高考生物一轮复习《实验与探究专题：考点二 实验设计的原则和设计模板》课件

实验与探究专题 考点二 实验设计的原则和设计模板 核心重组 一、探究性实验和验证性实验的比较 探究性实验 验证性实验 实验 目的 探索研究对象的未知属性、特征以及与 其他因素关系 验证研究对象的已知属 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 述，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，因此 不存在假设问题 实验 过程 分组编号：根据实验需求取样随机分组，一般要有实验组和对照 组，遵循等量原则，随机原则；编号是为了避免重复和混淆。 实验处理：实验组和对照组的设计是对自变量的处理，对无关变 量应设置在相同的条件下，以免影响自变量对实验效果的影响 培养（处理）和关观察：实验组、对照组在相同条件下培养或反 应一段时间后，观察并记录实验现象 预期结果和得出结论 实验 现象 未知，不可不描述 已知，应准确描述 实验结果预 测 对应假设，分类讨论。 与实验目的一致(不可与探究性的结 果预测相混) 实验结论 根据可能的实验结果，进行 分析 对应实验目的做出肯定结论 现有一种由人工膜制成的袋，为检测淀粉和碘能否透过该膜，有人 设计了如下实验进行探究，请对实验结果进行预测和分析： 题组训练 ①袋内外液体均不变蓝，表明淀粉和碘均 不能通过； ②袋内外液体均变蓝，表明淀粉和碘均能 通过； ③袋内液体变蓝，袋外液体不变蓝，表明 碘能通过，淀粉不能通过； ④袋外液体变蓝，袋内液体不变蓝，表明 碘不能通过，淀粉能通过 1. 对照原则：通过设置实验对照对比，既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。 常见的对照方法有：空白对照、自身对照、 条件对照、相互对照 2. 单一变量原则：控制其他因素不变，只改变其中一个因素，观察其 对实验结果的影响。对照试验中，自变量为实验的单一变量，而无关 变量必须遵循等量原则。 二、实验的基本原则 1.自变量与因变量：自变量是由实验者操纵、掌握的变量。因变量是 因为自变量的变化而产生的现象变化或结果，二者之间存在因果关系。 2.无关变量：无关变量只试验中除自变量外，影响实验结果与现象的 因素或条件。无关变量对实验结果会产生干扰，因此在实验时要设置 对照以排除它的干扰。 三、实验中的变量分析 ●说一说 “探究温度对唾液淀粉酶活性的影响”、“探究PH对过 氧化氢酶的影响”、“探究酵母菌的呼吸方式”、“探究光照强度 对光合作用速率的影响”等实验的自变量、因变量、无关变量分别 有哪些？ • 为探究不同环境因素对某植物叶片中叶绿素含量的影响，进行了 相关实验，结果如图所示。 题组训练 回答下列问题： 本实验的因变量是________。由图中曲线 对比可知，经___________处理的该植物叶 片中叶绿素含量下降最为明显，这将直接 导致光反应中叶绿素吸收的____________ 光减少而降低了光合速率。由此推知，若 遇到较低温天气，除升温方法外，可对植 物进行________处理以减少叶绿素的损失。 叶绿素含量 光照和低温 蓝紫光和红光 遮光 题组训练 用某种降血糖物质X做以下实验(注：用生理盐水配制X溶液)。 回答下列问题： (1)某同学要验证X的降血糖作用，进行如下实验： 选择一批体重相同的正常小鼠，测定__________，并将小鼠随 机等量分成实验组和对照组，实验组注射适量的__________，对 照 组 注 射 等 量 的 __________， 一 段 时 间 后 测 定 两 组 小 鼠 的 __________，若__________，则表明X有降血糖的作用。 (2)若要验证一定量的X能使患糖尿病小鼠的血糖浓度下降到正 常范围，进行如下实验： 用__________小鼠作为实验组，用患糖尿病小鼠作为对照组1 ，用__________小鼠作为对照组2；实验组注射__________，对 照组1、2注射等量的生理盐水，一定时间后若实验组和对照组 __________的血糖浓度均在正常范围内，而对照组__________的 血糖浓度高于正常范围，则表明一定量的X能使患糖尿病小鼠的 血糖浓度下降到正常范围。 [思路探究] 在明确实验目的的情况下，确定实验变量并依次 设计实验步骤或进行实验分析。(1)由“某同学要验证X的降血糖 作用”确定实验变量为_____________________________。 (2)由“若要验证一定量的X能使患糖尿病小鼠的血糖浓度下降 到正常范围”确定实验变量仍为_______________，只不过和(1) 的不同在于X溶液的注射对象为患糖尿病的小鼠，并用未注射X溶 液的患糖尿病小鼠和正常小鼠作为参照物进行比较。 是否向正常小鼠注射X溶液 是否注射X溶液 答案 (1)血糖浓度 X溶液 生理盐水 血糖浓度 对照 组血糖浓度不变，实验组血糖浓度下降 (2)患糖尿病 正常 一定量的X溶液(或X溶液) 2 1 延伸拓展 一、实验方案的分析、评价和修正 ►题组一 对实验环节的分析理解 1．在科学探究过程中，“提出问题” 和“作出假设”是两个重要的环节。下 列关于“作出假设”的叙述，不正确的 是 A．要有一定的相关知识和观察依据 B．要有严谨的推理能力和一定的想象 力 C．