專題10探究實驗的設計與評價一、生物學實驗的設計1．生物學實驗探究的一般程序科學探究的一般過程可簡單地用下圖表示：(1)提出問題，確定實驗課題：所謂實驗課題的選定，就是實驗者首先要確定一個有一定價值的研究課題，明確通過實驗要解決什么問題。(2)作出假設：“假設”也稱假說或猜測，是指用來說明某種現象但未經證實的論題，也是對所提出的問題作出的參考答案，即依據發現的事實材料或科學原理，通過創造性思維，提出初步假設。(3)設計實驗方案：設計一個實驗來檢驗假說，在計劃中應該寫明詳細的實驗步驟，以及在實驗中要進行哪些觀察和測量。設計實驗方案是實驗探究的最基本環節。(4)預期結果：在實驗設計方案確定以后、實驗正式實施之前，根據假說和原理，對實驗可能出現的結果進行預測，依據提出的假說進行推理，得出假定性結果或推論，即“如果假設成立，則應有何種結果”。(5)分析數據：實驗結束時要對數據進行分析，看是否存在什么規律或趨勢，它們能不能支持假說，它們是否指出了實驗中存在的缺陷，是否需要收集更多的數據。(6)得出結論：在下結論的時候，確定收集的數據是否支持原先的假說。通常需要重復多次實驗才能得出最后的結論。結論的得出必須依據實驗結果，若出現的結果與預期結果一致，則得出與先前的假說一致的結論即“假說成立”；若實驗出現的結果與預期結果不符，則得出的結論應為“假說不成立”。

2．實驗設計的要求3．實驗設計的一般步驟實驗步驟應用簡潔科學的語言敘述，一般敘述如下：(1)分組編號：根據實驗要求選擇合適的材料和器材，選材應保持條件相同(如：日齡相同、體重相近的雄性成年大白鼠)。將實驗分為實驗組和對照組，可以分兩組，也可以分若干組，每組進行明確的標記，如用甲、乙、丙，或者是A、B、C，或者是1、2、3，便于實驗的觀察、統計、比較和敘述。常用語言模板：①將培養瓶平均分為3組，編號為A、B、C。分別向三組培養瓶中加入等量的××細胞懸浮液和等量的培養液，在相同且適宜的條件下培養，分別用血細胞計數板測定各組的××細胞數；②取兩支試管，分別編號為甲、乙，各加入等量的某溶液；③選擇年齡、體重(性別)、健康狀況相同的某種動物隨機等量分組，分別編號為1、2、3等。④選擇長勢相同、大小相似的同種植物隨機等量分組，分別編號為A、B、C等。(2)對照處理：根據實驗的要求分別對實驗組和對照組進行處理，除自變量外，對實驗組和對照組的培養、飼養等條件應相同，即控制無關變量。要注意能體現“單一變量”詞語的準確使用，例如使用“等量”“相同”“適宜”等詞語。(3)培養(或飼養)、觀察、記錄：對于植物實驗和某些動物實驗，分別進行實驗處理后，要進行一段時間的培養才能出現結果。而有些實驗進行實驗處理之后，在短時間內(1～2h)就可以觀察出現的現象。要仔細觀察實驗組與對照組出現的差異，記錄實驗現象和實驗數據。4．實驗設計的原則(1)對照性原則——科學、合理地設置對照可以使實驗方案簡潔明了，且使實驗結論更有說服力。一個實驗通常分為實驗組和對照組。實驗組是施加自變量處理的對象組，對照組是不施加自變量處理的對象組，無關變量對兩者的影響是相同的，兩組之間的差別被認為是來自自變量的影響，按照對照方式的不同可分為4種類型：對照類型定義實例空白對照不做任何實驗處理的對照組如在還原糖檢測實驗中留一部分樣液不加入本尼迪特試劑，以作對照相互對照不設對照組，只在幾個實驗組之間相互對比如在植物激素的實驗設計中，不同濃度之間相互比較條件對照給實驗對象施加某種實驗處理，雖不是檢驗假設需要的，但更能充分說明自變量的對照如在用動物激素飼喂小動物的實驗方案中，飼喂甲狀腺激素的為實驗組；飼喂甲狀腺激素抑制劑的是條件對照組；不飼喂藥劑的是空白對照組自身對照實驗與對照在同一對象上進行如質壁分離及質壁分離復原實驗(2)等量性原則對照實驗設置的正確與否，關鍵就在于如何盡量去保證“其他條件的完全相同”。具體有如下四個方面：生物材料要相同所用生物材料的數量、質量、長度、體積、來源和生理狀況等方面的特點要盡量相同或至少大致相同實驗器具要相同試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小、型號要完全一樣實驗試劑要相同試劑的成分、濃度、體積要相同，尤其要注意體積上等量的問題處理方法要相同如保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌或振蕩都要一致(3)單一變量原則在實驗設計中僅僅改變實驗中的某一項變量，其他因素不變，在此條件下，觀察、研究該變量對實驗材料和實驗結果的影響，除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要做到前后一致。(4)可重復性原則：指的是控制某種因素變化幅度，在同樣條件下重復實驗，觀察其對實驗結果影響的程度。目的在于盡可能減小非處理因素所造成的實驗誤差，體現實驗的科學性。(5)簡約性和可行性原則：指實驗材料容易獲得，實驗裝置簡化，實驗藥品便宜，實驗操作簡便，實驗效果明顯，并能在較短時間內完成(用藥少，步驟少，時間短)。從實驗目的、實驗原理到材料用品的選擇、實驗操作等，都要符合實驗者的一般認知水平，滿足現有的條件，具有實驗和完成實驗的可行性。(6)科學性原則：指實驗目的要明確，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設計思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學的基本知識和基本原理以及其他學科領域的基本原則。二、探究性實驗與驗證性實驗的比較1．區別項目探究性實驗驗證性實驗概念指實驗者在不知實驗結果的前提下，通過自己進行實驗、探索、分析、研究得出結論，從而形成科學概念的一種認知活動指實驗者針對已知的實驗結果而進行的以驗證實驗結果、鞏固和加強有關知識內容、培養實驗操作能力為目的的重復性實驗實驗目的探索研究對象的未知屬性、特征以及與其他因素的關系驗證已知對象的已知屬性、特征以及與其他因素的關系實驗假設假設一般采用“如果A，則B”的形式表達，是根據現有的科學理論、事實，對所要研究的對象設想出一種或幾種可能性的答案和解釋因結論是已知的，故不存在假設問題實驗現象未知已知實驗結果預測對應假設，分類討論：①實驗組與對照組無顯著差異，實驗變量無影響；②實驗組比對照組好，實驗變量有利；③實驗組比對照組差，實驗變量不利(如果是相互對照，也分類討論)根據實驗原理確定已知實驗結果，并對實驗結果進行準確描述實驗結論根據可能的實驗結果，進行分析對應實驗目的作出肯定結論2.舉例項目探究性實驗驗證性實驗實驗名稱鑒定某人是否出現糖尿驗證某糖尿病患者尿液中含葡萄糖實驗原理相同(本尼迪特試劑與可溶性還原糖，在熱水浴加熱的條件下相互作用出現紅黃色沉淀)實驗步驟相同(取尿液后加本尼迪特試劑熱水浴加熱，觀察實驗現象)實驗現象出現或不出現紅黃色沉淀出現紅黃色沉淀預期實驗結果出現或不出現紅黃色沉淀出現紅黃色沉淀實驗結論若出現紅黃色沉淀，證明此人出現糖尿；若不出現紅黃色沉淀，證明此人不出現糖尿糖尿病患者尿液中含葡萄糖考點一考查實驗目的、實驗原理的書寫1．某生物興趣小組做了一系列的實驗后，得到的結果如圖所示。實驗目的是：________________________________________________________________。【答案】探究光照時間、赤霉素和赤霉素合成抑制劑對某種植物莖伸長的影響2．如圖裝置表示3株脫淀粉(經充分“饑餓”處理)的長勢相同的同種植株放在透光的不同鐘罩內，完善下面圖解，體驗分析思路：eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(自變量：,因變量：))實驗目的：________________________________。