高考生物科学探究系列1 实验方案设计的基本原则（讲解+练习含答案）
文档属性
| 名称 | 高考生物科学探究系列1 实验方案设计的基本原则（讲解+练习含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 127.1KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-09-25 22:13:16 | ||
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文档简介
高考生物科学探究系列
1 实验方案设计的基本原则
1．科学性原则
所谓科学性原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期有科学依据，实验的各个环节不能偏离生物学基本知识和基本原理，以及其他科学领域的基本原则。科学性原则具有两个方面的含义：首先，必须保证实验的设计不出现科学性错误；其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的因素。具体地说，科学性原则体现在以下几个方面：实验原理的科学性、实验方法的科学性、实验材料选择的科学性、实验结果处理的科学性及实验结果分析的科学性等。
2．对照原则
对照原则是中学实验中最常用的原则。通过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又可增加实验结果的可信度和说服力。在一个对照实验中，可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组，对照组是不接受自变量处理的对象组，一般是随机决定的。常用的对照组类型有空白对照、自身对照、条件对照、相互对照几种。
3．单一变量原则
单一变量原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确。其含义包括：(1)不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个变量对应一个需要观测反应变量；(2)实验中要尽可能避免无关变量的干扰。这一原则强调实验组和对照组只有一个量是不同的，实验组和对照组的结果差异只能是由这个单一变量导致的，从而证明实验组变量的作用。因此，在进行实验设计时，要首先确定实验变量并正确设置。
4．等量性原则
该原则是指要严格地操纵自变量，以获取因变量，无关变量应相同或等量，以消除无关变量干扰。
5．平行重复原则
任何实验都必须能够重复，在同样条件下重复，实验结果应该一致或相近。实验设计时，可以通过在一组实验中同时处理多个材料，对实验结果求平均值，保证实验结果的可信度。
6．随机性原则
实验设计中的随机性原则是指被研究的样本是从总体或群体中随机抽取的。这样做可以：(1)消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；(2)平衡各种条件，避免实验结果出现误差。
1．(2022·江苏苏州高三专题练习)盐胁迫是制约植物生长的主要因素之一、以蓝莓为材料研究盐胁迫(150 mmol·L－1NaCl)的不同处理时间(在0 d、4 d、8 d、12 d和16 d取样，分别用T0、T4、T8、T12、T16表示)下蓝莓叶片的生理特性及代谢物的变化，结果如下图。
图1 盐胁迫不同处理时间下对蓝莓叶片可溶性糖及光合色素含量的影响
图2 盐胁迫不同处理时间下对蓝莓叶片POD及SOD活性的影响
注：POD和SOD为抗氧化保护酶系统的重要组成部分，具有清除活性氧，减轻脂膜过氧化的功能。
下列相关叙述错误的是( )
A．在该研究中，蓝莓植株的培养温度、pH及处理的NaCl浓度均为无关变量
B．由结果可知，盐胁迫下蓝莓通过提高可溶性糖的含量来维持叶片细胞渗透压稳定
C．结果表明，蓝莓细胞在盐胁迫12 d左右时光合色素含量最高，达到耐盐响应高峰
D．一定程度的盐胁迫下，蓝莓可通过降低POD和SOD活性来维持生物膜的结构和功能
D [由分析可知，蓝莓植株的培养温度、环境中pH、NaCl浓度、光照强度等因素都会影响蓝莓植株的生长发育，会影响实验结果，为无关变量，A正确；分析图1可知，随盐胁迫时间延长，蓝莓叶片中可溶性糖的含量先增大后减少，说明蓝莓通过提高可溶性糖的含量升高细胞内液体的浓度来维持叶片细胞渗透压的稳定，B正确；由图1可知，盐胁迫12 d左右时光合色素含量最高，C正确；由图2可知，盐胁迫处理下，POD的活性先升高后降低，SOD的活性也是先升高后降低，但变化幅度不明显，D错误。故选D。]
