专题十一 现代生物科技专题 高考热点专题五 验证性、探究性实验
考情分析 实验设计类试题是高考中的热点题型，浙江省选考加试题33题作为压轴题年年出现，主要考查角度有以下二个方面：
(1)验证性实验的分析与设计，2016年4月浙江选考，33T；2017年4月浙江选考，33T。
(2)探究性实验的分析与设计，2015年10月浙江选考，33T。
一、生物学实验的设计
1．生物学实验探究的一般程序
科学探究的一般过程可简单地用下图表示：
(1)提出问题，确定实验课题：所谓实验课题的选定，就是实验者首先要确定一个有一定价值的研究课题，明确通过实验要解决什么问题。
(2)作出假设：“假设”也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假设。
(3)设计实验方案：设计一个实验来检验假说，在计划中应该写明详细的实验步骤，以及在实验中要进行哪些观察和测量。设计实验方案是实验探究的最基本环节。
(4)预期结果：在实验设计方案确定以后、实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果进行判断，依据提出的假说进行推理，得出假定性结果或推论，即“如果假设成立，则应有何种结果”。
(5)分析数据：实验结束时要对数据进行分析，看是否存在什么规律或趋势，它们能不能支持假说，它们是否指出了实验中存在的缺陷，是否需要收集更多的数据。
(6)得出结论：在下结论的时候，确定收集的数据是否支持原先的假说。通常需要重复几次实验才能得出最后的结论。结论的得出必须依据实验结果，即若出现的结果与预期结果一致，则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立”；若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立”。
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2．实验设计的要求
3．实验设计的一般步骤
实验步骤应用简洁科学的语言叙述，一般如下叙述：
(1)分组编号：根据实验要求选择适宜的材料和器材，选材应保持条件相同(如：日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠)。将实验分为实验组和对照组，可以分两组，也可以分若干组，每组进行明确的标记，如用甲、乙、丙，或者是A、B、C，或者是1、2、3，总之让人一看就知道，便于实验的观察、统计、比较和叙述。
常用语言模板：①将培养瓶平均分为3组，编号A、B、C。分别向三组培养瓶中加入等量的XX细胞悬浮液和等量的培养液，在相同且适宜的条件下培养，分别用血细胞计数板测定各组的XX细胞数；②取两支试管，分别编号为甲、乙，各加入等量的某溶液；③选择年龄、体重(性别)、健康状况相同的某种动物随机等量分组，分别编号为1、2、3等。④选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组，分别编号为A、B、C等。
(2)对照处理：根据实验的要求分别对实验组和对照组进行处理，除实验变量外，对实验组和对照组的培养、饲养等条件应相同，即控制无关变量。要注意能体现“单一变量”词语的准确使用，例如使用“等量”、“相同”、“适宜”等词语。
(3)培养(或饲养)、观察、记录：对于植物实验和某些动物实验，分别进行实验处理后，要进行一段时间的培养才能出现结果。而有些实验进行实验处理之后，在短时间内(1～2 h)就可以观察出现的现象。要仔细观察实验组与对照组出现的差异，记录实验现象和实验数据。
二、探究性实验与验证性实验的比较
1．区别
项目
探究性实验
验证性实验
概念
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指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动
指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验
实验目的
探究研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系
验证已知对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系
实验假设
假设一般采用“如果A，则B”的形式表达，是根据现有的科学理论、事实，对所要研究的对象设想出一种或几种可能性的答案、解释
因结论是已知的，故不存在假设问题
实验现象
未知
已知
实验结果预测
对应假设，分类讨论：
①实验组与对照组无显著差异，实验变量无影响；
②实验组比对照组好，实验变量有利；
③实验组比对照组差，实验变量不利(如果是相互对照，也分类讨论)
根据实验原理确定已知实验结果，并对实验结果进行准确描述
实验结论
根据可能的实验结果，进行分析
对应实验目的作出肯定结论
2.举例
项目
探究性实验
验证性实验
实验名称
鉴定某人是否出现糖尿
验证某糖尿病患者尿液中含葡萄糖
实验原理
相同(本尼迪特试剂与可溶性还原糖作用呈现红黄色沉淀)
实验步骤
相同(取尿液后加本尼迪特试剂热水浴加热，观察实验现象)
实验现象
出现或不出现红黄色沉淀
出现红黄色沉淀
预期实验结果
出现或不出现红黄色沉淀
出现红黄色沉淀
实验结论
若出现红黄色沉淀，证明此人出现糖尿；若不出现红黄色沉淀，证明此人不出现糖尿
糖尿病患者尿液中含葡萄糖
题型一 验证性实验
验证性实验适用于实验结果是已知的实验。题目中常见提问语：“请设计一个实验，验证……”“验证×××(自变量)对×××(因变量)的影响”或“验证×××(自变量)与
