【文章內(nèi)容簡介】 進(jìn)物質(zhì)代謝的作用。根據(jù)教材中甲狀腺激素的作用 , 結(jié)合實驗過程 , 可推出實驗原理應(yīng)為 : 甲狀腺激素能提高實驗鼠的代謝能力 ( 促進(jìn)物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化 ), 實驗鼠的代謝強(qiáng)度可以用耗氧速率來衡量。由于實驗要測定鼠的耗氧速率平均值 , 所以本實驗中每組實驗鼠的數(shù)量太少。由本實驗的原理可知 , 實驗結(jié)果應(yīng)是耗氧速率平均值甲組 乙組 丙組 , 實驗結(jié)論應(yīng)是甲狀腺激素可以提高機(jī)體的代謝強(qiáng)度。 【答案】 (1) ①自由擴(kuò)散 細(xì)胞質(zhì) ②調(diào)節(jié) DNA 轉(zhuǎn)錄為m RNA (2) ①驗證甲狀腺激素具有促進(jìn)物質(zhì)代謝的作用 ②甲狀腺激素能提高實驗鼠的代謝能力 ( 促進(jìn)物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化 ), 實驗鼠的代謝強(qiáng)度可以用耗氧速率來衡量 ③每組實驗鼠的數(shù)量太少 ④實驗結(jié)果 : 耗氧速率平均值甲組 乙組 丙組 。 實驗結(jié)論 : 甲狀腺激素可以提高機(jī)體的代謝強(qiáng)度 2. 科學(xué)探究的一般程序 科學(xué)探究的一般過程可簡單地用下圖表示 : 3. 調(diào)查是探究性實驗的一種常見形式。調(diào)查的對象通常不是所有的相關(guān)生物 ( 或事物 ), 而只是選中其中的 一部分 ,所以調(diào)查的隨機(jī)性對調(diào)查結(jié)論的正確性與普適性有重要的意義 , 歸類如下 : 4. 方法與技巧 (1) 調(diào)查數(shù)據(jù)的處理常用統(tǒng)計法。 (2) 為使實驗獲得成功 , 常選用一些容易調(diào)查的內(nèi)容 , 如植物種群密度的調(diào)查應(yīng)選擇容易辨別個體的雙子葉植物 , 遺傳病的調(diào)查 選擇發(fā)病率高的遺傳病等。 ? 點石成金 調(diào)查的隨機(jī)性決定了調(diào)查的成敗。如標(biāo)志重捕法要求標(biāo)志物不能太明顯 , 不能對調(diào)查對象生存產(chǎn)生不利或有利的影響等 。 樣方法要求樣方的選擇嚴(yán)格按取樣法取樣 , 不能帶個人的愛好 , 且樣方足夠大等 。 調(diào)查人類遺傳病時不能限定特定人群 , 且被調(diào)查人群足夠大等。 (2022 年淮北一模 ) 某生物興趣小組研究了光照、赤霉素和赤霉素合成抑制劑 ( 圖示簡稱抑制劑 ) 對芹菜的莖伸長生長影響的實驗 , 部分實驗結(jié)果如圖所示 , 相關(guān)推論不正確． ． ．的是 ( ) 。 、 4 組對照或 3 、 6 組對照均可說明適度延長光照可促進(jìn) 芹菜莖的伸長 B. 該實驗第 2 組的條件為光照 (8h/d)+ 抑制劑 、 5 組對照說明該芹菜本身能產(chǎn)生赤霉素 、 6 組對照說明赤霉素合成抑制劑只能抑制赤霉素的合成而不能抑制赤霉素的作用 【解析】據(jù)圖分析可知 : 該實驗第 2 組的條件為光照(8h/d)+ 赤霉素 , 故選 B 。 【答案】 B 四、探究性和驗證性實驗的總結(jié) 1. 探究性實驗的基本模式 (1) 理論假設(shè)的提出 提出問題 , 明確實驗變量 (x), 提出假說。假說必須能被檢驗 , 常描述為 : 當(dāng) x 存在時 , 事件如何 。 當(dāng) x 改變時 , 事件若發(fā)生 , 可證明什么 。 當(dāng)事件未發(fā)生時 , 可得到何種結(jié)論 。 等等。 (2) 設(shè)計實驗 ①實驗準(zhǔn)備 , 包括實驗器材及藥品。 ②設(shè)置變量 x, 觀察 x 被滿足及 x 發(fā)生變化時 , 事件是否發(fā)生 , 如何變化。 ③設(shè)計對照實驗。 ④檢查你的實驗設(shè)計是否遵循了“單一變量”“平行實驗”等原則。 (3) 分析數(shù)據(jù) 實驗結(jié)束時要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 , 看是否存在某種規(guī)律或趨勢。