第31講實(shí)驗(yàn)與探究,突破 實(shí)驗(yàn)與探究,總綱目錄,一、研究生物學(xué)問題的一般程序 研究生命科學(xué)必須建立唯物主義認(rèn)識論的思維方法。研究生命科學(xué)的程序包括觀察、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、對假設(shè)的進(jìn)一步修正、得出結(jié)論,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步地觀察,進(jìn)入下一個(gè)認(rèn)識周期。 1.生物學(xué)的研究大多從觀察開始。,2.在觀察中提出問題。,3.根據(jù)觀察到的現(xiàn)象以及研究者自身的知識與經(jīng)驗(yàn),對所提出的問題做一個(gè)初步的解釋及設(shè)想,提出假說。,4.對所提出的假說作出科學(xué)的預(yù)測。,5.設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn),對預(yù)測進(jìn)行檢驗(yàn),即用科學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說的正確與否。在生物學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中一般要設(shè)對照組,要考慮實(shí)驗(yàn)組數(shù)量及是否需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)。,6.對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。,7.得出結(jié)論。結(jié)論可能肯定所提出的假說,也可能否定假說,但二者都是結(jié)論。,8.修正假說并進(jìn)一步觀察,進(jìn)入下一個(gè)認(rèn)識周期。,二、生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的六大基本原則 對照性原則、科學(xué)性原則、單因子變量原則、等量 性原則、平行重復(fù)原則、隨機(jī)性原則。 三、生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中變量的控制,1.實(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量 實(shí)驗(yàn)變量,也稱為自變量,指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者操縱的因素或條 件。反應(yīng)變量,也稱因變量,指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)變量引起的變化和 結(jié)果。通常實(shí)驗(yàn)變量是原因,反應(yīng)變量是結(jié)果,二者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋這種前因后果。,2.無關(guān)變量與額外變量 無關(guān)變量也稱控制變量,指實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量外的影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn) 象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素或條件。額外變量也稱干擾變量,指實(shí)驗(yàn) 中由無關(guān)變量引起的變化和結(jié)果。顯然額外變量會對反應(yīng)變量起干擾作用。 四、實(shí)驗(yàn)對照的四種類型 空白對照,不給對照組以任何處理。 自身對照,實(shí)驗(yàn)組和對照組都是在同一實(shí)驗(yàn)對象上進(jìn)行的。 條件對照,給對象施以某種實(shí)驗(yàn)處理,但這種處理是作為對照的, 或者說這種處理不是實(shí)驗(yàn)假設(shè)所給定的實(shí)驗(yàn)變量。 相互對照,不單獨(dú)設(shè)對照組,而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對照。,1.從新鮮的菠菜葉片提取葉綠體色素,發(fā)現(xiàn)提取液明顯偏黃綠色,最可能的原因是沒有加入碳酸鈣。( ),2.對照實(shí)驗(yàn)一般要設(shè)置對照組和實(shí)驗(yàn)組,在對照實(shí)驗(yàn)中除了要觀察的變量外,其他變量都應(yīng)當(dāng)始終保持相同且適宜。( ),3.某肥胖基因發(fā)現(xiàn)于一突變系肥胖小鼠,為確定其遺傳方式,需進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)為純合肥胖小鼠和純合正常小鼠;雜交方法應(yīng)為正反交。( ),4.孟德爾用山柳菊為實(shí)驗(yàn)材料,驗(yàn)證了基因的分離及自由組合定律。 ( ),8.番茄幼苗在缺鎂培養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時(shí)間后,與對照組相比,其葉片光合作用強(qiáng)度下降的原因是光反應(yīng)強(qiáng)度降低,暗反應(yīng)強(qiáng)度降低。( ),7.富蘭克林和威爾金斯對DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的建立也做出了巨大的貢獻(xiàn)。( ),5.在實(shí)驗(yàn)探究過程中,可通過多組重復(fù)實(shí)驗(yàn)減少實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差。( ),6.探究唾液淀粉酶最適pH的實(shí)驗(yàn)中,先將每一組溫度控制在37 。( ),9.將未施用IAA的植株除去部分芽和幼葉,會導(dǎo)致側(cè)根數(shù)量增加。 ( ),10.為研究赤霉素(GA3)和生長素(IAA)對植物生長的影響,應(yīng)設(shè)置兩個(gè)對照組。( ),突破實(shí)驗(yàn)與探究 一、教材部分實(shí)驗(yàn)中的變量,二、探究性實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比較,1.