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1、第31講實驗與探究,突破 實驗與探究,總綱目錄,一、研究生物學問題的一般程序 研究生命科學必須建立唯物主義認識論的思維方法。研究生命科學的程序包括觀察、假設、實驗、對假設的進一步修正、得出結(jié)論,并在此基礎上進一步地觀察,進入下一個認識周期。 1.生物學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,對所提出的問題做一個初步的解釋及設想,提出假說。,4.對所提出的假說作出科學的預測。,5.設計嚴謹?shù)膶嶒?對預測進行檢驗,即用科學實驗驗證假說的正確與否。在生物學研究的實驗設計中一般要設對照組,要考慮實驗組數(shù)量及是否需要重復實驗。,6.對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)

2、計分析。,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.修正假說并進一步觀察,進入下一個認識周期。,二、生物實驗設計應遵循的六大基本原則 對照性原則、科學性原則、單因子變量原則、等量 性原則、平行重復原則、隨機性原則。 三、生物實驗設計中變量的控制,1.實驗變量與反應變量 實驗變量,也稱為自變量,指實驗中由實驗者操縱的因素或條 件。反應變量,也稱因變量,指實驗中由實驗變量引起的變化和 結(jié)果。通常實驗變量是原因,反應變量是結(jié)果,二者具有因果關系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。,2.無關變量與額外變量 無關變量也稱控制變量,指實驗中除實驗變量外的影響實驗現(xiàn)

3、象和實驗結(jié)果的因素或條件。額外變量也稱干擾變量,指實驗 中由無關變量引起的變化和結(jié)果。顯然額外變量會對反應變量起干擾作用。 四、實驗對照的四種類型 空白對照,不給對照組以任何處理。 自身對照,實驗組和對照組都是在同一實驗對象上進行的。 條件對照,給對象施以某種實驗處理,但這種處理是作為對照的, 或者說這種處理不是實驗假設所給定的實驗變量。 相互對照,不單獨設對照組,而是幾個實驗組相互對照。,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.對照實驗一般要設置對照組和實驗組,在對照實驗中除了要觀察的變量外,其他變量都應當始終保持相同且適宜。(

4、 ),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,需進行雜交實驗,實驗材料應為純合肥胖小鼠和純合正常小鼠;雜交方法應為正反交。( ),4.孟德爾用山柳菊為實驗材料,驗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)一段時間后,與對照組相比,其葉片光合作用強度下降的原因是光反應強度降低,暗反應強度降低。( ),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。( ),5.在實驗探究過程中,可通過多組重復實驗減少實驗結(jié)果的誤差。( ),6.探究唾液淀粉酶最適pH的實驗中,先將每一組溫度控制在37 。( ),9.將未施用IA

5、A的植株除去部分芽和幼葉,會導致側(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,應設置兩個對照組。( ),,,,,,,突破實驗與探究 一、教材部分實驗中的變量,二、探究性實驗與驗證性實驗的比較,1.科學性原則 實驗是在人為控制條件下研究事物(對象)的一種科學方法,是依據(jù)假設,在人為條件下對實驗變量的變化和結(jié)果進行捕獲、解釋的科學方法?？茖W研究的過程本身就是科學,并不是說研究的結(jié)論才是科學。因此,在實驗設計中必須有充分的科學依據(jù)。 科學性原則包括實驗原理的科學性、實驗材料選擇的科學性、實驗方法的科學性、實驗結(jié)果處理的科學性。,三、生物實驗設計應遵循的四

6、項基本“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證我們的推論,因此,在實驗設計中,要設置對照組。設置科學、合理的對照可以使實驗方案簡潔、明了,且使實驗結(jié)論更有說服力。實驗中的無關變量很多,必須嚴格控制,要平衡和消除無關變量對實驗結(jié)果的影響。設置對照實驗是消除無關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)理解實驗中的變量,(2)自變量、無關變量與因變量之間的關系如圖所示:,四、設計實驗方案,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步驟:,2.寫出實驗名稱:指出是什么實驗,判斷出是