2．(2022·江苏阜宁县东沟中学模拟预测)“焦边”是由缺钾所引起的植物叶片边缘出现枯黄色的现象。某同学欲探究钾对植物叶片生长情况的影响，配制了两种培养液进行实验，培养液主要成分的配方如下表所示。以下说法错误的是( )
组别 培养液 类别 培养液所含主要成分的质量浓度/(mg·L－1)
KNO3 CaCl2·2H2O MgSO4·7H2O (NH4)2SO4
甲组 完全 培养液 25 000 150 250 134
乙组 缺钾培 养液 0 150 250 134
A．因变量为叶片边缘是否出现枯黄色
B．该实验不能证明镁是合成叶绿素的必需元素
C．乙组实验结果可以证明缺钾会导致植物出现“焦边”现象
D．可以增加一组二次对照实验，即在缺素培养液中加入钾，观察植物叶片生长是否恢复正常
C [实验的自变量是培养液是否含有钾元素，因变量是叶片边缘是否出现枯黄色，A正确；该实验的自变量为是否含钾，缺钾会使植物叶片边缘出现枯黄色，但不能得出镁是合成叶绿素的必需元素的结论，要证明该结论，需要测量叶绿素的含量，B正确；乙组不含钾而出现“焦边”现象，需与甲组对照，同时再添加一组在缺钾培养液中加入钾的实验，才可以证明缺钾会导致植物出现“焦边”现象，C错误；可以增加一组二次对照实验，即在缺钾培养液中加入钾，观察植物叶片生长是否恢复正常，增强实验的说服力，D正确。故选C。]
3．(2022·江苏南通模拟预测)丙酮酸进入线粒体被彻底氧化分解需要经过系列脱氢过程，其中间产物琥珀酸在琥珀酸脱氢酶催化下脱下的氢可将蓝色的甲烯蓝(一种指示剂)还原成无色的甲烯白。丙二酸和琥珀酸分子结构相似，可以竞争性与琥珀酸脱氢酶结合，但不会脱氢。试设计实验方案探究丙二酸对琥珀酸脱氢反应是否有抑制作用，下列叙述不合理的是( )
A．实验假设：丙二酸对琥珀酸脱氢反应有抑制作用
B．实验取材：大白鼠心肌细胞含有较多的线粒体，可从其研磨液中提取琥珀酸脱氢酶
C．实验分组：对照组加琥珀酸、实验组加丙二酸，两组都加入甲烯蓝和琥珀酸脱氢酶
D．观察指标：蓝色的甲烯蓝还原成无色的甲烯白时间的长短
C [探究丙二酸对琥珀酸脱氢反应是否有抑制作用，实验假设可以是：丙二酸对琥珀酸脱氢反应有抑制作用，也可以是：丙二酸对琥珀酸脱氢反应没有有抑制作用，A正确。实验取材：线粒体中的琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢，要获取琥珀酸脱氢酶，可以从大白鼠心肌细胞研磨液中提取琥珀酸脱氢酶，B正确。实验分组：实验的自变量是有无丙二酸，对照组加琥珀酸、甲烯蓝和琥珀酸脱氢酶；实验组加琥珀酸、丙二酸、甲烯蓝和琥珀酸脱氢酶，C错误。本实验的观测指标可以是：蓝色的甲烯蓝还原成无色的甲烯白时间的长短，D正确。故选C。]
4．(多选)(2022·江苏无锡高三专题练习)关于生物实验中“对照”及“变量”的相关叙述错误的是( )
A．检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，没有进行对照
B．探究pH对酶活性影响的实验与探究酶活性的最适pH实验，温度都属于无关变量，两实验的自变量、因变量相同，但实验组数设置有所不同
C．观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖和清水，属于自变量，原生质层位置变化为因变量，该实验不存在对照
D．探究温度对淀粉酶活性影响实验中，淀粉酶的浓度是自变量，不同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量
ACD [检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，也存在对照实验，如蛋白质鉴定实验时，留出了一部分样液不加双缩脲试剂作为本实验对照，A错误；探究pH对酶活性影响的实验中自变量为pH，温度为无关变量，探究酶活性的最适pH实验中自变量也是pH，温度也属于无关变量，两实验的自变量、因变量相同。探究酶活性的最适pH实验中应设置一系列不同的pH相互对照，实验组数相对于探究pH对酶活性影响的实验的组数要多，B正确；观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖溶液前与滴加蔗糖溶液后进行对照，滴加清水后与滴加蔗糖溶液后进行对照，实验中存在自身前后对照，C错误；探究温度对淀粉酶活性影响实验中，温度是自变量，不同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量，D错误。故选ACD。]