科學(xué)性原則 實(shí)驗(yàn)是在人為控制條件下研究事物(對象)的一種科學(xué)方法,是依據(jù)假設(shè),在人為條件下對實(shí)驗(yàn)變量的變化和結(jié)果進(jìn)行捕獲、解釋的科學(xué)方法?？茖W(xué)研究的過程本身就是科學(xué),并不是說研究的結(jié)論才是科學(xué)。因此,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中必須有充分的科學(xué)依據(jù)。 科學(xué)性原則包括實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)材料選擇的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)方法的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的科學(xué)性。,三、生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的四項(xiàng)基本“原則”,2.對照性原則 只有比較才能看出差異,只有通過對照才能驗(yàn)證我們的推論,因此,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,要設(shè)置對照組。設(shè)置科學(xué)、合理的對照可以使實(shí)驗(yàn)方案簡潔、明了,且使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更有說服力。實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量很多,必須嚴(yán)格控制,要平衡和消除無關(guān)變量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)是消除無關(guān)變量影響的有效方法。,對照的四種類型：,3.單因子變量原則和等量原則 (1)理解實(shí)驗(yàn)中的變量,(2)自變量、無關(guān)變量與因變量之間的關(guān)系如圖所示:,四、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往是解答實(shí)驗(yàn)題的難點(diǎn),但只要理清思路,找準(zhǔn)方法和突破口,也能化難為易。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)可遵循以下步驟:,2.寫出實(shí)驗(yàn)名稱:指出是什么實(shí)驗(yàn),判斷出是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)。,1.了解題目要求:認(rèn)真讀題,從題中找出答案。,3.寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?弄清該題要驗(yàn)證或探究的是什么樣的生物學(xué)事實(shí),即明確實(shí)驗(yàn)要解決什么問題。一般在題干中“驗(yàn)證”“證明”“探究”后的內(nèi)容就是實(shí)驗(yàn)的目的。有些實(shí)驗(yàn)需要對其去粗取精,提煉要點(diǎn)。,4.寫出實(shí)驗(yàn)原理:即完成該實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)是什么,這就需要分析實(shí)驗(yàn)中所涉及的生物學(xué)及相關(guān)學(xué)科中的知識、方法,以及所依據(jù)的科學(xué)原理。另外,提供的實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法和原理也應(yīng)考慮在內(nèi)。,5.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作過程:大多數(shù)題目要求寫出實(shí)驗(yàn)步驟,這是學(xué)生失分較多的地方。下面是一條書寫模式,能夠使書寫更加有條理,思路更加清晰。 (1)分組編號:根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選擇適宜的材料和器材,選材應(yīng)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(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)組和對照組,可以分兩組,也可以分若干組,每組進(jìn)行明確的標(biāo)記,如用甲、乙、丙,或者A、B、C,或者1、2、3,總之讓人一目了然,便于實(shí)驗(yàn)的觀察、統(tǒng)計(jì)、比較和敘述。 常用語言:選擇長勢相同、大小相似的同種植物隨機(jī)等量分組,分別編號為 A、B、C;取兩支試管,分別編號為甲、乙,各加入等量的某溶液;選擇年齡、體重(性別)、健康狀況相同的某種動物隨機(jī)等量分組,分別 編號為 1、2、3。,(2)實(shí)驗(yàn)處理:根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求分別對實(shí)驗(yàn)組和對照組進(jìn)行處理,除實(shí)驗(yàn)變量外,對實(shí)驗(yàn)組和對照組的培養(yǎng)、飼養(yǎng)等條件應(yīng)相同,即控制無關(guān)變量。要注意能體現(xiàn)“單一變量”的詞語的準(zhǔn)確使用,例如使用“等量”“相同”等詞語。 (3)培養(yǎng)(或飼養(yǎng))、觀察、記錄:對于植物實(shí)驗(yàn)和某些動物實(shí)驗(yàn),分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理后,要進(jìn)行一段時(shí)間的培養(yǎng),才能出現(xiàn)結(jié)果。而有些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理之后,在相對較短的時(shí)間內(nèi)就可以觀察到實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。要仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)組與對照組出現(xiàn)的差異,記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。