資源簡介

高中生物必修實驗方案的設計分析與評價概述
一、考綱要求
1.能獨立完成“生物知識內容表”所列的生物實驗(共19個：必修1《分子與細胞》11個，必修2《遺傳與進化》3個，必修3《穩態與環境》5個)，包括理解實驗目的、原理、方法和操作步驟，掌握相關的操作技能，并能將這些實驗涉及的方法和技能進行綜合運用。
2.具備驗證簡單生物學事實的能力，并能對實驗現象和結果進行分析、解釋，并能對收集到的實驗數據進行處理。
3.具有對一些生物學問題進行初步探究的能力，包括運用觀察、實驗與調查、假說演繹、建立模型與系統分析等科學研究方法。
4.能對一些簡單的實驗方案做出恰當的評價和修訂。
二、規律方法
1.實驗設計要點歸納 2.“五看法”評價實驗設計
三、專項歸納
1.正確寫出實驗目的
實驗目的——要探究或者驗證的某一事實或者做了該實驗后，要解決什么問題。
(1)實驗目的的書寫與表達：實驗目的的內容包含研究對象、研究現象(因變量)和作用于對象的因素(自變量)，格式為“探究(驗證)×××(自變量)對×××(因變量)的影響”或“探究(驗證)×××(自變量)與×××(因變量)的關系”等。
(2)實驗目的的確認方法
①根據題目信息，直接寫出實驗目的。
②根據實驗裝置或實驗現象，推斷實驗目的。
③根據實驗步驟反推實驗目的。
2.準確寫出實驗原理
實驗原理就是進行實驗的理論依據，包括選擇實驗材料的依據、作出實驗假設的依據、設置實驗步驟的依據、分析現象與結果的依據和確定觀測指標的依據。
(1)實驗原理一般由三段組成：自變量和因變量的關系＋因變量的觀測指標＋實驗過程描述。
(2)實驗原理中“因變量的觀測指標”可作為實驗結果的參考；有些題目要求對實驗結果進行分析，其考查的是實驗原理，所以對實驗結果分析時合理套用實驗原理即可。
3.規范寫出實驗假設
假設是指用來說明某種現象但未經證實的論題，是對研究結果的預測，是對課題涉及的主要變量之間相互關系的設想，假設是研究者對研究結果預先賦予的答案，是一種可能的解釋和說明。假設的提出可能正確也可能錯誤，假設要能解釋題目現象或與題干相符。一般情況下，若是實驗中要求寫出假設，我們應根據平時積累的知識，寫出認為最可能的一種假設。
4.完整寫出實驗思路與實驗步驟
實驗思路是較為“粗線條”的思考過程，而實驗步驟是更為“細節化”的操作流程。但都要注意“無關變量”的描述，尤其是寫出實驗步驟類試題。
(1)應牢記實驗步驟的“三步曲”，即取材(共性處理)→處理(變量處理)→(培養)觀察記錄(實驗結果處理)。
(2)實驗設計中“使用恰當的語言表述”應注意的問題：
①實驗材料的選擇：植物：如大小相似、長勢相同的同種植株。動物：如體重(體長)、年齡、生長趨勢相同，有時甚至要“性別”相同。有時可以敘述為“生長狀況基本相同的個體”。
②試劑的選擇：在量上難以做到準確的量化描述時，應盡可能用“定性”的語言表達，要注意“等濃度”“等體積”“適量的”“一定量的”等詞的運用。實驗時間和條件上用“一段時間”“適宜的溫度、pH”等語言。
5.實驗結果與結論的預測與分析
首先要明確該實驗是驗證性實驗還是探究性實驗。若為驗證性實驗，則實驗現象與實驗原理一致、結果唯一，結論與題目要求(目的)一致；若為探究性實驗，則實驗現象與實驗原理一致或相反或居中，相應的結論有多種情況。
6.實驗方案的分析與評價
分析和評價某實驗的關鍵是明確實驗目的。若題干已經給出實驗目的，則以自變量為突破口，從“三種變量”的角度進行評價；若試題沒有給出實驗目的，則需要結合實驗信息，進行實驗目的的提煉(因為任何與探究性實驗有關的內容，都是圍繞實驗目的進行的，也都能體現出實驗目的)，之后再繼續尋找自變量。
四、專項訓練
【例1】(2019·新課標Ⅰ卷，29)將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，葉片中的脫落酸(ABA)含量增高，葉片氣孔開度減小，回答下列問題。
(1)經干旱處理后，該植物根細胞的吸水能力________。
(2)與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的光合速率會________，出現這種變化的主要原因是_________
____________________________。
(3)有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請以該種植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。__________________________________________________________________________________________。答案：(1)增強　
(2)降低　 氣孔開度減小使供應給光合作用所需的CO2減少　