7、驗證性實驗還是探究性實驗。,1.了解題目要求:認真讀題,從題中找出答案。,3.寫出實驗目的:弄清該題要驗證或探究的是什么樣的生物學事實,即明確實驗要解決什么問題。一般在題干中“驗證”“證明”“探究”后的內(nèi)容就是實驗的目的。有些實驗需要對其去粗取精,提煉要點。,4.寫出實驗原理:即完成該實驗的理論依據(jù)是什么,這就需要分析實驗中所涉及的生物學及相關學科中的知識、方法,以及所依據(jù)的科學原理。另外,提供的實驗儀器的使用方法和原理也應考慮在內(nèi)。,5.設計實驗操作過程:大多數(shù)題目要求寫出實驗步驟,這是學生失分較多的地方。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)實驗要求

8、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A、B、C,或者1、2、3,總之讓人一目了然,便于實驗的觀察、統(tǒng)計、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等量分組,分別 編號為 1、2、3。,(2)實驗處理:根據(jù)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

9、無關變量。要注意能體現(xiàn)“單一變量”的詞語的準確使用,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(xiàn)結(jié)果。而有些實驗進行實驗處理之后,在相對較短的時間內(nèi)就可以觀察到實驗的現(xiàn)象。要仔細觀察實驗組與對照組出現(xiàn)的差異,記錄實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)。,6.實驗結(jié)果、結(jié)論的預測與分析 有些實驗的結(jié)果可以直接用肉眼觀察出來,而很多實驗是化學反應類型,肉眼觀察不到,應該考慮加入指示劑,借助顏色變化或儀器輔助觀察。實驗結(jié)果可采用文字、表格、坐標曲線等方式描述。 (1)實驗結(jié)果的預測:實驗結(jié)果是由實驗變量而引起的變化,而

10、實驗結(jié)論是根據(jù)實驗結(jié)果作出的一種推論。一個正確的實驗設計應達到實驗目的,即得出的結(jié)論就是實驗目的。特別注意弄清實驗的目的是“驗證”還是“探究”。 如果是驗證性的實驗,如“驗證”“證明”都可預測到與實驗目的一致的結(jié)果。聯(lián)系實驗目的得出結(jié)論。結(jié)論是合理的、科學的、肯定的。不少結(jié)論是在實驗要驗證的內(nèi)容中尋找的(此時一般只有一 個結(jié)果和相應的結(jié)論,且結(jié)論與實驗目的相對應)。,若是探究性的實驗,如“探究”預測的實驗結(jié)果不唯一,大多有三種可能:“變量促進結(jié)果,變量抑制結(jié)果,變量與結(jié)果無關”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是不同的,對于因變量不能直接觀察的,

11、應該通過相應手段轉(zhuǎn)換,將因變量間接展現(xiàn)出來,便于觀察。如細胞分裂中的染色體可以通過染色,借助顯微鏡觀察;呼吸強度可通過測定密閉裝置中氣壓變化來表現(xiàn)等。,1.(2017課標全國)下列關于細胞結(jié)構(gòu)與成分的敘述,錯誤的是() A.細胞膜的完整性可用臺盼藍染色法進行檢測 B.檢測氨基酸的含量可用雙縮脲試劑進行顯色 C.若要觀察處于細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以基礎判斷的形式,考查實驗目的、實驗原理、實驗變量、實 驗結(jié)論,B,答案B本題主要考查試劑的顏色反應及應用。細胞膜具有選擇透過性,臺盼藍不能把完整的活細胞染成藍色,但可

12、使細胞膜不完整的細胞著色,故可用臺盼藍染色法檢測細胞膜的完整性,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,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,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生成磚紅色沉淀,D正確。,2.(2017北京大興期末)下列有關生物實驗的說法中,不正確的是() A.在觀察細胞減數(shù)分裂時,能觀察到著絲點排列在赤道板上的細胞 B.探究溫度對淀粉酶活性的