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1 实验方案设计的基本原则
1．科学性原则
所谓科学性原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期有科学依据，实验的各个环节不能偏离生物学基本知识和基本原理，以及其他科学领域的基本原则。科学性原则具有两个方面的含义：首先，必须保证实验的设计不出现科学性错误；其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的因素。具体地说，科学性原则体现在以下几个方面：实验原理的科学性、实验方法的科学性、实验材料选择的科学性、实验结果处理的科学性及实验结果分析的科学性等。
2．对照原则
对照原则是中学实验中最常用的原则。通过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又可增加实验结果的可信度和说服力。在一个对照实验中，可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组，对照组是不接受自变量处理的对象组，一般是随机决定的。常用的对照组类型有空白对照、自身对照、条件对照、相互对照几种。
3．单一变量原则
单一变量原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确。其含义包括：(1)不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个变量对应一个需要观测反应变量；(2)实验中要尽可能避免无关变量的干扰。这一原则强调实验组和对照组只有一个量是不同的，实验组和对照组的结果差异只能是由这个单一变量导致的，从而证明实验组变量的作用。因此，在进行实验设计时，要首先确定实验变量并正确设置。
4．等量性原则
该原则是指要严格地操纵自变量，以获取因变量，无关变量应相同或等量，以消除无关变量干扰。
5．平行重复原则
任何实验都必须能够重复，在同样条件下重复，实验结果应该一致或相近。实验设计时，可以通过在一组实验中同时处理多个材料，对实验结果求平均值，保证实验结果的可信度。
6．随机性原则
实验设计中的随机性原则是指被研究的样本是从总体或群体中随机抽取的。这样做可以：(1)消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；(2)平衡各种条件，避免实验结果出现误差。
1．(2022·江苏苏州高三专题练习)盐胁迫是制约植物生长的主要因素之一、以蓝莓为材料研究盐胁迫(150 mmol·L－1NaCl)的不同处理时间(在0 d、4 d、8 d、12 d和16 d取样，分别用T0、T4、T8、T12、T16表示)下蓝莓叶片的生理特性及代谢物的变化，结果如下图。
图1 盐胁迫不同处理时间下对蓝莓叶片可溶性糖及光合色素含量的影响
图2 盐胁迫不同处理时间下对蓝莓叶片POD及SOD活性的影响
注：POD和SOD为抗氧化保护酶系统的重要组成部分，具有清除活性氧，减轻脂膜过氧化的功能。
下列相关叙述错误的是( )
A．在该研究中，蓝莓植株的培养温度、pH及处理的NaCl浓度均为无关变量
B．由结果可知，盐胁迫下蓝莓通过提高可溶性糖的含量来维持叶片细胞渗透压稳定
C．结果表明，蓝莓细胞在盐胁迫12 d左右时光合色素含量最高，达到耐盐响应高峰
D．一定程度的盐胁迫下，蓝莓可通过降低POD和SOD活性来维持生物膜的结构和功能
D [由分析可知，蓝莓植株的培养温度、环境中pH、NaCl浓度、光照强度等因素都会影响蓝莓植株的生长发育，会影响实验结果，为无关变量，A正确；分析图1可知，随盐胁迫时间延长，蓝莓叶片中可溶性糖的含量先增大后减少，说明蓝莓通过提高可溶性糖的含量升高细胞内液体的浓度来维持叶片细胞渗透压的稳定，B正确；由图1可知，盐胁迫12 d左右时光合色素含量最高，C正确；由图2可知，盐胁迫处理下，POD的活性先升高后降低，SOD的活性也是先升高后降低，但变化幅度不明显，D错误。故选D。]
2．(2022·江苏阜宁县东沟中学模拟预测)“焦边”是由缺钾所引起的植物叶片边缘出现枯黄色的现象。某同学欲探究钾对植物叶片生长情况的影响，配制了两种培养液进行实验，培养液主要成分的配方如下表所示。以下说法错误的是( )