要能对提出的问题作出尝试性回答 D．要有较强的实验操作能力和观察能 力 [思路探究] 明确假设的概念、形成途径和要求，然后 对各选项分析判断。假设是_________________，作出假 设 需 要 ____________________________、 需 要 _______________________________，假设在被证明以前 不存在正误之分。 答案 D 对问题的尝试性回答 一定的相关知识和观察依据 严谨的推理能力和一定的想象力 2．科研人员为了研究食物对螳螂生长的影响，将刚孵 化出的螳螂分为甲、乙、丙、丁四组，分别喂食不同营养 的食物(见下表)。表中的数字代表所含成分的多少，“－ ”表示没有此成分。则这个实验的对照组是 甲 乙 丙 丁 抗生素 － 0.1 0.1 0.1 维生素 0.5 － 0.5 0.5 蛋白质 44 44 44 － 脂质 55 55 55 55 淀粉 66 66 66 66 A.甲        B．乙 C．丙 D．丁 [思路探究] 比较各组实验处理的不同，确定实验变 量并按单一变量分析，最后确定对照组。甲和丙存在 单一变量即________________，乙和丙存在单一变量 即______________，丁和丙存在单一变量即______ ________，因此丙是_______________的共同对照组。 答案 C 是否饲喂抗生素 是否饲喂维生素 是否饲喂蛋白质 甲、乙和丁 实验分析的依据：实验设计常识和有关的科 学原理规律。 ※思维拓展 ►题组二 对给定实验方案的评价和修正 生物小组的同学为了研究叶绿体色素对不同波长光的吸收情况设计了 一个小实验，具体步骤如下： (1)室外随意搬到4株天竺葵，制作4个能装下天竺葵的相同规格的硬纸 盒，每个纸盒内分别装上不同颜色(红黄绿蓝)功率相同的彩灯。 (2)将4株天竺葵分别放入4个黑色的纸盒中，在相同且适宜的条件下， 接通电源，照光4小时。 (3)从4株经光照后的天竺葵上同时各取一片叶片脱色后放入培养皿中， 滴加等量碘液。 (4)观察并比较各培养皿中叶片的颜色的变化。 请你指出以上设计实验中的不足之处；并做出修改。 不足之处：________修改为：________，不足之处： ________，修改为________，不足之处：________修 改 为 ________， 不 足 之 处 ： ________， 修 改 为 ________。 答案 ①不足之处一：没有进行饥饿处理 修改为：将天竺葵放置在黑暗处24小时 ②不足之处二：没有说明天竺葵的生长发育状况是否一致 修改为：选取生生发育状况一致的天竺葵 ③不足之处三：没有说明叶片选取是否一致 修改为：选取叶龄相同、大小相似的叶片 ④不足之处四：没有对所有材料编号 修改为：将四组实验装置以及培养皿等编号 1．评价和修正实验方案的依据：实验设计的原则和 相关的科学原理规律等。 2．评价实验方案的模板 ※思维拓展 一看“对照”(前提：实验类型为探究类) 若无对照，则参照实验组补充对照组；若有对照，则看 对照是否有标记、是否遵循了单一变量原则、是否遵循 了等量原则 ⇨ ⇨ 二看“步骤” 顺序是否合理，步骤是否完整 三看“材料” 材料选择是否得当，实验仪器、药剂的使用是 否准确 ⇨ 四看“条件” 是否需要搅拌；冷却等，实验所需的温度、光照等条 件是否合理 五看“结果与结论” 实验目的是否与实验结果、结论对应，探究性实验的 结果和结论是否讨论全面，是否是先写结果后写结论 3.规范作答的句式：①句式一：……是错误的，应 改为……。②句式二：不应该……，应改为……。 二、规范用语，实验设计的通用模版 (1)验证性实验 审“实验目的”(变量法) ①从试题中提出的问题“验证×××(自变量)对×××(因变 量)的×××”，找出自变量和因变量 ②实验目的就是实验结论，在答实验结论时可照抄实验目的 析“实验原理”(三段法) ①实验原理一般由三段组成“自变量和因变量的关系＋因变量的观 测指标＋实验具体过程描述” ②实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考；有些 题目要求对实验结果分析，其实就是对实验原理的考查，所以对实 验结果分析时套用实验原理即可 ⇨ ⇩ 辨“材料用具”(消元法) 依据所给材料，消去已用材料，分析选用未用材料 述“实验结果、结论经”(照抄法) 依据实验原理写出实验结果，实验结论照抄实验目的 套“实验步骤”(套用法) 实验步骤一般从以下3点考虑：①取材分组：将若干生长状况、 大小等相同的材料(用具)均分为若干组，并用A、B、C……进 行标号 ②材料处理：不施加实施变量(自然条件上或模拟自然条件)设 为对照组；施加实验变量，设为实验组(或是相互对照组)；控 制无关变量，即其他条件相同且适宜，试剂等量且适量 ③观察记录：反应(生化反应类)或培养(生理实验等)相同时间后， 观察指标(特异颜色变化、沉淀反应；形态结构、生理特征变化 等)或测定指标(生长发育速度、生化反应速度等)、记录数据 (2)探究性实验 审“实验目的”(变量法) ①从试题中提出的问题“探究×××(自变量)对×××(因变量)的 ×××”，找出自变量和因变量 ②有些试题要求写出实验研究课题，就是要求写实验目的，可套用 “探究×××对×××的×××”这句话③ ⇨ 套“实验步骤”(套入法) 同验证实验