13、影響時,不能用斐林試劑檢測實驗結(jié)果 C.洋蔥鱗片葉外表皮細胞進行質(zhì)壁分離過程中,紫色區(qū)域不斷縮小 D.利用健那綠進行染色,可以使人口腔上皮細胞的細胞核呈現(xiàn)綠色,D,答案D在減數(shù)第二次分裂中期時,染色體的著絲點排列在赤道板上,A正確;由于斐林試劑使用時需要水浴加熱,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胞進行質(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行染色,可以使人口腔上皮細胞的細胞核呈現(xiàn)綠色,D錯誤。,考向2以實驗分析的形式,考查驗證性實驗及設計 3.NPY是由下丘腦分泌的含有36個氨基酸的神經(jīng)肽,廣泛分布于中樞和外

14、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)分泌細胞既能傳導參與神經(jīng)調(diào)節(jié),又能分泌參與體液調(diào)節(jié)。NPY由下丘腦細胞分泌時必須經(jīng)過加工、運輸和包裝。 (2)為研究NPY對前脂肪細胞增殖和分化的影響,研究者將同一類型的前脂肪細胞等分成5組,每組培養(yǎng)液中加入如下物質(zhì):,注:胰島素組是經(jīng)典誘導組,作為實驗的陽性對照 實驗所用的培養(yǎng)液中加入了牛血清和抗生素,后者的作用是。 本實驗的自變量是;胰島素可促進前脂肪細胞培養(yǎng)液中的葡萄糖并轉(zhuǎn)化為脂肪囤積。 培養(yǎng)一段時間后,研究者分別測定了各組細胞增殖的情況,結(jié)果見下圖(吸光度值的大小用于反映細胞增殖能力的強弱)。,該實驗結(jié)果說明。 研

15、究發(fā)現(xiàn)第3、4、5組細胞自培養(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胞,而第1、2組只有部分細胞在第12天出現(xiàn)形態(tài)變化。,當細胞培養(yǎng)至第12天時,研究者利用技術測定了各組脂肪細胞中C蛋白和P蛋白的含量,結(jié)果顯示第4組細胞中這兩種蛋白質(zhì)含量明顯多于第1組,并與第5組相當。進行此項結(jié)果測定的目的是研究前脂肪細胞分化程度是否與C蛋白基因、P蛋白基因的有關。 (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)強烈的攝食反應。結(jié)合上述結(jié)果可推測,NPY對機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能促進前脂肪細胞增

16、殖;在此濃度范圍內(nèi),隨濃度增加,NPY促進前脂肪細胞增殖的作用增強;但不如胰島素的促進作用明顯抗原抗體雜交表達水平 (3)促進 解析(1)下丘腦神經(jīng)分泌細胞既能傳導興奮參與神經(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、運輸和包裝才能分泌出細胞。(2)抗生素的作用是防止雜菌污染;本實驗的自變量是NPY濃度;胰島素可促進前脂肪細胞攝取培養(yǎng)液中的葡萄糖并轉(zhuǎn)化為脂肪囤積。基因工程中目的基因的檢測中蛋白質(zhì)分子水平檢測的方法是抗原抗體雜交,進行此項結(jié)果測定的目的是研究前脂肪細胞 分化程度是否與C蛋白基因、P蛋白基因的表達水平有關。(3)結(jié)合題述結(jié)果可推測,NPY對機體的體重增加

17、具有促進作用。,4.(2017課標全國)根據(jù)遺傳物質(zhì)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(xiàn)后需要確定該病毒的類型。 假設在宿主細胞內(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記的方法,以體外培養(yǎng)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(jié)果及結(jié)論即可。(要求:實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組),考向3以實驗分析的形式,考查探究性實驗及設計,答案(1)思路 甲組:將宿主細胞培養(yǎng)在含有放射性標記尿嘧啶的培養(yǎng)基中,之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。 乙組:將

18、宿主細胞培養(yǎng)在含有放射性標記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中,之后接種新病毒。培養(yǎng)一段時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驗設計的思路和方法。該實驗設計的目的是確定新病毒是DNA病毒還是RNA病毒,因為RNA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(放射性同位素標記法)和所給,的材料(體外培養(yǎng)的宿主細胞)分析,可利用含有放射性標記的尿嘧啶(甲組)和胸腺嘧啶(乙組)分別培養(yǎng)宿主細胞,之后分別接種新病毒,培養(yǎng)一段時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。,