【答案】CO2濃度光合速率探究CO2濃度與光合速率的關系模型構建1．書寫實驗目的(1)單自變量雙(多)因變量實驗目的的書寫書寫模式：實驗性質(探究或驗證)＋自變量對研究對象＋因變量1和因變量2的作用(影響或效果等)。獲得自變量、觀察指標和因變量的方法策略隨自變量的變化而變化的量稱為因變量。如在“缺氮完全培養液培養大豆幼苗”的實驗中，大豆幼苗的生長狀況就是因變量。特別要注意因變量和觀察指標的區別，因變量是由于自變量的改變而引起的變化，這種變化有時不是直接能觀察到的，因此要有一定的觀測數據。如“探究pH對過氧化氫酶活性的影響”實驗中，自變量是不同的pH，因變量是酶的活性，但是酶的活性不是直接能觀察到的，要通過氣泡釋放速率來衡量。這時的氣泡釋放速率是觀察指標而不是因變量。若自變量和因變量是唯一的，則可直接利用兩者的因果關系來判斷。當有多個自變量或因變量時，運用“分解目的法”。有些實驗題的自變量或因變量從實驗目的的角度分析，初看不止一個，較難確定，可以用“分解目的法”來確定實驗的自變量和因變量。如“請根據以下提供的實驗材料，完善驗證生物制劑W對動物不同細胞(正常體細胞和癌細胞)的分裂具有促進作用的實驗思路”，可以將實驗目的分解為兩個小目的：①驗證生物制劑W對動物正常體細胞的分裂具有促進作用；②驗證生物制劑W對動物癌細胞的分裂具有促進作用。由此得出該實驗的自變量為生物制劑W的有無、細胞的種類，因變量有兩個，分別為正常體細胞的分裂情況和癌細胞的分裂情況。觀察指標與因變量的轉換策略因變量不能直接觀察或不易檢測時就要選定相應的容易觀察或易于測量的觀察指標。若在實驗步驟或圖表中找到兩個觀察指標，則需要根據生物教材所學內容分別轉換成兩個因變量。雙(多)自變量單因變量實驗目的的書寫書寫模式：實驗性質(探究或驗證)＋自變量1、自變量2(和自變量3……)對研究對象＋因變量的作用(影響或效果等)。獲取雙(多)自變量的常見方法。①從實驗步驟中獲取，根據實驗步驟中的描述提取出創設的自變量。②從實驗結論中獲取，實驗結論往往體現實驗目的，也就能從中提取出實驗的自變量。③從實驗給出的曲線、圖表等信息中提取出自變量。2．書寫實驗原理(1)題型特點：此類題目通常提供實驗方案、步驟或實驗結果，要求學生定性探究(驗證)實驗變量的作用，并分析實驗方案、步驟和結果，從而理解實驗原理。(2)實驗原理解讀及書寫實驗原理是在實驗結果(現象)與實驗結論之間架起的一座“橋梁”，建立實驗操作和實驗結果的理論聯系，實驗原理一般應包含三部分內容。①自變量和因變量的關系＋因變量的觀測指標＋實驗具體過程描述。②自變量的作用原理，即“為什么這么做”，要密切關注實驗目的及題干信息，注意充分利用題干的提示或聯系教材基礎知識進行準確描述。③因變量的檢測原理(或操作原理、現象原理)，即“為什么出現這樣的現象”，可參考題中相關實驗步驟進行分析。考點二考查實驗步驟的書寫與分析糾錯3．輪狀病毒(RV)是引起嬰幼兒腹瀉的主要病原體之一，其主要感染小腸上皮細胞，從而造成細胞損傷，引起腹瀉。有專家指出物質X可以預防輪狀病毒感染。為了驗證物質X的作用，研究者計劃用新生小白鼠做實驗。實驗材料：生長發育狀況相同的出生3天的健康小白鼠30只(實驗前各小鼠糞便輪狀病毒檢測為陰性)，RV(來源于RV流行高峰期腹瀉患兒)。(注：給藥方式和給藥劑量不作具體要求。)完善實驗思路：(1)_________________________________________________，分別編號為甲、乙、丙。(2)________________________________；乙組和丙組每只小白鼠注射等量的生理鹽水。(3)將甲、乙、丙三組小白鼠置于相同且適宜的條件下飼養。一段時間后，_____________，丙組不做處理。(4)將甲、乙、丙三組小白鼠置于相同且適宜的條件下飼養。一段時間后，觀察并記錄小白鼠的患病情況，統計并分析各組小白鼠的患病率。【答案】(1)取生長發育狀況相同的出生3天的健康小白鼠30只，隨機分成數量相等的三組(2)分別給甲組每只小白鼠注射適量且等量的物質X(3)給甲、乙兩組小白鼠注射適量且等量的輪狀病毒(RV)4．某同學進行了溫度對酶活性影響的研究，設計了以下實驗。實驗步驟：(1)取三支試管，分別加入質量分數為3%的可溶性淀粉溶液。另取三支試管，分別注入新鮮α-淀粉酶溶液。(2)將裝有淀粉溶液和酶溶液的試管分成三組分別放入100℃、37℃的水中和冰塊中，維持各自的溫度5min。分別將酶溶液注入相同溫度下的淀粉溶液中，兩支試管中的pH＝6.8，第三支試管中的pH＝4，搖勻后維持各自溫度5min。(3)在三支試管中各滴一滴碘—碘化鉀溶液，并搖勻。觀察記錄：(略)。結論：溫度過高或過低都會影響酶的活性。請回答：(1)該實驗能否得出上述實驗結論？________。(2)指出步驟中的不正確之處，并在此基礎上加以糾正或補充相應的內容。________________________________________________________________________。【答案】(1)不能(2)①試管上沒有做標記，應用字母或數字進行標記。②步驟(1)中，加入試管中的兩種溶液應有量的描述，補充“3%的可溶性淀粉溶液2mL，新鮮的α-淀粉酶溶液1mL”。③步驟(2)中沒有設置最適溫度，應把37℃改為60℃。④未遵循單一變量原則，酸堿度應一致，pH應都為6.8模型構建1．實驗步驟的分析填空此類題目通常給出實驗目的和實驗原理，并且提供不完整的實驗方案、步驟，要求學生結合實驗目的和實驗原理，補充完善實驗方案、步驟。實驗步驟與實驗思路的區別：實驗步驟操作性強，而實驗思路概括性強。實驗設計的思路實驗設計往往是解答實驗題的難點，但只要理清思路，找準方法和突破口，也能化難為易。實驗的設計可遵循以下思路和方法進行。①首先確定實驗目的，并對其去粗取精，提煉要點，確定是驗證性實驗還是探究性實驗。②運用所學知識，找準實驗原理，并要做到對原理理解透徹。理解實驗原理對實驗設計有重要作用，每一個生物實驗材料的選擇、實驗裝置的確定、實驗步驟和實驗方法的安排都不是隨意的、盲目的，而是由其實驗原理作為依據的。實驗現象和實驗結果的預期也是依據實驗原理而作出的。③根據實驗原理，對照實驗目的，通過初步分析，確認實驗變量。在頭腦中搜尋教材上或曾做過的實驗模型，初步形成操控變量的方法(即大致方案)，實驗設計大多與單一變量和對照實驗有關。④結合實驗所給的條件，選取適當的方法(簡便性原則)，開始草擬具體步驟方案，設計具體步驟后，通過對實驗結果(現象)的判斷，綜合分析，得出實驗結論。⑤回歸檢驗看看自己的實驗是否遵循科學性原則，緊扣實驗原理來進行分析；是否有遺漏的地方；是否還有其他可能性存在，即檢驗實驗的嚴密性、科學性。實驗設計的檢驗過程最終應該對照實驗原理，回歸實驗目的。⑥實驗設計中反應變量的確定和控制生物實驗設計中，因變量的確非常重要，因為任何一個科學實驗的結論都是從因變量所表現出的數量、質量或狀態的事實中推導或分析出來的。2．實驗步驟的分析糾錯判斷流程：步驟及操作錯誤分析主要有以下幾種情況：①某個實驗步驟遺漏或順序顛倒；②操作方法錯誤；③沒有設置對照，或對照設置不合理；④實驗是否遵循了單一變量原則；⑤實驗是否具有偶然性；⑥有無更為簡單的實驗方案；⑦實驗能否順利完成；⑧實驗的安全性。考點三考查實驗步驟(思路)的完整書寫5．冬蟲夏草提取液和對應的益生菌可用于治療肥胖，研究發現主要是冬蟲夏草提取液中的蟲草多糖起作用。為確定治療肥胖的具體蟲草多糖類型，某科研小組從冬蟲夏草提取液中分離獲得四種蟲草多糖(H1、H2、H3、H4)，并利用小鼠進行了相關研究，實驗結果如圖所示：請根據以下材料和用具，完善實驗思路，并進行相應討論和分析。