(3)取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經干旱處理后，再測定氣孔開度?！☆A期結果：干旱處理前后氣孔開度不變?！⑸鲜龈珊堤幚淼腁BA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進行ABA處理，另一組作為對照，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。預期結果：ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。
解析：(1)經干旱處理后，植物根細胞的細胞液濃度增大，細胞液和外界溶液的濃度差增大，植物的吸水能力增強。(2)干旱處理后，葉片氣孔開度減小，使CO2供應不足，暗反應減弱，從而導致光合作用減弱。(3)本實驗需先設計干旱處理與非干旱處理的對照，證明干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的；再設計在干旱條件下ABA處理組與非ABA處理組的對照，證明干旱條件下氣孔開度減小是由ABA引起的。
【例2】氮元素是植物生長的必需元素，合理施用氮肥可提高農作物的產量?；卮鹣铝袉栴}。
(1)植物細胞內，在核糖體上合成的含氮有機物是__________，在細胞核中合成的含氮有機物是________，葉綠體中含氮的光合色素是________。
(2)農作物吸收氮元素的主要形式有銨態氮(NH)和硝態氮(NO)。已知作物甲對同一種營養液(以硝酸銨為唯一氮源)中NH和NO的吸收具有偏好性(NH和NO同時存在時，對一種離子的吸收量大于另一種)。請設計實驗對這種偏好性進行驗證，要求簡要寫出實驗思路、預期結果和結論。
答案：(1)蛋白質　 核酸　 葉綠素
(2)實驗思路：配制營養液(以硝酸銨為唯一氮源)，用該營養液培養作物甲，一段時間后，檢測營養液中NH和NO剩余量。預期結果和結論：若營養液中NO剩余量小于NH剩余量，則說明作物甲偏好吸收NO；若營養液中NH剩余量小于NO剩余量，則說明作物甲偏好吸收NH。
解析：(1)植物細胞內的含氮有機物有蛋白質、磷脂、ATP、核酸等，其中在核糖體上合成的是蛋白質，在細胞核中合成的是DNA和RNA，植物葉綠體中的光合色素有葉綠素和類胡蘿卜素，其中含氮的光合色素是葉綠素。(2)本實驗的目的是驗證作物甲對硝酸銨中的NH和NO的吸收具有偏好性，因變量是作物甲對二者的吸收量，因此可將生理狀態相同的若干作物甲培養在適宜濃度的以硝酸銨為唯一氮源的營養液中，在適宜條件下培養一段時間，并測定實驗后營養液中的NH和NO的濃度，最后進行比較。如果實驗后營養液中的NH的濃度低于NO，可說明作物甲對硝酸銨中的NH的吸收具有偏好性；反之，則說明作物甲對硝酸銨中的NO的吸收具有偏好性。
【例3】根據遺傳物質的化學組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型。有些病毒對人類健康會造成很大危害。通常，一種新病毒出現后需要確定該病毒的類型。
假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換。請利用放射性同位素標記的方法，以體外培養的宿主細胞等為材料，設計實驗以確定一種新病毒的類型。簡要寫出(1)實驗思路，(2)預期實驗結果及結論即可。(要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)
答案：(1)思路　 甲組：將宿主細胞培養在含有放射性標記尿嘧啶的培養基中，之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒并檢測其放射性。乙組：將宿主細胞培養在含有放射性標記胸腺嘧啶的培養基中，之后接種新病毒。培養一段時間后收集病毒并檢測其放射性。
(2)結果及結論：若甲組收集的病毒有放射性，乙組無，則為RNA病毒；反之為DNA病毒。
解析：(1)在用放射性同位素標記法對新病毒進行鑒定時，要找出DNA和RNA在化學組成上的區別。題中假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換，就是引導考生從DNA和RNA的堿基組成上進行分析。因此，使病毒中的DNA或RNA的特殊堿基(DNA為胸腺嘧啶，RNA為尿嘧啶)帶上標記，根據病毒中放射性標記的檢測結果就可做出判斷。由于病毒不能在培養基上獨立生活，其增殖時的原料只能來自宿主細胞，所以實驗中需配制兩種培養基，記為甲組和乙組，甲組含有放射性標記的尿嘧啶，乙組含有放射性標記的胸腺嘧啶，分別加入等量的宿主細胞使宿主細胞帶上相應標記，之后接種新病毒，培養一段時間后，收集病毒并檢測其放射性。(2)本實驗有兩種不同的結果：一種是甲組有放射性，乙組無，則該新病毒為RNA病毒；另一種為乙組有放射性，甲組無，則該新病毒為DNA病毒。

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