组别 培养液 类别 培养液所含主要成分的质量浓度/(mg·L－1)
KNO3 CaCl2·2H2O MgSO4·7H2O (NH4)2SO4
甲组 完全 培养液 25 000 150 250 134
乙组 缺钾培 养液 0 150 250 134
A．因变量为叶片边缘是否出现枯黄色
B．该实验不能证明镁是合成叶绿素的必需元素
C．乙组实验结果可以证明缺钾会导致植物出现“焦边”现象
D．可以增加一组二次对照实验，即在缺素培养液中加入钾，观察植物叶片生长是否恢复正常
C [实验的自变量是培养液是否含有钾元素，因变量是叶片边缘是否出现枯黄色，A正确；该实验的自变量为是否含钾，缺钾会使植物叶片边缘出现枯黄色，但不能得出镁是合成叶绿素的必需元素的结论，要证明该结论，需要测量叶绿素的含量，B正确；乙组不含钾而出现“焦边”现象，需与甲组对照，同时再添加一组在缺钾培养液中加入钾的实验，才可以证明缺钾会导致植物出现“焦边”现象，C错误；可以增加一组二次对照实验，即在缺钾培养液中加入钾，观察植物叶片生长是否恢复正常，增强实验的说服力，D正确。故选C。]
3．(2022·江苏南通模拟预测)丙酮酸进入线粒体被彻底氧化分解需要经过系列脱氢过程，其中间产物琥珀酸在琥珀酸脱氢酶催化下脱下的氢可将蓝色的甲烯蓝(一种指示剂)还原成无色的甲烯白。丙二酸和琥珀酸分子结构相似，可以竞争性与琥珀酸脱氢酶结合，但不会脱氢。试设计实验方案探究丙二酸对琥珀酸脱氢反应是否有抑制作用，下列叙述不合理的是( )
A．实验假设：丙二酸对琥珀酸脱氢反应有抑制作用
B．实验取材：大白鼠心肌细胞含有较多的线粒体，可从其研磨液中提取琥珀酸脱氢酶
C．实验分组：对照组加琥珀酸、实验组加丙二酸，两组都加入甲烯蓝和琥珀酸脱氢酶
D．观察指标：蓝色的甲烯蓝还原成无色的甲烯白时间的长短
C [探究丙二酸对琥珀酸脱氢反应是否有抑制作用，实验假设可以是：丙二酸对琥珀酸脱氢反应有抑制作用，也可以是：丙二酸对琥珀酸脱氢反应没有有抑制作用，A正确。实验取材：线粒体中的琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢，要获取琥珀酸脱氢酶，可以从大白鼠心肌细胞研磨液中提取琥珀酸脱氢酶，B正确。实验分组：实验的自变量是有无丙二酸，对照组加琥珀酸、甲烯蓝和琥珀酸脱氢酶；实验组加琥珀酸、丙二酸、甲烯蓝和琥珀酸脱氢酶，C错误。本实验的观测指标可以是：蓝色的甲烯蓝还原成无色的甲烯白时间的长短，D正确。故选C。]
4．(多选)(2022·江苏无锡高三专题练习)关于生物实验中“对照”及“变量”的相关叙述错误的是( )
A．检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，没有进行对照
B．探究pH对酶活性影响的实验与探究酶活性的最适pH实验，温度都属于无关变量，两实验的自变量、因变量相同，但实验组数设置有所不同
C．观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖和清水，属于自变量，原生质层位置变化为因变量，该实验不存在对照
D．探究温度对淀粉酶活性影响实验中，淀粉酶的浓度是自变量，不同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量
ACD [检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，也存在对照实验，如蛋白质鉴定实验时，留出了一部分样液不加双缩脲试剂作为本实验对照，A错误；探究pH对酶活性影响的实验中自变量为pH，温度为无关变量，探究酶活性的最适pH实验中自变量也是pH，温度也属于无关变量，两实验的自变量、因变量相同。探究酶活性的最适pH实验中应设置一系列不同的pH相互对照，实验组数相对于探究pH对酶活性影响的实验的组数要多，B正确；观察紫色洋葱鳞片叶细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖溶液前与滴加蔗糖溶液后进行对照，滴加清水后与滴加蔗糖溶液后进行对照，实验中存在自身前后对照，C错误；探究温度对淀粉酶活性影响实验中，温度是自变量，不同温度条件下淀粉遇碘变蓝程度是因变量，D错误。故选ACD。]
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