(1)材料與用具：生理鹽水，高脂飼料(HFD)，普通飼料，正常小鼠140只，冬蟲夏草提取液(HSM)、H1、H2、H3、H4，體重測量儀等。(說明：小鼠培養、飼喂的具體操作不作要求；小鼠體重的具體測量不作要求；整個實驗過程條件適宜)完善實驗思路：①取小鼠______只，每天飼喂高脂飼料，12周后成為肥胖小鼠。其余小鼠飼喂普通飼料，為正常小鼠。②________________________________________________________________________。③________________________________________________________________________。④________________________________________________________________________。⑤________________________________________________________________________。【答案】(2)①120只②12周后將肥胖小鼠隨機均分為6組，編號為B～G，正常小鼠編號為A③A、B組小鼠每天分別飼喂含有生理鹽水的正常飼料和高脂飼料，C～G組小鼠每天分別飼喂等量的含HSM、H1、H2、H3、H4的高脂飼料④一段時間后，利用體重測量儀檢測各組小鼠體重⑤統計、記錄并分析所得實驗數據【解析】由題意可知，本實驗是探究治療肥胖的蟲草多糖類型。本實驗共取小鼠140只，共分成7組，每組20只，其中20只作為空白對照，飼喂普通飼料，另外120只飼喂高脂飼料。實驗的具體思路：①取小鼠120只，每天飼喂高脂飼料，12周后成為肥胖小鼠。其余20只小鼠飼喂普通飼料為正常小鼠。②12周后將肥胖小鼠隨機均分為6組，編號為B～G，正常小鼠編號為A。③A、B組小鼠每天分別飼喂含有生理鹽水的正常飼料和高脂飼料，C～G組小鼠每天分別飼喂等量的含HSM、H1、H2、H3、H4的高脂飼料。④一段時間后，利用體重測量儀檢測各組小鼠體重。⑤統計、記錄并分析所得實驗數據。6．已知有機物X具有毒性，會誘發染色體斷裂。欲探究肝臟小塊對有機物X是否有解毒作用。請根據以下提供的實驗材料與用具，提出實驗思路。材料與用具：淋巴細胞，淋巴細胞培養液，植物凝集素(刺激淋巴細胞分裂)，有機物X溶液，肝臟小塊，肝細胞培養液，顯微鏡，載玻片，蓋玻片，培養皿，滴管，姬姆薩染液(使染色體著色)等。(要求與說明：實驗分四組，染色及裝片的具體制作過程不作要求；實驗條件適宜且現象明顯。)寫出實驗思路(其中實驗分組用表格形式，“＋”表示添加)。________________________________________________________________________。【答案】①在淋巴細胞培養液中加入淋巴細胞及植物凝集素，隨機均分成4等份，備用；②實驗分組：項目甲乙丙丁肝細胞培養液＋＋＋＋有機物X溶液＋＋肝臟小塊＋＋③上述四組分別放入4個培養皿中培養一段時間后，取各培養皿中等量的培養液，分別添加到4份備用的淋巴細胞培養液中繼續培養；④一段時間后，取各組淋巴細胞分別染色、制片。在顯微鏡下觀察染色體的形態與數目，并對比分析。模型構建實驗步驟書寫四部曲考點四考查預測實驗結果與結論7．(預測實驗結果——純文字)現有一種由人工膜制成的袋，為檢測淀粉和碘能否透過某人工膜袋，現提供試劑和用品如下：鐵架臺、燒杯和人工膜袋各一個，1%的淀粉溶液，稀碘溶液和細棉線等。(1)實驗的設計思路是把淀粉和碘液分開，分別置于人工膜袋的袋內和燒杯內。人工膜袋口用細棉線扎緊，袋口高于燒杯內液面。(2)實驗結果預測及分析：________________________________________________________________________。【答案】(2)①若袋內外液體均不變藍，則表明淀粉和碘均不能透過人工膜袋；②若袋內外液體均變藍，則表明淀粉和碘均能透過人工膜袋；③若袋內液體變藍，袋外液體不變藍，則表明碘能透過人工膜袋，淀粉不能透過人工膜袋；④若袋外液體變藍，袋內液體不變藍，則表明碘不能透過人工膜袋，淀粉能透過人工膜袋模型構建1．驗證類實驗(1)題型特點：此類題目通常提供實驗思路、方案或步驟，要求學生挖掘試題提供的信息并利用所學生物學知識理解實驗原理，分析預測相關實驗的結果。(2)模板呈現2．探究類實驗(1)題型特點：此類題目通常提供需要探究的實驗結論，要求學生設計實驗方案，并對實驗所有可能的結果作出預測。(2)模板呈現8．(預測實驗結果——統計圖)現提供以下實驗材料、試劑與用具：新制備若干條5cm長的蘿卜條、蒸餾水、蔗糖、三角尺、燒杯等，請你設計一個實驗方案，探究植物細胞在不同濃度的蔗糖溶液中的滲透作用。實驗思路如下：①用蒸餾水與蔗糖配制成具有一定濃度梯度的蔗糖溶液。②將若干5cm長的蘿卜條分別浸泡在蒸餾水和不同濃度的蔗糖溶液中，每隔一段時間用三角尺測量蘿卜條的長度，記錄并求平均值。請預測結果：建立一個坐標系，用曲線圖預測蘿卜條長度的變化情況(至少畫出四種蔗糖濃度中對應的變化曲線)。【答案】如圖所示模型構建常用的統計圖有條形統計圖、曲線統計圖等。統計圖可以使復雜的統計數字簡單化、通俗化、形象化，使人一目了然，便于理解和比較。統計圖一般采用直角坐標系。橫坐標用來表示事物的組別或者自變量，縱坐標常用來表示事物出現的次數或者因變量。若在同一坐標系中繪制兩個或兩個以上的自變量時，都要在圖例中注明。以下介紹幾種常用的統計圖：1．條形統計圖條形統計圖可以清楚地表明各種數量的多少。一般適用于內容較為獨立，缺乏連續性的數量資料，用來表示有關數量的多少，特別適合于對各數量進行比較。2．曲線統計圖曲線統計圖不僅可以表示數量的多少，而且反映同一事物在不同時間里發展變化的情況。繪制方法：(1)首先確定自變量和因變量，一般用橫坐標表示自變量，縱坐標表示因變量，標出變量的名稱與單位。(2)確定關鍵點，在相應位置描出曲線的起點、轉折點、終點等關鍵點。(3)明確曲線的變化趨勢。(4)根據題目的要求用折線或曲線把關鍵點連接起來。(5)標名稱，如果坐標圖中有2條或2條以上的曲線，要在各條曲線的對應位置標出相應的名稱。(6)檢查曲線統計圖是否符合題目要求。無論是條形圖還是曲線圖，在繪制統計圖時都要注意書寫圖表名稱及規范的圖注。9．(預測實驗結果——設計表格)為驗證反射弧的組成與作用，某同學設計了以下實驗思路：取1只腦部剛剛損壞的青蛙，將其懸掛起來。①用1%H2SO4溶液刺激該蛙左后肢的趾端(如圖所示)，觀察蛙是否屈腿。②洗去H2SO4，再用1%H2SO4溶液刺激該蛙左后肢趾端，測量該刺激與屈腿是否同時發生。③分離得到該蛙左后肢的坐骨神經腓腸肌標本，用電刺激直接刺激腓腸肌，觀察其是否收縮。④用電刺激直接刺激上述標本的腓腸肌肌細胞，在坐骨神經上是否能測量電位變化。(說明：實驗條件適宜；實驗中的刺激強度足夠。)請回答下列問題：設計表格，并將預測的實驗結果與原因分析填入表中。【答案】驗證反射弧的組成與作用，實驗的預測結果及結果分析表思路預測結果結果的原因與分析①是反射弧完整，能夠對刺激作出反應②否刺激產生的興奮在反射弧中的傳導和傳遞需要時間，故刺激與屈腿不會同時發生③是電刺激使腓腸肌的肌細胞產生動作電位或興奮，引起肌肉收縮④否興奮在神經肌肉接點處的傳遞是單向的，故坐骨神經上測量不到電位變化模型構建實驗設計時，必定會分析實驗的目的、實驗原理、變量(自變量、因變量、無關變量)等，而這些分析在表格設計時表題、表頭、行標、列標等的分析中都有所運用。1．實驗表格的基本形式表格通常包括：表題(表格名稱)、表頭、列標、行標數據格。如表1所示，①②③合稱為表頭，⑤⑥分別為列標和行標，④為數據格。