)2溶液,A、C内培养皿中盛有蒸馏水,各培养皿中液体的体积相同。
该实验在光照充足、温度适宜的环境中进行。
回答问题:(1)根据上述实验设计判断,该实验的目的是____________________.(2)从理论上讲,培养一段时间后,预期的实验结果是:B中的幼苗生长量比C中的____(大、小),原因是_ __;A中的幼苗生长量比C中的______ (大、小),原因是。
7.为了探究某物质(X)的作用,研究者提出了以下实验思路:(1)实验分组:甲组:培养液+Y细胞+3H-TdR(3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷)+生理盐水乙组:培养液+Y细胞3H-TdR+X(用生理盐水配制)每组设置若干个重复样品。