它們能不能支持你的假說 ? 是否指出了你在實驗中存在的缺陷 ? 是否需要收集更多的數(shù)據(jù) ? (4) 得出結(jié)論 在下結(jié)論的時候 , 你要確定收集的數(shù)據(jù)是否支持原先的假說。通常需要重復(fù)好幾次實驗才能得出最后的結(jié)論。 2. 注意事項 此類實驗需要對某些生 物學(xué)現(xiàn)象做出合理化的假設(shè)并通過設(shè)計實驗進(jìn)行驗證。如教材中“比較過氧化氫在不同條件下的分解”“影響酶活性的條件”“探究生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”“土壤中小動物類群豐富度的研究”等。這類實驗要求高 , 開放性強(qiáng)。 設(shè)計探究性和驗證性實驗要注意的問題 : (1) 一定要設(shè)置對照。 (2) 遵循實驗設(shè)計的單一變量原則。 (3) 注意實驗操作步驟的前后順序要有邏輯性 ( 前因后果 ), 步步有理 , 環(huán)環(huán)相扣 , 各步驟要嚴(yán)密、完整。 (4) 注意確定實驗用具與試劑及需要控制的實驗條件。 (5) 注意實驗結(jié)果的觀察、記錄、分析和結(jié)論 , 確定 對實驗結(jié)果的觀察內(nèi)容和合適的觀察方法 , 最后對結(jié)果做出科學(xué)的解釋并得出正確的結(jié)論。 點石成金 驗證性實驗和探究性實驗的辨別是最容易失誤的地方。在結(jié)果預(yù)測上 , 如果是驗證性實驗 , 假設(shè)既定 , 那么 , 結(jié)果的預(yù)測應(yīng)是與實驗的假設(shè)相一致的 。 如果是探究性實驗 , 那么 ,就要對實驗結(jié)果進(jìn)行討論 , 而且對各種可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象都必須做出預(yù)測和分析。 下列為減少實驗誤差而采取的措施 , 錯誤 ． ． 的是 ( ) 。 選項 實驗內(nèi)容 減少實驗誤差采取的措施 A 對培養(yǎng)液中酵母菌數(shù)量進(jìn)行計數(shù) 多次計數(shù)取平均值 B 探究 2,4 D 促進(jìn)插條生根的最適濃度 預(yù)實驗確定濃度范圍 C 調(diào)查人群中紅綠色盲發(fā)生率 調(diào)查足夠大的群體 , 隨機(jī)取樣并統(tǒng)計 D 比較有絲分裂細(xì)胞周期不同時期的時間長短 觀察多個裝片、多個視野的細(xì)胞并統(tǒng)計 【解析】本題主要考查教材實驗的相關(guān)知識。預(yù)實驗可以為進(jìn)一步的實驗摸索條件 , 也可以檢驗實驗設(shè)計的科學(xué)性和可行性 , 這里是通過預(yù)實驗確定促進(jìn)插條生根的適宜范圍 , 為了減少不必要的浪費 , 而不是為了減少實驗誤差 , 故 B項錯誤。 【答案】 B 五、生物實驗中的變量與設(shè)計原則分析 1. 變量 在實驗中 , 變量是指可被操縱的特定因素或條件。根 據(jù)其在實驗中的作用 , 可分為兩類 : (1) 實驗變量與反應(yīng)變量 實驗變量 , 也稱自變量 , 指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。反應(yīng)變量 , 也稱因變量 , 指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。通常 , 實驗變量是原因 , 反應(yīng)變量是結(jié)果 ,二者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如 , 在“溫度對唾液淀粉酶活性的影響”的實驗中 ,設(shè)定的低溫 ( 冰塊 ) 、適溫 (37 ℃ ) 、高溫 ( 沸水浴 ) 就是實驗變量。而由于低溫、適溫、高溫條件變化 , 唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)速率也隨之變化 , 這就是反應(yīng)變量 , 該實驗即在于獲得和解釋溫度變化 ( 實驗 變量 ) 與酶活性 ( 反應(yīng)變量 ) 的因果關(guān)系。 (2) 無關(guān)變量 無關(guān)變量 , 也稱控制變量 , 指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。例如 , 上述實驗中除實驗變量 ( 低溫、適溫、高溫 ) 以外 , 試管潔凈程度 , 唾液新鮮程度 , 可溶性淀粉溶液濃度和純度 , 試劑溶液的劑量、濃度和純度 , 實驗操作程序 , 溫度處理的時間長短 , 等等 , 都屬于無關(guān)變量。如果無關(guān)變量中的任何因素或條件 , 對 3 個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定 , 則會對實驗結(jié)果造成干擾 ,產(chǎn)生誤差。在實驗設(shè)計和操作中 , 要盡量減少無關(guān)變量 , 而且不同的實驗組中的無關(guān)變量應(yīng)完全相同 , 這就可避免實驗結(jié)果的差異是由于無關(guān)變量引起的可能性 , 便于清晰地研究實驗變量與反應(yīng)變量的關(guān)系。 (3) 控制方法 操縱實驗變量 —— 施加干擾 控制無關(guān)變量 —— 隨機(jī)分組、設(shè)置對照、條件相同且適宜、重復(fù)實驗 捕獲反應(yīng)變量 —— 觀察現(xiàn)象、測量數(shù)值 2. 實驗設(shè)計中遵循的有關(guān)原則 (1) 對照原則 對照原則是中學(xué)實驗設(shè)計中最常用的原則 , 如有關(guān)酶的高效性和影響酶活性的條件的實驗 , 觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗等都采用了對照。通過設(shè)置對照實驗 , 既可排除無關(guān)變量的干擾 , 又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。 對于對照實驗 , 一個 實驗可包括實驗組和對照組 , 實驗組是接受自變量處理的 , 對照組 ( 控制組 ) 是不接受自變量處理的。常用的對照類型有以下幾種 :a. 空白對照 , 對照組為不做任何處理。 b. 自身對照 , 實驗組與對照組在同一對象上進(jìn)行 , 不另設(shè)對照組 , 如“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”的實驗 ,實驗處理前后的對象狀況分別為對照組和實驗組。 c. 條件對照 , 給實驗組某種處理 , 給對照組另一條件的處理。 如在艾弗里證明 DNA 是遺傳物質(zhì)的實驗中 , “ R 型活菌+S 型菌的 DNA 混合培養(yǎng)” ( 實驗組 ), “ R 型活菌 +S 型菌的 DNA和 DNA 酶混合培養(yǎng)” ( 條件對照組 ), 目的是通過 對比得出相對立的結(jié)論 , 以驗證實驗結(jié)論的正確性。 d. 相互對照 , 指不另設(shè)對照組 , 而是設(shè)置兩個或兩個以上的實驗組 , 通過對結(jié)果的比較分析 , 來探究某種因素與實驗對象的關(guān)系 , 這樣的實驗叫作對比實驗。如在“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實驗中 , 需要設(shè)置有氧和無氧兩種條件 , 探究酵母菌在不同氧氣條件下細(xì)胞呼吸的方式 , 這兩個實驗組的結(jié)果都是事先未知的 , 通過對比可以看出氧氣條件對細(xì)胞呼吸的影響。 (2) 單一變量原則 : 為了使實驗結(jié)論更精確 , 說服力更強(qiáng) ,實驗設(shè)計中一定要注意只有確立一個變量 , 才能得出該結(jié)論是由此變量決定的。其含義是 : ①不論一 個實驗有幾個實驗變量 , 都應(yīng)做到一個實驗變量對應(yīng)觀測一個反應(yīng)變量 。 ②實驗中要盡可能避免無關(guān)變量及額外變量的干擾。 (3) 科學(xué)性原則 : 指設(shè)計實驗時必須有充分的科學(xué)根據(jù) ,即設(shè)計實驗時要以前人的實驗、公式或自己的實驗為基礎(chǔ) ,不能憑空想象。包括實驗原理的科學(xué)性、實驗材料選擇的科學(xué)性、實驗方法的科學(xué)性、實驗結(jié)果處理的科學(xué)性。 (4) 平行重復(fù)原則 : 任何實驗都必須要有足夠的實驗次數(shù) , 才能判斷結(jié)果的可靠性。設(shè)計的實驗不能只進(jìn)行一次 ,在無法重復(fù)的情況下就得出“正式結(jié)論” , 這樣是不科學(xué)的。 (5) 可行性與簡便性原則 可行性原則 是指在設(shè)計生物學(xué)實驗時 , 從實驗原理、實驗的實施到實驗結(jié)果的產(chǎn)生 , 都具有可行性。簡便性原則是指設(shè)計實驗時 , 要考慮到實驗材料容易獲得 , 實驗裝置比較簡單 , 實驗藥品比較便宜 , 實驗操作過程比較簡便 , 實驗步驟比較少 , 實驗時間比較短等。 3. 實驗題解題程序可歸納如下 : (1) 確定題型 , 搜尋教材中相關(guān)知識點 分析該實驗題是根據(jù)實驗結(jié)果提出合理解釋還是根據(jù)實驗結(jié)果確定控制的條件 。 是根據(jù)實驗原理和實驗過程預(yù)測實驗結(jié)果還是根據(jù)實驗原理和所要驗證的生物學(xué)事實設(shè)計實驗步驟和預(yù)測實驗結(jié)果 。 是驗證性實驗還是探索性實驗 。是定性實驗還是定量 實驗等。然后聯(lián)想考綱中要求的實驗及教材上講的經(jīng)典實驗甚至是你在練習(xí)中做過的實驗題 , 看有無可借鑒的原理、方法、步驟。特別是方法和步驟 , 如果有 ,可模仿之。 (2) 明確實驗?zāi)康摹⒃? 題干中如果不明確給出實驗?zāi)康?, 一定要根據(jù)結(jié)果分析透徹 , 目的和結(jié)論應(yīng)該是對應(yīng)的。原理一般是高中生物教材上的有關(guān)理論知識 , 分析該實驗考的是哪部分知識 , 聯(lián)想該部分知識結(jié)構(gòu) , 用有關(guān)的生物學(xué)原理先解釋清楚實驗。 (3) 考慮材料用具的用途 , 看材料是否要制取或處理 題干上給的材料用具是你分析方法步驟的主要依據(jù)。材料用具往往對解題有提示作用 , 一定要 認(rèn)真分析 , 都有用 , 都要用 , 你需要考慮的是怎樣用 , 先用哪個后用哪個 , 能不能直接用 ? 不能直接用需怎樣處理才能把干擾因素排除而只留下實驗變量 ? 制取時用不用過濾研磨、用不用制片 ? 如果是定量實驗?zāi)氵x什么作指標(biāo) ? (4) 是否要分組、編號 , 設(shè)不設(shè)或設(shè)什么樣的對照 對照是實驗控制的手段之一 , 目的還是在于消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響。如果需要設(shè)空白對照或條件對照 , 就一定要分組編號 , 步驟中要表述出。 共性處理實驗材料 , 均等分組并編號。選擇實驗材料時要注意應(yīng)用一些表示等量的描述性語言 , 如 : “生長一致的”“日齡相同的”“體重一致的 ”等等。分成多少組要視題目中所給的信息而定 ( 一般情況分兩組 ) 。編號最好用 A 、 B 、 C或甲、乙、丙 , 而不用 1 、 2 、 3 避免與實驗步驟相混淆。 (5) 對不同 ( 或同一 ) 對象施以不同的處理 敘述要完整 , 所給的材料用具要用上。表述時特別要考慮怎樣表述才能準(zhǔn)確地遵循單一變量原則 , 如對實驗組和對照組處理的試劑的量要表述出“適量”“等量” , 環(huán)境要求是“在適宜條件下” , 處理的時間或次數(shù)要表述出“相同”等。 (6) 結(jié)果觀察 ( 預(yù)測 ) 、記錄 , 并根據(jù)結(jié)果 ( 現(xiàn)象 ) 進(jìn)行分析 ,得出結(jié)論 結(jié)果就是實驗所表現(xiàn)的現(xiàn)象 , 可對比對照組和實驗組得出 , 結(jié) 論則是根據(jù)結(jié)果分析肯定假設(shè)或否定假設(shè) , 二者不要混淆 , 表述時一定要分別表述。另外驗證性實驗表述時只表述驗證的那個結(jié)論 。 而探究性實驗是預(yù)測 , 結(jié)果和結(jié)論可能多種 , 一定要注意結(jié)果和結(jié)論的多樣性 , 在表述時要對應(yīng)分別表述。 4. 實驗方案評價 —— 五看法 一看對照 有無對照實驗如果有 , 看對照設(shè)計是否合理 實驗變量設(shè)置是否有標(biāo)記是