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×××(因变量)的关系。”
1．为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠的活动状况为观察指标设计实验。
实验原理：胰岛素具有降低血糖的作用。体内胰岛素含量过高时，引起血糖水平下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。
材料用具：正常小鼠4只、注射器、葡萄糖溶液、生理盐水。
(1)实验步骤：
①将正常小鼠随机均分成A、B两组，观察并记录__________________________
__________________。
②A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组_______________________________________
______________。一段时间后，A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，B组________________________________________________________________________。
③A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠__________________。一段时间后，A组小鼠低血糖症状得到缓解，B组________________________________。
(2)该实验过程可以说明________________________________________________。
(3)分析小鼠注射胰岛素溶液后出现低血糖症状的原因：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①小鼠的活动状况 ②小鼠注射等量生理盐水 小鼠的活动状况无变化 ③注射等量葡萄糖溶液 小鼠的活动状况无变化 (2)胰岛素具有降低血糖的作用 (3)
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注射胰岛素溶液后，小鼠体内胰岛素含量过高，引起血糖含量下降，小鼠组织细胞特别是脑组织细胞因血糖供应减少、能量供应不足而发生功能障碍，从而引起低血糖症状
解析
2．(2017·浙江4月选考，33)欲研究药物乙对海拉细胞增殖的抑制作用，请根据以下提供的材料与用具，以海拉细胞的细胞数变化为测定指标，完善实验分组设计和实验思路，预测实验结果并进行分析与讨论。
材料与用具：海拉细胞悬液，药物甲溶液(对细胞增殖有影响)，药物乙溶液，培养液、培养瓶，血细胞计数板，显微镜等。
(要求与说明：细胞计数的具体操作过程不做要求，不考虑加入溶液对体积的影响，实验条件适宜)
回答下列问题：
(1)实验分组设计：
A组：海拉细胞悬液＋培养液
B组：海拉细胞悬液＋培养液＋药物甲溶液
C组：海拉细胞悬液＋培养液＋药物甲溶液，培养一段时间后，加入____________________。
(2)完善实验思路：
①
⋮
(3)预测实验结果(以坐标曲线图形表示实验结果，并标出加入药物的时间)：
(4)分析与讨论：
药物甲的作用是________________________。
答案 (1)适宜浓度的药物乙溶液
(2)①将培养瓶平均分为3组，编号A、B、C。分别向三组培养瓶中加入等量的海拉细胞悬浮液和等量的培养液，在相同且适宜的条件下培养，分别用血细胞计数板测定各组的海拉细胞数
②在相同且适宜的条件下培养一段时间后，向B组和C组加入药物甲，A组不做处理，继续培养一段时间，每隔一段时间测量各组细胞数
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③在相同且适宜的条件下继续培养一段时间后，向C组加入药物乙，继续培养一段时间，每隔一段时间测量各组细胞数
④统计并分析数据
(3)如图所示
(4)促进细胞分裂
解析 (1)①分析实验分组可知，A组：海拉细胞悬液＋培养液，为空白组；B组：海拉细胞悬液＋培养液＋药物甲溶液，观察药物甲对海拉细胞的影响(条件对照)；C组：海拉细胞悬液＋培养液＋药物甲溶液，培养一段时间后，加入药物乙溶液(实验组)，探究药物乙对海拉细胞增殖的抑制作用。
(2)每组设置若干个重复样品。
①实验的因变量为海拉细胞的数量，因此实验开始时需要取细胞悬液加入到含培养液的培养瓶中，用血细胞计数板在显微镜下计数并记录。
②在实验过程中，无关变量要保持相同且适宜，因此需要将细胞悬液分别加入到A、B、C三组培养瓶中进行培养。
③每隔一段时间分别测定三组培养瓶中的细胞数并记录。
④当细胞增殖达到一定数量时，向C组加入药物乙溶液。
⑤重复③，统计并分析所得数据。
(3)题干中提出，药物甲对细胞增殖有影响，可以预测具有促进作用，否则放在这里没有意义。药物乙对海拉细胞增殖有抑制作用，A为空白对照组。因此A组和B组相比，可能B组细胞数量较多，但是C组是与B组培养到一定时间后加入药物乙，所以C组细胞刚开始数量增加，并多于A组，与B组相同，加入药物乙后，由于药物乙对海拉细胞增殖的抑制作用，因此数量少于B组。
(4)药物甲的作用是促进海拉细胞的增殖。
题型二 探究性实验
探究性实验适用于实验结果是未知的实验。题目中常见提问语：“请设计一个实验，探究……”“探究×××(自变量)对××(因变量)的影响”或“探究×××(自变量)与×××(因变量)的关系”。