其中，①是⑤區域的內容，通常表示實驗組別或實驗自變量的具體表現，②是④區域的內容，表示因變量測量指標的名稱，③是⑥區域的內容，通常表示每個實驗組內測量的次數，或同一實驗組內不同的個體，或測量時間等，④為②的具體化，為實驗測量的具體數據，⑤為①的具體化，如A組、B組；1000mg/L、100mg/L、10mg/L等，⑥為③的具體化，如第一次測量、第二次測量；10min后、20min后、30min后等。表1表格名稱①②③⑤⑥④特別需要引起注意的是對于需要測量具體數據的實驗表格，行標最后一格的內容應為“平均值”，如表2所示。表2表格名稱①②③⑤⑥④平均值2.表題的擬定表題一般結合實驗目的，點明表格的主題或要點。當表格中的數據既有自變量也有因變量時，表題中應同時提及兩者，但對照組不必在表題中提及。需要注意的是，雖然簡短是表題的重要方面，但絕不可只圖簡短而導致意義不明，如“實驗結果”“紅細胞形態變化結果”“兔紅細胞的實驗”等就不符合要求。3．表頭、行標、列標的確定許多表格用對角線將表頭分為兩半，分別概括行標和列標的內容，也有用斜線一分為三的，但現在多趨向于不使用斜線(對角線)，而是把欄頭作為行標或列標，即只對第一行或第一列進行概括。一般情況下，行標所提出的是被研究的對象。另外，在需要時也可以將自變量和因變量的位置互換，即在行標列出因變量而列標列出自變量。4．表中數據處理表格一般用于實驗結果的記錄，若相應的實驗為探究性實驗，則不能將數據填入表格當中，否則將因為違背了科學實驗實事求是的原則而造成不必要的丟分；若為驗證性實驗，且有相關數據，則可以將數據填入表格中。同類型數據的有效數位應統一，表中的數據應以小數點為基礎進行數位對齊，以便于進行數據比較。如分組資料的表格，通常應將對照組列為第一項，而對照組數據在相應的欄目標題下的首行列出。5．表格設計需要關注的幾個問題在表格的編制中，還需要關注以下內容：(1)在表內各項欄目不至于混淆的前提下，表線越少越好，盡量不要設計很復雜的大表。(2)表中文字一定要簡明扼要，文字較少則居中書寫，句中可使用標點，句末一律不加標點。表中各欄參數若有計量單位，標注方法為參數寫在左邊(上)，單位寫在右邊(下)的圓括號內，如“溫度(℃)”；參數用符號表示時，可用斜線將分開，如“T/℃”。10．(實驗結論的獲得——表格與統計圖)科研人員用不同濃度的葡萄糖培養液培養大鼠離體胰島組織，實驗組加入適量的藥物A(一種咪唑啉類藥物，作用于胰島)，對照組加入等量生理鹽水。一段時間后，測定上清液中胰島素的含量，結果如下表所示。回答下列問題：葡萄糖濃度(mmol·L－1)胰島素相對含量對照組實驗組00.380.402.80.570.618.31.091.6611.11.712.91(1)在機體血糖平衡的調節過程中，胰島素的生理功能是___________________________，從而降低血糖濃度。(2)該實驗研究的問題是______________________________________________________。(3)根據實驗結果能夠得出的初步結論是________________________________________________________________________。【答案】(1)促進組織細胞加速攝取、利用和貯存葡萄糖(2)在不同葡萄糖濃度條件下，藥物A對胰島素分泌的影響(3)藥物A對大鼠胰島素的分泌有促進作用，在一定范圍內，隨著葡萄糖濃度的增加，促進作用增強模型構建1．解讀表格類(1)題型特點：此類題目通常提供相關實驗方案及實驗測定的原始數據(通常以表格的形式呈現)。要求學生分析數據，得出結論。(2)模板呈現2．解讀統計圖類(1)題型特點：此類題目通常提供一定的實驗思路、方案及實驗結果(以柱形圖、曲線圖的形式呈現)，要求學生分析圖形(柱形、曲線)，得出相關結論。(2)模板呈現11．(實驗結論的獲得——雙坐標圖)(2017·浙江11月選考)為了研究海拉細胞的細胞增殖，以總細胞數和細胞分裂指數(細胞群體中分裂細胞所占的百分比)為測定指標，完善實驗思路，預測實驗結果并進行分析與討論。(要求：細胞培養至培養液中營養物質不足時。實驗思路涉及的主要用具須寫出，但具體操作過程不作要求。實驗條件適宜)回答下列問題：(1)完善實驗思路：①將已知細胞密度的海拉細胞懸液，用移液管加入到各個含培養液的培養瓶中，然后置于CO2培養箱中培養。②________________________________________________________________________。③對所得數據進行統計與處理。(2)預測實驗結果(以坐標曲線圖形式表示實驗結果)。(3)分析與討論：①細胞計數時，見到壓在方格線上的細胞如何計數？______________________________________________________________________________。②若要得到大量的G1期細胞，可采用的方法是_____________________，原因是______________________________________________________________________________。③若為了檢測某種藥物對該細胞的增殖有促進作用，可在培養液中加入同位素標記的物質是______________，原因是________________________________________________________。【答案】(1)②每隔一段時間，用血細胞計數板在顯微鏡下計數并記錄，同時制作臨時裝片，在顯微鏡下觀察與計數分裂期細胞并記錄(2)如圖所示①只計左線和上線及其夾角上的細胞②減少培養液中的營養物質成分由于原料缺少使細胞合成有關物質如RNA和蛋白質等受阻，而停滯于G1期③胸腺嘧啶脫氧核苷酸胸腺嘧啶脫氧核苷酸是DNA合成的原料，其進入細胞的量可反映細胞的增殖情況【解析】(1)本實驗難度不大，題目已經指出實驗目的是研究海拉細胞的細胞增殖，測定指標以總細胞數和細胞分裂指數(細胞群體中分裂細胞所占的百分比)來表示，因此只需要在實驗思路中實現以下內容即可：將細胞培養至培養液中營養物質不足，每隔一段時間，用血細胞計數板在顯微鏡下計數并記錄總細胞數，同時制作臨時裝片，在顯微鏡下觀察與計數分裂期細胞并記錄。(2)實驗過程中要將細胞培養至培養液中營養物質不足，由于營養物質的消耗和有害代謝產物的積累，腫瘤細胞也會出現絕大部分細胞停止分裂的現象，預期實驗結果要考慮到這種情況。由于題目要求用坐標曲線圖形式呈現可能的實驗結果，所以需要先建立坐標系，橫坐標標注培養時間，縱坐標標注總細胞數和細胞分裂指數(具體參見答案)。(3)①細胞計數時，當遇到壓在方格線上的細胞，一般只計數左線和上線及其夾角上的細胞。②若要得到大量的G1期細胞，可減少培養液中的營養物質成分，由于原料缺少使細胞合成有關物質如RNA和蛋白質等受阻而停滯于G1期。③若為了檢測某種藥物對該細胞的增殖有促進作用，可在培養液中加入同位素標記的胸腺嘧啶脫氧核苷酸，由于胸腺嘧啶脫氧核苷酸是DNA合成的原料，其進入細胞的量可反映細胞的增殖情況。模型構建雙縱坐標圖的解題策略1．分析橫、縱坐標：圈出橫坐標、雙縱坐標的名稱和單位，分析其生物學含義。2．確定圖形與雙縱坐標的對應關系：圈出標注文字和備注信息，確定多組實驗結果與雙縱坐標的對應關系。3．分析每組圖形的生物學含義：起點、終點、轉折點、交點、頂點、最低點(特別關注“0”)等所表示的生物學含義及其產生原因；解釋曲線或柱形圖的各種變化趨勢產生的原因。4．雙縱坐標圖的運用：根據選項或非選擇題設問，找出多條曲線之間差異產生的原因，并根據結果推導相應的結論。