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四、驗證性、探究性實驗,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(fā)現的事實材料或科學原理，通過創(chuàng)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(huán)節(jié)。,(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判斷，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(guī)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。通常需要重復幾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，即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或“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，一般如下敘述： (1)分組編號：根據實驗要求選擇適宜的材料和器材，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，總之讓人一看就知道，便于實驗的觀察、統(tǒng)計、比較和敘述。 常用語言模板：①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。,(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，除實驗變量外，對實驗組和對照組的培養(yǎng)、飼養(yǎng)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(yǎng)(或飼養(yǎng))、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(yǎng)才能出現結果。而有些實驗進行實驗處理之后，在短時間內(1～2 h)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。,二、探究性實驗與驗證性實驗的比較 1.區(qū)別,2.舉例,題組一 驗證性實驗 驗證性實驗適用于實驗結果是已知的實驗。題目中常見提問語：“請設計一個實驗，驗證……”“驗證×××(自變量)對×××(因變量)的影響”或“驗證×××(自變量)與×××(因變量)的關系。”,1,2,3,4,1,2,3,4,,,答題模板,1,2,3,4,,答案,1.為了驗證胰島素具有降低血糖的作用，以小鼠的活動狀況為觀察指標設計實驗。 實驗原理：胰島素具有降低血糖的作用。體內胰島素含量過高時，引起血糖水平下降，機體出現活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，此癥狀可以通過補充葡萄糖溶液得到緩解。 材料用具：正常小鼠4只、注射器、葡萄糖溶液、生理鹽水。 (1)實驗步驟： ①將正常小鼠隨機均分成A、B兩組，觀察并記錄________________。,小鼠的活動狀況,1,2,3,4,,答案,②A組小鼠注射適量胰島素溶液，B組______________________。 一段時間后，A組小鼠會出現四肢無力，活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，B組_______________________。 ③A組小鼠出現低血糖癥狀后，分別給A、B兩組小鼠__________________。一段時間后，A組小鼠低血糖癥狀得到緩解，B組______________________。 (2)該實驗過程可以說明_______________________________。,小鼠注射等量生理鹽水,小鼠的活動狀況無變化,注射等量葡萄糖溶液,小鼠的活動狀況無變化,胰島素具有降低血糖的作用,1,2,3,4,,答案,(3)分析小鼠注射胰島素溶液后出現低血糖癥狀的原因：______________ _____________________________________________________________ ______________________________________________________________ __________________________。,注射胰島素溶液后，小鼠體內胰島素含量過高，引起血糖含量下降，小鼠組織細胞特別是腦組織細胞因血糖供應減少、能量供應不足而發(fā)生功能障礙，從而引起低血糖癥狀,解析,解析,1,2,3,4,2.(2013·浙江，31)某同學為研究甲狀腺的功能，提出以下實驗思路： ①將若干只未成年小鼠分為2組： 甲組：不切除甲狀腺(假手術) 乙組：切除甲狀腺 ②實驗開始時和實驗中每隔一段時間，分別測定每只小鼠的耗氧量和體長，并記錄。 ③對測得的數據進行統(tǒng)計分析。 (要求與說明：假手術指進行手術但不切除甲狀腺；耗氧量用單位時間的氧氣消耗量表示；實驗持續(xù)時間合適；實驗條件均適宜) 請回答： (1)實驗目的是____________________________________________________ 。,,答案,解析,探究甲狀腺激素對小鼠新陳代謝和生長發(fā)育(或耗氧量和體,長)的影響,1,2,3,4,解析 本題的自變量是甲狀腺激素的有無，因變量為小鼠的新陳代謝和生長發(fā)育情況，檢測指標是小鼠的耗氧量和體長。故實驗目的是探究甲狀腺激素對小鼠新陳代謝和生長發(fā)育(或耗氧量和體長)的影響。,1,2,3,4,(2)預測實驗結果(在右面坐標系中用耗氧量和體長變化的示意曲線表示),,解析答案,1,2,3,4,解析 甲組小鼠有甲狀腺分泌甲狀腺激素，甲組小鼠的新陳代謝正常，故甲組體溫正常；乙組小鼠因切除甲狀腺缺乏甲狀腺激素，故乙組小鼠體溫會逐漸有所下降。甲狀腺激素還能促進幼年動物的生長發(fā)育，故具有甲狀腺的甲組小鼠體長有所增加，切除甲狀腺的乙組小鼠不能正常生長發(fā)育，體長不再增加。