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3．某同学由温度能影响酶的活性联想到温度能否影响甲状腺激素的生物活性。请以蝌蚪的变态发育情况为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，探究经过50 ℃的温水处理10 min后的甲状腺激素的生物活性是否发生了改变，预测实验结果并得出结论。
(1)材料用具：体积相同的玻璃缸几个，清水，生长发育状况相同的小蝌蚪60只，饲喂蝌蚪的饲料，未经处理的具有生物活性的甲状腺激素，50 ℃的温水处理10 min后的甲状腺激素等。
(2)设计实验的方法步骤。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)预测实验结果并得出结论。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (2)第一步：把生长发育状况相同的小蝌蚪随机平均分成A、B、C三组，分别放在加入等量清水的三个玻璃缸中，A为对照组，B、C为实验组。
第二步：A组每天用适量的未添加甲状腺激素的饲料喂养蝌蚪；B组每天用等量添加适量的未经处理的甲状腺激素的饲料喂养蝌蚪；C组每天用与B组等量的经处理(与50 ℃温水处理10 min)的甲状腺激素的饲料喂养蝌蚪。其他条件相同且适宜。
第三步：把小蝌蚪喂养一段时间后，观察记录蝌蚪发育成青蛙的先后顺序
(3)①如果B组玻璃缸中的蝌蚪发育成青蛙的时间早于A组玻璃缸中的蝌蚪，但晚于C组玻璃缸中的蝌蚪，说明经过50 ℃的温水处理10 min后的甲状腺激素的生物活性增强；②如果
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C组玻璃缸中的蝌蚪发育成青蛙的时间早于A组玻璃缸中的蝌蚪，但晚于B组玻璃缸中的蝌蚪，说明经过50 ℃的温水处理10 min后甲状腺激素的生物活性减弱；③如果B、C组玻璃缸中的蝌蚪同步发育成青蛙，且均早于A组玻璃缸中的蝌蚪，说明经过50 ℃的温水处理10 min后的甲状腺激素的生物活性不变；④如果A、C组玻璃缸中的蝌蚪同步发育成青蛙，且均晚于B组玻璃缸中的蝌蚪，说明经过50 ℃的温水处理10 min后的甲状腺激素失去生物活性
解析
4．(2015·浙江10月选考，33)欲进行小鼠肝细胞在不同浓度NaCl溶液中发生体积和数量变化的实验，请根据以下提供的实验材料与用具，提出实验思路，预测实验结果并进行分析。
材料与用具：小鼠肝细胞悬液(用质量分数为0.9%NaCl溶液配制)、质量分数为1.3%NaCl溶液、蒸馏水、试管若干支、血细胞计数板、显微镜(具有测距功能)等。
(要求与说明：对NaCl溶液的具体稀释过程、细胞计数的具体操作过程不作要求。不考虑细胞体积变化对计数的影响。绘制曲线时的细胞体积指细胞的平均体积。)
请回答下列问题：
(1)实验思路
①________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________
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________________________________________________________________________。
④________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)预测实验结果(在以下坐标系中，绘制细胞体积和细胞数量变化示意曲线)：
(3)分析与讨论：
①当NaCl溶液浓度大于0.9%时，细胞体积与细胞数量发生的变化及其原因是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②基于上述实验，怎样才能用肝细胞分离得到纯度较高的细胞膜？
________________________________________________________________________。
答案 (1)①取试管若干支，将质量分数为1.3%NaCl溶液由高到低进行浓度梯度稀释
②向各支试管中分别加入肝细胞悬液，放置一定时间
③取各试管中的肝细胞悬液，分别滴加到血细胞计数板上，在显微镜下计数并测量细胞直径，记录实验结果
④对实验数据进行统计分析
(2)如图
(3)①NaCl溶液浓度大于0.9%时，细胞体积变小，原因是细胞失水皱缩。细胞数量不变，原因是细胞仍完整
②将肝细胞置于蒸馏水中，细胞吸水胀破，然后进行离心等处理，从而得到纯度较高的细胞膜
解析 (1)本实验的自变量为NaCl的浓度，所给的NaCl溶液的浓度为 1.3%，所以第一步需取试管若干支，将质量分数为 1.3%的NaCl溶液由高到低进行浓度梯度稀释。第二步向各试管中加入肝细胞悬液。因为本实验的因变量为小鼠肝细胞的数量和体积，所以第三步需要从各试管中取肝细胞悬液，在血细胞计数板上，通过显微镜进行计数并测量细胞直径，以此作为衡量细胞体积大小的指标。最后一步是对所获得的实验数据进行统计分析。 (2)需在双坐标中画出细胞体积和数量随NaCl
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溶液的浓度变化的曲线图，涉及两条曲线，故应明确标示出两条线的区别。细胞体积：一定浓度范围内，溶液浓度越大，细胞失水越多，则体积越小；细胞数量：低浓度时，溶液浓度越小，吸水越多，细胞胀破越多，数量越少，高浓度时细胞失水但数量不变。 (3)当NaCl溶液浓度大于 0.9%时，细胞体积变小，原因是细胞失水皱缩，而细胞数量不变，因为细胞失水皱缩不影响数量。基于上述实验，要获得纯度较高的细胞膜，只需将肝细胞置于蒸馏水中，细胞吸水胀破，然后进行离心，即可获得纯度较高的细胞膜。
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