易錯警示：(1)雙縱坐標圖的兩個縱軸的名稱、單位和刻度往往不同，分析其生物學含義。(2)雙縱坐標圖中的等高柱形圖的值不一定相等，低的柱形圖的值也不一定小。選擇題：1．(2019·全國Ⅲ卷，4)若將n粒玉米種子置于黑暗中使其萌發，得到n株黃化苗。那么，與萌發前的這n粒干種子相比，這些黃化苗的有機物總量和呼吸強度表現為()A．有機物總量減少，呼吸強度增強B．有機物總量增加，呼吸強度增強C．有機物總量減少，呼吸強度減弱D．有機物總量增加，呼吸強度減弱【答案】A【解析】本題以黃化苗的代謝為載體，考查考生通過比較、分析與綜合的方法，對某些生物學問題進行推理、解釋并作出正確判斷的能力；試題通過黃化苗與干種子的代謝狀態的比較，體現了科學思維素養中的分析與推斷要素。與干種子相比，黃化苗中自由水含量增多，細胞呼吸強度增強，有機物總量減少，A正確，B、C、D錯誤。2．為了探究湖泊中不同深度的蝸牛和不同深度的吸蟲之間的寄生關系，科研工作者進行了下列研究：①分別從湖泊淺、中、深水區捕獲等量且足量未感染吸蟲的蝸牛，將每種來源的蝸牛隨機均分為3組；②分別從湖泊淺、中、深水區感染吸蟲的蝸牛體內取出具有感染能力的吸蟲，按來源分別培養；③將每種來源的3組未感染吸蟲的蝸牛分別放入3種對應來源的吸蟲環境中(其他條件相同)；④培養相同時間后，分別統計各環境中3組蝸牛的吸蟲感染率，繪制曲線如圖。下列有關敘述與實驗結果不相符的是()A．實驗中，來自淺水的蝸牛的吸蟲感染率最高B．不同深度的蝸牛更容易感染來自相同深度的吸蟲C．在本實驗中所涉及的變量很多，其中自變量不止一個D．來自深水的蝸牛感染率低可能是密度小，相互傳染少【答案】D【解析】橫坐標表示蝸牛來源，通過三組曲線在淺水區、中層區和深水區的對比知，來自淺水區的蝸牛感染率最高，A正確；由三條曲線在不同水層的感染率可知，來自不同深度的蝸牛更易感染來自相同水層的吸蟲，B正確；本實驗中涉及的自變量有不同水層的蝸牛、不同水層的吸蟲等，C正確；不同組別中蝸牛密度相同，故深水的蝸牛感染率低的原因不是蝸牛密度小，D錯誤。3．設計實驗探究X是否屬于植物生長所必需的無機鹽，某同學的構思大致如下：本實驗中采用甲組、乙組之間的空白對照，以及乙組中實驗前(無X)與實驗后(有X)之間的自身對照：兩次對照中屬于實驗組的依次是()A．甲組、乙組實驗前B．甲組、乙組實驗后C．乙組、乙組實驗前D．乙組、乙組實驗后【答案】D【解析】實驗組與對照組的判斷常有如下方法：(1)處于正常狀態下的是對照組，經過實驗處理的是實驗組。(2)根據實驗的目的，施加什么條件來達到這個目的，那這一組就是實驗組。(3)自身前后對照實驗中，實驗前是對照組，實驗后是實驗組。(4)進行了實驗處理的是實驗組；自然狀態下(未加處理)的稱為對照組。故本題中，在空白對照實驗中，乙組為實驗組；在自身對照實驗中，實驗后為實驗組。4．以紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞作為觀察植物細胞質壁分離和復原實驗的材料，下列有關說法正確的是()A．正在發生質壁分離的細胞，其吸水能力逐漸減弱B．正在發生質壁分離的細胞，其紫色區域逐漸縮小，該區域顏色逐漸變深C．發生質壁分離后完全復原的細胞，其細胞液濃度最終與外界溶液濃度相同D．該實驗不選擇紫色洋蔥鱗片葉內表皮細胞作材料，是由于該類細胞不能發生質壁分離【答案】B【解析】紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞的細胞液呈現紫色。正在發生質壁分離的細胞，因不斷失水導致細胞液的濃度逐漸增大，紫色區域逐漸縮小，該區域顏色逐漸變深，其吸水能力逐漸增強，A錯誤，B正確；因具有支持和保護作用的細胞壁也有一定程度的伸縮性，實驗發生質壁分離后完全復原的細胞，其細胞液濃度最終與外界溶液濃度相同或大于外界溶液濃度，C錯誤；該實驗不選擇紫色洋蔥鱗片葉內表皮細胞作材料，是由于該類細胞的細胞液無色，不易觀察質壁分離及其復原現象，D錯誤。5．下列有關葉綠體中色素提取與分離實驗及創新改進的說法中，不合理的是()A．設計一個對照實驗，一組在研磨前加CaCO3，另一組不加，然后按規定步驟研磨，觀察現象，可探究CaCO3加與不加對實驗的影響B．秋季使用黃色或紅色葉片做實驗材料可以證明葉片中不含葉綠素C．把濾液細線畫的寬一點做層析可以探究濾液細線的寬度對實驗的影響D．用不同量的綠葉作實驗，實驗不同濃度的濾液對實驗結果的影響可探究實驗中綠葉的量是否需要準確稱量及綠葉純度對實驗的影響【答案】B【解析】探究CaCO3加與不加對實驗的影響實驗中，自變量是是否加CaCO3，因此一組在研磨前加CaCO3，另一組不加，然后按規定步驟研磨，觀察現象，A正確；植物細胞葉綠體中含有葉綠素和類胡蘿卜素，而紅色葉片的顏色是因為液泡中的花青素，與葉綠體中的色素無關，B錯誤；把濾液細線畫的寬一點做層析，與正常寬度做對比，可以探究濾液細線的寬度對實驗的影響，C正確；用不同量的綠葉作實驗，實驗不同濃度的濾液對實驗結果的影響可探究實驗中綠葉的量是否需要準確稱量及綠葉純度對實驗的影響，D正確。6．下圖為某生物興趣小組測定的不同pH條件下淀粉酶對淀粉的分解作用的實驗結果。下列有關敘述正確的是()A．pH為11時，淀粉酶的活性完全喪失B．pH為3和9時，淀粉酶的活性不同C．試管中溶液的pH由13調為7后，淀粉含量明顯減少D．先將淀粉與淀粉酶溶液混合后，再調節各組混合液的pH【答案】B【解析】由題干信息可知，酸和淀粉酶都能促使淀粉分解。pH為11時，1h后淀粉剩余量相對值小于1.0，說明淀粉酶的活性沒有完全喪失，A錯誤；由題圖可知，pH為3時與pH為9時，1h后淀粉剩余量相對值相同，又由于酸能促使淀粉分解，所以兩組中淀粉酶的活性不同，B正確；分析題圖可知，pH為13時，淀粉酶已經完全喪失活性，將pH由13調為7后，淀粉酶的活性不會恢復，淀粉含量不會明顯減少，C錯誤；若先將淀粉與淀粉酶溶液混合后，再調節各組混合液的pH，會導致每組實驗的淀粉酶在沒有達到設定的pH之前都已經開始進行催化反應了，造成實驗結果不準確，D錯誤。7．高中生物學實驗常需測量和計數，下列操作可能導致實驗結果估測值偏小的是()A．對研磨后的蘋果勻漿進行過濾檢測可溶性還原糖含量B．在蒲公英生長密集處取樣調查其在樣地中的種群密度C．被標記鯉魚投放入池塘后立即重捕并計算鯉魚的數量D．從靜止的上清液處取樣估測培養液中草履蟲種群數量【答案】C【解析】對研磨后的蘋果勻漿進行過濾，不會影響可溶性還原糖含量的檢測，A錯誤。在蒲公英生長密集處取樣調查其在樣地中的種群密度，會使結果偏大，B錯誤。被標記鯉魚投放入池塘后立即重捕，會使重捕個體中被標記的個體增加，從而使鯉魚的數量偏小，C正確。草履蟲的呼吸需要氧氣，故草履蟲都集中在靜止的上清液，因此從靜止的上清液處取樣估測培養液中草履蟲種群數量，會使估測值偏大，D錯誤。二、非選擇題8．某同學進行實驗，甲圖為實驗開始狀態，乙圖為實驗結束狀態。請在乙圖所示實驗結果的基礎上繼續實驗．探究蔗糖的水解產物能否通過半透膜。增添的實驗材料：蔗糖酶溶液、斐林試劑、試管、滴管、水浴鍋等。(1)設計出繼續實驗的簡要步驟：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________。(2)預測實驗現象并作出結論：_________________________________________________。