,答案 如圖所示,(3)分析與討論 ①用耗氧量作為檢測指標的依據是_________________________________ 。 ②切除甲狀腺后，小鼠體長變化的原因是__________________________ 。 ③上述分組時，還可增設丙組作為實驗組，丙組：__________________ _________________________________________。,,答案,1,2,3,4,甲狀腺激素促進新陳代謝，此過程需,消耗氧,甲狀腺激素缺乏，小鼠生長發(fā),育停滯,切除甲狀腺、給予甲,狀腺激素(或不切除甲狀腺、給予甲狀腺激素),解析,解析 由于甲狀腺激素能促進新陳代謝，加速體內物質的氧化分解，該過程需消耗氧氣，故可用耗氧量作為檢測指標。切除甲狀腺后，小鼠體長不變的原因是缺乏甲狀腺激素，小鼠不能完成正常的生長發(fā)育過程。本實驗還可增加切除甲狀腺后給予甲狀腺激素的實驗組，也可以是不切除甲狀腺、給予甲狀腺激素的實驗組，以便進一步確定是甲狀腺激素在發(fā)揮作用。,1,2,3,4,題組二 探究性實驗 探究性實驗適用于實驗結果是未知的實驗。題目中常見提問語：“請設計一個實驗，探究……”“探究×××(自變量)對×××(因變量)的影響”或“探究×××(自變量)與×××(因變量)的關系”。,1,2,3,4,1,2,3,4,,,答題模板,(1)材料用具：體積相同的玻璃缸幾個，清水，生長發(fā)育狀況相同的小蝌蚪60只，飼喂蝌蚪的飼料，未經處理的具有生物活性的甲狀腺激素，50 ℃的溫水處理10 min后的甲狀腺激素等。 (2)設計實驗的方法步驟。 _____________________________________________________________。 (3)預測實驗結果并得出結論。 _____________________________________________________________。,3.某同學由溫度能影響酶的活性聯想到溫度能否影響甲狀腺激素的生物活性。請以蝌蚪的變態(tài)發(fā)育情況為觀察指標，根據給出的實驗材料和用具，設計實驗步驟，探究經過50 ℃的溫水處理10 min后的甲狀腺激素的生物活性是否發(fā)生了改變，預測實驗結果并得出結論。,,解析答案,1,2,3,4,1,2,3,4,解析,,解析答案,1,2,3,4,答案 (2)第一步：把生長發(fā)育狀況相同的小蝌蚪隨機平均分成A、B、C三組，分別放在加入等量清水的三個玻璃缸中，A為對照組，B、C為實驗組。 第二步：A組每天用適量的未添加甲狀腺激素的飼料喂養(yǎng)蝌蚪；B組每天用等量添加適量的未經處理的甲狀腺激素的飼料喂養(yǎng)蝌蚪；C組每天用與B組等量的經處理(與50 ℃溫水處理10 min)的甲狀腺激素的飼料喂養(yǎng)蝌蚪。其他條件相同且適宜。 第三步：把小蝌蚪喂養(yǎng)一段時間后，觀察記錄蝌蚪發(fā)育成青蛙的先后順序,,解析答案,1,2,3,4,(3)①如果B組玻璃缸中的蝌蚪發(fā)育成青蛙的時間早于A組玻璃缸中的蝌蚪，但晚于C組玻璃缸中的蝌蚪，說明經過50 ℃的溫水處理10 min后的甲狀腺激素的生物活性增強； ②如果C組玻璃缸中的蝌蚪發(fā)育成青蛙的時間早于A組玻璃缸中的蝌蚪，但晚于B組玻璃缸中的蝌蚪，說明經過50 ℃的溫水處理10 min后甲狀腺激素的生物活性減弱； ③如果B、C組玻璃缸中的蝌蚪同步發(fā)育成青蛙，且均早于A組玻璃缸中的蝌蚪，說明經過50 ℃的溫水處理10 min后的甲狀腺激素的生物活性不變； ④如果A、C組玻璃缸中的蝌蚪同步發(fā)育成青蛙，且均晚于B組玻璃缸中的蝌蚪，說明經過50 ℃的溫水處理10 min后的甲狀腺激素失去生物活性,4.(2015·浙江10月選考)欲進行小鼠肝細胞在不同濃度NaCl溶液中發(fā)生體積和數量變化的實驗，請根據以下提供的實驗材料與用具，提出實驗思路，預測實驗結果并進行分析。 材料與用具：小鼠肝細胞懸液(用質量分數為0.9%NaCl溶液配制)、質量分數為1.3%NaCl溶液、蒸餾水、試管若干支、血細胞計數板、顯微鏡(具有測距功能)等。 (要求與說明：對NaCl溶液的具體稀釋過程、細胞計數的具體操作過程不作要求。不考慮細胞體積變化對計數的影響。繪制曲線時的細胞體積指細胞的平均體積。),1,2,3,4,請回答下列問題： (1)實驗思路 ①_____________________________________________________________。 ②_____________________________________________________________。 ③_____________________________________________________________ ____________________________________。 ④_____________________________________________________________。,,答案,1,2,3,4,取試管若干支,將質量分數為1.3%NaCl溶液由高到低進行濃度梯度稀釋,向各支試管中分別加入肝細胞懸液，放置一定時間,取各試管中的肝細胞懸液，分別滴加到血細胞計數板上，在顯微鏡下計數并測量細胞直徑，記錄實驗結果,對實驗數據進行統(tǒng)計分析,(2)預測實驗結果(在以下坐標系中，繪制細胞體積和細胞數量變化示意曲線)：,,答案,1,2,3,4,答案 如圖,(3)分析與討論： ①當NaCl溶液濃度大于0.9%時，細胞體積與細胞數量發(fā)生的變化及其原因是什么？ ____________________________________________________________________________________________。 ②基于上述實驗，怎樣才能用肝細胞分離得到純度較高的細胞膜？ ___________________________________________________________________________________。,,答案,1,2,3,4,NaCl溶液濃度大于0.9%時，細胞體積變小，原因是細胞失水皺縮。細胞數量不變，原因是細胞仍完整,將肝細胞置于蒸餾水中，細胞吸水脹破，然后進行離心等處理，從而得到純度較高的細胞膜,,本課結束,