,6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果、結(jié)論的預(yù)測與分析 有些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以直接用肉眼觀察出來,而很多實(shí)驗(yàn)是化學(xué)反應(yīng)類型,肉眼觀察不到,應(yīng)該考慮加入指示劑,借助顏色變化或儀器輔助觀察。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可采用文字、表格、坐標(biāo)曲線等方式描述。 (1)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測:實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化,而實(shí)驗(yàn)結(jié)論是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出的一種推論。一個(gè)正確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?即得出的結(jié)論就是實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｌ貏e注意弄清實(shí)驗(yàn)的目的是“驗(yàn)證”還是“探究”。 如果是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn),如“驗(yàn)證”“證明”都可預(yù)測到與實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊恢碌慕Y(jié)果。聯(lián)系實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡贸鼋Y(jié)論。結(jié)論是合理的、科學(xué)的、肯定的。不少結(jié)論是在實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的內(nèi)容中尋找的(此時(shí)一般只有一 個(gè)結(jié)果和相應(yīng)的結(jié)論,且結(jié)論與實(shí)驗(yàn)?zāi)康南鄬?yīng))。,若是探究性的實(shí)驗(yàn),如“探究”預(yù)測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不唯一,大多有三種可能:“變量促進(jìn)結(jié)果,變量抑制結(jié)果,變量與結(jié)果無關(guān)”或“全肯定,全否定,一肯定一否定”等。 (2)觀察變量的確定:因變量與觀察變量有時(shí)是不同的,對于因變量不能直接觀察的,應(yīng)該通過相應(yīng)手段轉(zhuǎn)換,將因變量間接展現(xiàn)出來,便于觀察。如細(xì)胞分裂中的染色體可以通過染色,借助顯微鏡觀察;呼吸強(qiáng)度可通過測定密閉裝置中氣壓變化來表現(xiàn)等。,1.(2017課標(biāo)全國)下列關(guān)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)與成分的敘述,錯誤的是() A.細(xì)胞膜的完整性可用臺盼藍(lán)染色法進(jìn)行檢測 B.檢測氨基酸的含量可用雙縮脲試劑進(jìn)行顯色 C.若要觀察處于細(xì)胞分裂中期的染色體可用醋酸洋紅液染色 D.斐林試劑是含有Cu2+的堿性溶液,可被葡萄糖還原成磚紅色,考向1以基礎(chǔ)判斷的形式,考查實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)變量、實(shí) 驗(yàn)結(jié)論,B,答案B本題主要考查試劑的顏色反應(yīng)及應(yīng)用。細(xì)胞膜具有選擇透過性,臺盼藍(lán)不能把完整的活細(xì)胞染成藍(lán)色,但可使細(xì)胞膜不完整的細(xì)胞著色,故可用臺盼藍(lán)染色法檢測細(xì)胞膜的完整性,A正確;雙縮脲試劑可與蛋白質(zhì)(或多肽)中的肽鍵發(fā)生紫色反應(yīng),而氨基酸分子中不含肽鍵,故不能與雙縮脲試劑發(fā)生顯色反應(yīng),B錯誤;染色體容易被堿性染料(如龍膽紫溶液或醋酸洋紅液)染成深色,C正確;斐林試劑使用時(shí)需將甲液(質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的NaOH溶液)和乙液(質(zhì)量濃度為0.05 g/mL 的CuSO4溶液)等量混合,在水浴加熱情況下能與還原糖反應(yīng)生成磚紅色沉淀,D正確。,2.(2017北京大興期末)下列有關(guān)生物實(shí)驗(yàn)的說法中,不正確的是() A.在觀察細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí),能觀察到著絲點(diǎn)排列在赤道板上的細(xì)胞 B.探究溫度對淀粉酶活性的影響時(shí),不能用斐林試劑檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果 C.洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞進(jìn)行質(zhì)壁分離過程中,紫色區(qū)域不斷縮小 D.利用健那綠進(jìn)行染色,可以使人口腔上皮細(xì)胞的細(xì)胞核呈現(xiàn)綠色,D,答案D在減數(shù)第二次分裂中期時(shí),染色體的著絲點(diǎn)排列在赤道板上,A正確;由于斐林試劑使用時(shí)需要水浴加熱,因此該試劑不能用于探究溫度對淀粉酶活性的影響,B正確;洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞進(jìn)行質(zhì)壁分離過程中,液泡的體積縮小,因此紫色區(qū)域不斷縮小,C正確;利用甲基綠吡羅紅染色劑進(jìn)行染色,可以使人口腔上皮細(xì)胞的細(xì)胞核呈現(xiàn)綠色,D錯誤。,考向2以實(shí)驗(yàn)分析的形式,考查驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì) 3.NPY是由下丘腦分泌的含有36個(gè)氨基酸的神經(jīng)肽,廣泛分布于中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng),在體重調(diào)節(jié)中起到重要的作用。