【答案】(1)①向a、b兩管分別加入等量蔗糖酶溶液，水浴加熱(或隔水加熱)U型管至適宜溫度，觀察a、b兩管內液面的變化；②吸取a、b兩管內適量液體，分別加入A、B兩試管中，并加入等量的斐林試劑，50～65℃水浴加熱，觀察A、B兩試管內有無磚紅色沉淀(2)如果a、b兩管液面高度差縮小且A、B試管內均有磚紅色沉淀生成，則蔗糖的水解產物能通過半透膜；如果a、b兩管液面高度差增大且A試管內無磚紅色沉淀生成，B試管內有磚紅色沉淀生成，則蔗糖的水解產物不能通過半透膜【解析】該實驗的目的是探究蔗糖的水解產物能否通過半透膜，由提供的實驗材料可推知實驗原理：蔗糖的水解產物如果能透過半透膜，則由于滲透作用，兩邊的液面差會縮小，用斐林試劑檢驗，水浴加熱(50～60℃)條件下A、B試管都會出現磚紅色沉淀；否則，會因為蔗糖的水解使b管內溶質分子數增加而兩邊液面差加大，且用斐林試劑檢驗時a管內溶液不出現磚紅色沉淀。實驗步驟設計重點考查無關變量的控制，如兩側加入等量的蔗糖酶，水浴控制酶活性的最適溫度等。9.紫色洋蔥是生物學中常用的實驗材料。它的葉分兩種：管狀葉伸展于空中，進行光合作用；鱗片葉層層包裹形成鱗莖，富含營養物質。以洋蔥為材料進行如下實驗：(1)若分離葉綠體中的色素，所用的實驗材料是__________。提取葉綠體中的色素使用的試劑是__________。分離色素依據的實驗原理是____________________________________。(2)觀察質壁分離復原所用的最佳材料是__________，該實驗的自變量是__________。(3)若觀察DNA、RNA在細胞中的分布狀況，常用的理想材料為__________，該材料優于其他部位的原因是________________________________________。(4)若觀察有絲分裂，所用的理想材料為__________，裝片的制作流程為：解離→__________→染色→制片。(5)在“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”和“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”兩個實驗中，都用到了鹽酸，它在兩個實驗中的作用__________(填“相同”或“不同”)。【答案】(1)管狀葉無水乙醇不同色素在層析液中的溶解度不同，在濾紙上的擴散速度也不同(2)(紫色洋蔥)鱗片葉外表皮清水和蔗糖溶液(3)鱗片葉內表皮顏色淺(由單層細胞構成)(4)根尖(分生區細胞)漂洗(5)不同【解析】(1)由題可知，“管狀葉伸展于空中，進行光合作用”說明管狀葉含有葉綠體，則提取和分離綠葉中的色素所用的實驗材料是管狀葉，含有色素較多；無水乙醇(丙酮)能溶解色素；CaCO3的作用是防止研磨過程中葉綠素遭到破壞。分離色素依據的實驗原理是不同色素在層析液中的溶解度不同，在濾紙上的擴散速度也不同。(2)觀察細胞的質壁分離及復原所用的最佳材料是紫色洋蔥鱗片葉外表皮，具有紫色液泡，便于觀察；該實驗的目的是觀察質壁分離和復原，則自變量是清水和蔗糖溶液，在蔗糖溶液中細胞失水，發生質壁分離；在清水中，發生質壁分離的復原。(3)若觀察DNA、RNA在細胞中的分布狀況，需要用甲基綠和吡羅紅染色，使得細胞核呈綠色，細胞質呈紅色，則理想材料為紫色洋蔥鱗片葉的內表皮，沒有色素。(4)若觀察有絲分裂，所用的理想材料為洋蔥根尖分生區細胞，細胞分裂旺盛，為正方形，排列緊密。該實驗的裝片制作程序是解離→漂洗→染色→制片。(5)在“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”和“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”兩個實驗中都用到了鹽酸，它在兩個實驗中的作用不同，前者是改變細胞膜的通透性和使染色質中DNA和蛋白質分離開；后者的作用是作為解離液。10．為了證明生長素在胚芽鞘中的極性運輸，一位同學設計了如下圖實驗，一段時間后，發現位于形態學下端的瓊脂塊逐漸有了生長素，請思考：(1)本實驗能否得出“生長素在胚芽鞘內只能由形態學上端運輸到形態學下端”這一結論？為什么？___________________________________________________________________。(2)欲得出上述結論應怎樣改進更具說服力？____________________________________。【答案】(1)不能。因為僅就該實驗只能證明“生長素可以從胚芽鞘形態學上端運往形態學下端”，而不能證明“生長素不能由形態學下端運往形態學上端”(2)應該增加一組胚芽鞘形態學上端朝下的實驗，以研究生長素能不能從形態學下端運輸到形態學上端。(如圖所示)。11．一株植物水平放置時，根部表現為向地生長，莖部表現為背地生長。(1)根部和莖部的彎曲生長是因為________________________，造成生長素分布不均勻。(2)欲探究生長素的極性運輸是否受重力影響，請利用相關材料在常規實驗室條件下完成實驗，要求簡要寫出①實驗思路、②結果分析。(實驗材料：放射性強度相同的含14C－IAA瓊脂片，不含IAA的空白瓊脂片，新鮮枝條。材料充足，不考慮重力對瓊脂片中IAA擴散的影響。回答實驗思路時可用圖輔助說明。)【答案】(1)重力使生長素由遠地側向近地側運輸(2)①取生長狀態相同的枝條若干，隨機分成兩組。將一組枝條的形態學上端朝上垂直放置，并在上方放置一塊含有14C—IAA的瓊脂片，在下方放置一塊空白瓊脂片。將另一組枝條的形態學上端朝下垂直放置，并在下方放置一塊含有14C—IAA的瓊脂片，在上方放置一塊空白瓊脂片。一段時間后測定兩組空白瓊脂片的放射性②若兩組空白瓊脂片放射性相同，則生長素的極性運輸不受重力影響；若兩組空白瓊脂片的放射性不同，則生長素的極性運輸受重力的影響。【解析】(1)植物水平放置時，由于重力作用，生長素濃度在近地側較高。對于植株的莖來說，這個濃度的生長素能促進生長，因而近地側生長較快，植株的莖就向上彎曲生長。同樣的生長素濃度，對于植株的根來說，卻會抑制生長，因而，根部近地側的生長比遠地側的慢，根就向下彎曲生長。因此根部和莖部的彎曲生長是因為重力使生長素由遠地側向近地側運輸，造成生長素分布不均勻。(2)生長素只能由形態學的上端運輸到形態學的下端，而不能反過來運輸，稱為極性運輸。要證明極性運輸是否受重力的影響，應該設置一組把胚芽鞘倒過來放置，其他條件都相同的對照實驗。故欲探究生長素的極性運輸是否受重力影響的實驗設計思路為：取生長狀態相同的枝條若干，隨機分成兩組。將一組枝條的形態學上端朝上垂直放置，并在上方放置一塊含有14C—IAA的瓊脂片，在下方放置一塊空白瓊脂片。將另一組枝條的形態學上端朝下垂直放置，并在下方放置一塊含有14C—IAA的瓊脂片，在上方放置一塊空白瓊脂片。一段時間后測定兩組空白瓊脂片的放射性。結果分析：若兩組空白瓊脂片放射性相同，則生長素的極性運輸不受重力影響；若兩組空白瓊脂片的放射性不同，則生長素的極性運輸受重力的影響。12．用質量分數為2%的秋水仙素處理植物分生組織5～6h，能夠誘導細胞內染色體數目加倍。那么，用一定時間的低溫(如4℃)處理水培的洋蔥根尖(2n＝16條)時，是否也能誘導細胞內染色體數目加倍呢？請對這個問題進行實驗探究。針對以上的問題，你作出的假設是____________________________________________。你提出此假設的依據是_______________________________________________________。【答案】用一定時間的低溫處理水培的洋蔥根尖，能夠誘導細胞內染色體數目加倍低溫能夠影響酶的活性(或紡錘絲的形成、著絲點的分裂)，使細胞不能正常進行有絲分裂【解析】探究實驗中，假設是由探究的問題決定的，該實驗探究的問題是低溫是否也能誘導細胞內染色體數目加倍，由此得出該探究實驗的假設。根據低溫能夠影響酶的活性(或紡錘絲的形成、著絲點的分裂)，而推斷低溫狀態下細胞不能正常進行有絲分裂，所以提出“低溫能誘導細胞內染色體數目加倍”的假設。13．貓是XY型性別決定的二倍體生物，有尾基因(B)對無尾基因(b)為完全顯性，且位于性染色體上。現有各種純種貓若干只，請利用一次雜交實驗來確定這對等位基因是位于X染色體的同源Ⅰ片段上還是位于非同源Ⅱ片段上，寫出親本的雜交組合，并預測實驗結果。(1)親本交配組合：___________________________________________________________。(2)預測實驗結果：若______________________，則這對等位基因位于X染色體同源Ⅰ片段上；若______________________，則這對等位基因位于X染色體非同源Ⅱ片段上。【答案】(1)無尾雌貓與有尾雄貓(2)子代中無論雄性個體還是雌性個體都表現為有尾性狀子代中雌性個體為有尾貓，雄性個體為無尾貓【解析】確定基因位于X或Y染色體某一片段上可采用假說—演繹法。在解此題時，可假設該等位基因位于X染色體同源Ⅰ片段上，Y染色體上有對應的等位基因，純合雄貓的基因型可表示為XbYb、XBYB；若等位基因位于X染色體非同源Ⅱ片段上，則Y染色體上沒有對應的等位基因，雄貓的基因型可表示為XbY、XBY。利用一次雜交實驗來確定該等位基因位于X染色體的哪個片段上，可以選擇XbXb×XBYB或XbXb×XBY；若這對等位基因位于X染色體同源Ⅰ片段上，則基因型為XbXb的雌貓與基因型為XBYB的雄貓進行雜交，后代中無論雄性個體還是雌性個體都為有尾貓。若這對等位基因位于X染色體非同源Ⅱ片段上，則基因型為XbXb的雌貓與基因型為XBY的雄貓雜交，子代中雌性個體為有尾貓，雄性個體為無尾貓。14．有人設想抗R型細菌的抗體也能抗S型細菌(R型細菌可以作為S型細菌的疫苗)。請為他設計一個實驗驗證這一想法：實驗目的：驗證抗R型細菌的抗體也能抗S型細菌(R型細菌可以作為S型細菌的疫苗)。實驗原理：動物體受到外界抗原性物質刺激可以產生特異性抗體，將抗原消滅。實驗材料：小鼠若干只、S型活菌、R型活菌、生理鹽水、注射器等。(提示，可用生理鹽水配制一定濃度的活菌液，但濃度和劑量不作要求)實驗過程：①_______________________________________________________________________；②_______________________________________________________________________；③_______________________________________________________________________。實驗結果及結論：甲組小鼠存活，而乙組小鼠死亡，說明抗R型細菌的抗體也能抗S型細菌(R型細菌可以作為S型細菌的疫苗)。【答案】實驗過程：①取小鼠若干只，均等地分成兩組，分別編號為甲組和乙組②在甲組小鼠體內注射用生理鹽水配制的R型活菌液1mL，在乙組小鼠體內注射生理鹽水1mL③一段時間后，再分別給甲、乙兩組小鼠注射用生理鹽水配制的S型活菌液1mL，觀察兩組小鼠的生活狀況【解析】通過對實驗目的“驗證抗R型細菌的抗體也能抗S型細菌”的分析，可知本實驗設計的自變量是抗R型細菌的抗體的有無。再依據實驗結果及結論，不難對實驗過程進行設計。具體來說，可以對小鼠進行分組編號，如將小鼠均等地分為甲和乙兩組，然后一組施以變量(一定量的用生理鹽水配制的R型活菌液)處理，另一組進行等量(生理鹽水)對照。一定時間后，分別對兩組小鼠注入一定量的用生理鹽水配制的S型活菌液，觀察對照組和實驗組的現象。15．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，即為RNA病毒；反之為DNA病毒。【解析】該題主要考查病毒的增殖以及對照實驗設計的思路和方法。題目假設病毒在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換，放射性同位素標記的尿嘧啶(U)和胸腺嘧啶(T)只能通過宿主細胞進入病毒。因此，收集新復制的病毒，并檢測它的放射性，便可知其核酸的類型。將含有放射性同位素標記的尿嘧啶(U)或胸腺嘧啶(T)的培養基分別標記為甲組、乙組，分別培養宿主細胞，之后分別接種新病毒，培養一段時間后收集病毒并檢測其放射性。若為RNA病毒，則甲組收集的病毒因增殖過程中利用了含放射性標記的尿嘧啶而具有放射性，乙組收集的病毒無放射性；若為DNA病毒，則乙組收集的病毒因增殖過程中利用了含放射性標記的胸腺嘧啶而具有放射性，甲組收集的病毒無放射性。16．某生物興趣小組為探究“環境條件對花生種子萌發的影響”，設計了表中所示實驗，請據表回答：培養瓶編號種子的數量(粒)種子所處的環境(其他外界條件均相同且適宜)①50培養瓶底部墊有浸濕的布20℃②50培養瓶底部無水20℃③50培養瓶底部墊有浸濕的布0℃(1)若選取①和③進行對照實驗，則實驗的自變量是__________。若探究“水對花生種子萌發的影響”，需選取①和②進行對照實驗，請改正實驗設計中的一處不足：____________________________________________________________________________。(2)為進一步探究花生幼苗的生理活動，興趣小組設計了下圖所示的實驗裝置。①將該裝置置于黑暗中進行呼吸速率測定時，為了使測得的有色液滴移動數值更準確，必須進行校正，校正裝置的容器和燒杯中應該放入____________________________________。②若想驗證水是光合作用的原料(如圖所示，將葉片甲主脈切斷分成A、B兩部分)，首先需要對裝置進行如下調整：__________。并在此基礎上，請寫出實驗設計思路：______________________________________________________________________________。【答案】(1)溫度②中的“培養瓶底部無水”改為“培養瓶底部墊有干燥的布”或將①中“培養瓶底部墊有浸濕的布”改為“培養瓶底部加適量的水”(2)①與實驗組相同的死花生幼苗和等量的氫氧化鈉溶液②打開閥門并移除NaOH溶液將此裝置在黑暗處放置一晝夜后，移到陽光下。一段時間后取下葉片甲，除去葉綠素后滴加碘液，觀察A、B兩部分顏色變化【解析】(1)①和③組處理方式中，唯一不同的是溫度，則實驗的自變量是溫度。根據實驗分析，①為對照組，若探究“水對花生種子萌發的影響”，則②為實驗組，但①與②相比，存在兩個變量，一個為是否有水分，另一個是底部是否墊有布，因此需將②中的“培養瓶底部無水”改為“培養瓶底部墊有干燥的布”或將①中“培養瓶底部墊有浸濕的布”改為“培養瓶底部加適量的水”。(2)①為了使測得的有色液滴移動數值更準確，必須排除外界環境對這個裝置的影響，因此校正裝置的容器和燒杯中應該放入與實驗組相同的死花生幼苗和等量的氫氧化鈉溶液，以測定該裝置未進行呼吸時液滴的移動，從而得出更準確的數據。②若想驗證水是光合作用原料，則此裝置需要進行光合作用，因此需要打開閥門，提供CO2。NaOH溶液會吸收CO2，不利于植物進行光合作用，因此需要移除NaOH溶液。驗證水是光合作用原料，將葉片甲主脈切斷分成A、B兩部分，A部分無法吸收到水，B部分正常，先對裝置進行黑暗處理，消耗掉葉片中的有機物，然后移到光下，一段時間后用碘液檢測兩部分葉片的顏色變化。17．對下列生物學實驗進行結果預測或分析與討論。(1)為探究不同因素對尿量的影響，某同學用麻醉后的實驗兔進行實驗(實驗不分組)。①請補充實驗思路：a．________________________________________________________________________。