請分析并回答: (1)下丘腦神經(jīng)分泌細(xì)胞既能傳導(dǎo)參與神經(jīng)調(diào)節(jié),又能分泌參與體液調(diào)節(jié)。NPY由下丘腦細(xì)胞分泌時(shí)必須經(jīng)過加工、運(yùn)輸和包裝。 (2)為研究NPY對前脂肪細(xì)胞增殖和分化的影響,研究者將同一類型的前脂肪細(xì)胞等分成5組,每組培養(yǎng)液中加入如下物質(zhì):,注:胰島素組是經(jīng)典誘導(dǎo)組,作為實(shí)驗(yàn)的陽性對照 實(shí)驗(yàn)所用的培養(yǎng)液中加入了牛血清和抗生素,后者的作用是。 本實(shí)驗(yàn)的自變量是;胰島素可促進(jìn)前脂肪細(xì)胞培養(yǎng)液中的葡萄糖并轉(zhuǎn)化為脂肪囤積。 培養(yǎng)一段時(shí)間后,研究者分別測定了各組細(xì)胞增殖的情況,結(jié)果見下圖(吸光度值的大小用于反映細(xì)胞增殖能力的強(qiáng)弱)。,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明。 研究發(fā)現(xiàn)第3、4、5組細(xì)胞自培養(yǎng)的第7天起形態(tài)發(fā)生變化,第12天觀測到成熟脂肪細(xì)胞,而第1、2組只有部分細(xì)胞在第12天出現(xiàn)形態(tài)變化。,當(dāng)細(xì)胞培養(yǎng)至第12天時(shí),研究者利用技術(shù)測定了各組脂肪細(xì)胞中C蛋白和P蛋白的含量,結(jié)果顯示第4組細(xì)胞中這兩種蛋白質(zhì)含量明顯多于第1組,并與第5組相當(dāng)。進(jìn)行此項(xiàng)結(jié)果測定的目的是研究前脂肪細(xì)胞分化程度是否與C蛋白基因、P蛋白基因的有關(guān)。 (3)已知下丘腦分泌的NPY與攝食中樞的受體結(jié)合可引發(fā)強(qiáng)烈的攝食反應(yīng)。結(jié)合上述結(jié)果可推測,NPY對機(jī)體的體重增加具有作用。,答案(1)興奮(神經(jīng)沖動)(多種)激素內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體 (2)防止雜菌污染NPY濃度攝取NPY能促進(jìn)前脂肪細(xì)胞增殖;在此濃度范圍內(nèi),隨濃度增加,NPY促進(jìn)前脂肪細(xì)胞增殖的作用增強(qiáng);但不如胰島素的促進(jìn)作用明顯抗原抗體雜交表達(dá)水平 (3)促進(jìn) 解析(1)下丘腦神經(jīng)分泌細(xì)胞既能傳導(dǎo)興奮參與神經(jīng)調(diào)節(jié),又能分泌激素參與體液調(diào)節(jié)。分泌蛋白必須經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體加工、運(yùn)輸和包裝才能分泌出細(xì)胞。(2)抗生素的作用是防止雜菌污染;本實(shí)驗(yàn)的自變量是NPY濃度;胰島素可促進(jìn)前脂肪細(xì)胞攝取培養(yǎng)液中的葡萄糖并轉(zhuǎn)化為脂肪囤積?；蚬こ讨心康幕虻臋z測中蛋白質(zhì)分子水平檢測的方法是抗原抗體雜交,進(jìn)行此項(xiàng)結(jié)果測定的目的是研究前脂肪細(xì)胞 分化程度是否與C蛋白基因、P蛋白基因的表達(dá)水平有關(guān)。(3)結(jié)合題述結(jié)果可推測,NPY對機(jī)體的體重增加具有促進(jìn)作用。,4.(2017課標(biāo)全國)根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)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(xiàn)后需要確定該病毒的類型。 假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換。請利用放射性同位素標(biāo)記的方法,以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類型。簡要寫出(1)實(shí)驗(yàn)思路,(2)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論即可。(要求:實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組),考向3以實(shí)驗(yàn)分析的形式,考查探究性實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì),答案(1)思路 甲組:將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記尿嘧啶的培養(yǎng)基中,之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并檢測其放射性。 乙組:將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含有放射性標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中,之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒并檢測其放射性。 (2)結(jié)果及結(jié)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的是確定新病毒是DNA病毒還是RNA病毒,因?yàn)镽NA和DNA含有的特有堿基分別是尿嘧啶和胸腺嘧啶,所以兩種病毒增殖所需的原料不同。結(jié)合題目所要求的方法(放射性同位素標(biāo)記法)和所給,的材料(體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞)分析,可利用含有放射性標(biāo)記的尿嘧啶(甲組)和胸腺嘧啶(乙組)分別培養(yǎng)宿主細(xì)胞,之后分別接種新病毒,培養(yǎng)一段時(shí)間后收集病毒檢測其放射性。若為RNA病毒,甲組收集的病毒因增殖過程中利用了含放射性的尿嘧啶而具有放射性,乙組收集的病毒則無放射性;若為DNA病毒,乙組收集的病毒因增殖過程中利用了含放射性的胸腺嘧啶而具有放射性,甲組收集的病毒則無放射性。,