b．耳緣靜脈注射垂體提取液0.5mL，記錄尿量。c．待________后，耳緣靜脈注射20%葡萄糖溶液15mL，記錄尿量，取尿液做尿糖定性實驗。②分析與討論：在尿糖定性實驗中可用______________或______________檢測尿液中是否含有葡萄糖。(2)為探究某哺乳動物胰蛋白酶的最適溫度，某同學設計了如下實驗：取試管16支，分別加入等量稀釋的蛋清液、蛋白酶，混勻，平均分為4組，分別置于0℃、5℃、10℃、40℃下保溫相同時間，然后進行蛋白質的定量測定并計算平均值。該實驗溫度設置的不足之處有______________________________________、__________________。(寫出兩點即可)(3)癌癥是當前嚴重危害人類健康的重大疾病之一。研究人員利用與癌細胞在某些方面具有相似性的誘導多能干細胞(iPSC)進行了抗腫瘤的免疫學研究實驗如下：第一步實驗分組：免疫組小鼠：每周注射1次含失去增殖活性的iPSC懸液，連續4周；空白組小鼠：每周注射1次不含失去增殖活性的iPSC的緩沖液，連續4周。第二步實驗處理：取免疫組和空白組小鼠的血清分別與iPSC、DB7(一種癌細胞)和MEF(一種正常體細胞)混合，檢測三種細胞與血清中抗體的結合率。①請畫出用于記錄該實驗結果的記錄表。②若iPSC與兩組小鼠血清作用的結果是免疫組的數值明顯高于空白組，則說明iPSC刺激小鼠產生了________________________________________________________________。③若DB7和iPSC與免疫組小鼠血清作用后的檢測數據無明顯差異，說明DB7有________________________________________________________________________。【答案】(1)①a.記錄實驗兔的尿量c．尿量恢復②尿糖試紙本尼迪特試劑溫度范圍設置不合適溫度梯度設置不合理①三種細胞與兩組小鼠血清中抗體的結合率記錄表細胞細胞與抗體的結合率(%)組別iPSCDB7MEF免疫組空白組②特異性抗體③可以與抗iPSC的抗體結合的抗原【解析】(1)該實驗的目的是探究不同因素對尿量的影響，首先應記錄實驗兔的初始尿量，作為對照；對實驗兔注射垂體提取液后，實驗兔的尿量應減少；待尿量恢復后，再向實驗兔注射一定量的葡萄糖溶液，實驗兔的尿量將增加，此時可收集尿液進行尿糖檢測，使用尿糖試紙或本尼迪特試劑均可，若出現相應的顏色變化，則說明尿液中含有葡萄糖。(2)哺乳動物胰蛋白酶的最適溫度應在37℃左右，因此上述4組實驗的溫度范圍設置不合理，且溫度梯度不一致。(3)①表格設計既要考慮到免疫組與空白組，又要考慮到加入iPSC、DB7和MEF后，三種細胞與血清中抗體的結合率，即實驗的組別為免疫組與空白組，置于表格的左欄或上欄，iPSC、DB7和MEF為實驗的自變量，置于表格的上欄或左欄，表格的主體為因變量，即細胞與血清中抗體的結合率，據此可繪出相應的表格，詳見答案。②若iPSC與兩組小鼠血清作用的結果是免疫組的數值明顯高于空白組，說明iPSC刺激小鼠體內產生了相應的特異性抗體。③若DB7和iPSC與免疫組小鼠血清作用后的檢測數據無明顯差異，說明DB7存在相應的抗原，即可以與抗iPSC的抗體結合的抗原，引發小鼠發生了類似的特異性免疫反應。18．欲驗證胰島素的生理作用，根據以下提供的實驗材料與用具，設計實驗思路，預測實驗結果并進行分析。材料與用具：小鼠若干只，胰島素溶液，葡萄糖溶液，生理鹽水，注射器等。(要求與說明：血糖濃度的具體測定方法及過程不作要求，實驗條件適宜)(1)實驗思路：_______________________________________________________________。(2)預測實驗結果(設計一個坐標，用柱形圖表示至少3次的檢測結果)：(3)分析與討論：①正常人尿液中檢測不到葡萄糖，其原因是_____________________________________。②當機體血糖水平升高時，胰島中的內分泌細胞及其分泌的激素變化是________________________________________________________________________。此時，機體細胞一方面增加對葡萄糖的攝取、貯存和利用，另一方面_______________。【答案】(1)①分別測定每只小鼠的血糖濃度，并記錄②將小鼠分為A、B兩組，A組注射適量胰島素，B組注射等量生理鹽水。每隔一段時間，分別測定兩組小鼠的血糖濃度，并記錄③當出現低血糖癥狀后，A組注射葡萄糖溶液，B組注射等量生理鹽水。每隔一段時間，分別測定兩組小鼠的血糖濃度，并記錄④對每組所得數據進行統計分析(2)如圖所示(3)①胰島素促進腎小管對過濾液中葡萄糖的吸收②胰島β細胞分泌胰島素增加，胰島α細胞分泌胰高血糖素減少抑制氨基酸等物質轉化為葡萄糖19．血糖可刺激胰島β細胞分泌胰島素，許多氨基酸也都有類似的作用。在血糖正常時，氨基酸的這種效應較弱；但如果血糖升高，氨基酸的這種作用就明顯增強。現提供下列材料，請完善對上述結論的驗證。(實驗方案不分組)材料：家兔若干、賴氨酸和精氨酸混合溶液、葡萄糖溶液、生理鹽水、血檢設備、蒸餾水、注射器、飼料等。(1)實驗思路：①取材：___________________________________________________________________；②安靜狀態下，用血檢設備檢測其____________________________________，記作X1；③靜脈注射賴氨酸和精氨酸混合溶液，15min后檢測相關指標，記作X2；④適宜時間(大于24h)后，靜脈注射___________________________________________，15min后檢測相關指標，記作X3；⑤適宜時間(大于24h)后，靜脈注射___________________________________________，15min后檢測相關指標，記作X4；⑥比較、分析上述實驗數據，得出結論。(按正常飼養條件處理家兔，注射相關試劑的劑量均符合“等量且適量”要求)實驗結果：已知X1、X2、X3、X4中最大的是X4，請用柱形圖的形式表示它們之間的大致關系。(3)實驗結論與分析：①人的食物中往往同時含有氨基酸和糖類，因此，氨基酸的上述作用，可使得________。②胰島素又可____(填“促進”或“抑制”)肌肉等組織細胞對氨基酸的攝取并合成蛋白質。③當機體的血糖濃度低于一定值時，胰島α細胞的激素分泌量________。【答案】(1)①取健康的、發育成熟的家兔若干或1只②胰島素含量④葡萄糖溶液⑤葡萄糖溶液及賴氨酸和精氨酸混合溶液(2)如圖所示(3)①機體進食后迅速、足量分泌胰島素②促進③增加【解析】(1)①為避免實驗材料的個體差異，本實驗采用的是前后自身對照，因此在選材時，應取健康的、發育成熟的家兔若干或1只，而不是進行分組；②本實驗的觀測指標是胰島素含量，不適合選用血糖濃度作為指標，因為血糖在實驗中是自變量之一，不能同時作為自變量和觀測指標；④因為③中注射了氨基酸混合液，且實驗結果中X4數值是最大的，則④中最合理的給藥是葡萄糖溶液；⑤X4數值最大，故應該是兩種因素的共同刺激即葡萄糖溶液及賴氨酸和精氨酸混合溶液。(2)X2稍大于X1，因為氨基酸也可刺激胰島β細胞分泌胰島素；X2、X3介于X1、X4之間，葡萄糖的刺激使胰島素分泌增加的效果應該是比較明顯的，因此X3高于X2，繪制圖形見答案。(3)①人的食物中往往同時含有糖類和氨基酸，因此相當于這兩個因素在共同起作用，刺激胰島素分泌，這使得機體進食后迅速、足量分泌胰島素；②胰島素可促