2021届高考生物二轮专题复习(考试)学案：特色专题三考点三实验设计与评价

考点三实验设计与评价
1.实验设计的一般程序
明确实验目的——分析实验原理——选择材料用具——设计实验步骤——观察收集数据——分析结果得出结论
2.实验设计的要素之——自变量、因变量和无关变量（必修1P79）
（1）概念
自变量——实验过程中人为改变的变量（一般实验组处理的量）称自变量。

因变量——实验中随着自变量的变化而变化的变量称为因变量。

无关变量——实验过程中可能还会存在一些可变因素（自变量之外的），对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。

（2）解读
①三者的关系如图所示。

②三者的数量：一个实验中自变量可能有1个或多个，因变量也可能有1个或多个，无关变量一般有多个。

如探究“××”和“×××”对“××××”的影响，涉及到2个自变量；如探究“××”对“×××”和“×××”的影响，涉及到2个因变量。

③自变量的处理方法——“加”“减”或“换”：例如验证甲状腺激素的生理作用——“加”即口服或注射该激素；“减”即手术切除甲状腺法；“换”如探究温度对酶活性的影响实验，对自变量温度无法“加”或“减”，就用“换”的方法。

④自变量和因变量可从实验目的或实验预期结果或实验结论中得
出。

⑤因变量即实验现象或实验结果，但不是实验结论，该变量必须是可测量或可观察的指标，例如某溶液中是否存在淀粉酶，肉眼看不到，通过实验加淀粉，但淀粉含量是否发生变化还是看不到，所以需要通过加碘液或斐林试剂进行颜色方面的鉴定，即是否出现蓝色或砖红色沉淀这些现象指标做因变量。

⑥无关变量是个名不符实的概念，该变量对实验结果即因变量会产生影响，是需要控制的变量，如探究扦插枝条生根，无关变量涉及到植物的种类，生长状态、处理浸泡的时间、条件等都是无关变量；探究温度对酶活性的影响，首要控制的无关变量是该酶的pH保持一致且处于最适状态。

⑦无关变量的控制方法。

a.消除法：排除或隔离无关变量对实验结果的影响。

例如在“验证生长素能促进果实发育”的实验中，有一组要求无生长素，需在开花前，用纸袋将雌花套住，隔离外来花粉的干扰。

b.恒定法：在整个实验中，尽量使所有的实验条件、实验处理、实验对象等都恒定不变。

例如在“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用”实验中，始终将试管处于恒温水浴中，以消除温度这一无关变量对实验的影响。

c.平衡法：设立对照组，除自变量以外，无关变量对实验组、对照组的影响都是均等的。

从而可不计无关变量的影响，得到实验变量的效果。

3.实验设计的基本原则
（1）科学性原则：所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方
法的确定都不能偏离生物学基本知识、基本原理及其他学科领域的基本原则。

（2）对照原则：对照是实验控制的手段之一，目的是平衡和消除无关变量对实验结果的影响。

通过设置对照实验，既能排除无关变量对实验结果的影响，又能增加实验结果的可信度和说服力。

（3）单一变量原则：不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个因变量，这就是单一变量原则，即实验组和对照组相比较只能有一个不同自变量。

（4）平行重复原则：任何实验都必须经得起重复，这是具有科学性的重要标志。

做任何实验都会产生误差，“重复”是实验中减少误差，避免偶然性的重要手段。

（5）随机性原则：实验研究的样本必须是从总体上任意抽取的，即要求总体中的每个部分都有同样被抽中的可能性。

4.实验设计步骤、思路、结果和结论的表述
（1）“三步法”书写实验步骤
①材料分组编号。

选材的句式：“选取年龄、性别相同，健康且发育状况相同的同种动物”或“选取长势相同、大小相似的同种植物”等。

分组的句式：“随机均分（或等分）为X组”。

编号的句式：“编号为A、B……组”或“编号为甲、乙……组”。

②对实验组与对照组施以不同的处理（控制变量）。

实验组“用适量的某溶液”处理，对照组“用等量的蒸馏水（或生理盐水或清水）”处理，且“每组都在相同且适宜的条件下培养（或饲养）”或“观察相同的时间”。

③实验结果的观察与记录。

“一段时间后，观察（现象）或测量（数据），做好记录（并计算出平均值）”。

（2）实验设计思路的书写
实验思路答题套路：自变量＋因变量＋预期结果
实验思路不同于实验步骤，实验步骤是详细的可操作性较强的实验过程（填写实验步骤要求学生对实验的选材、分组、处理等均要写出具体要求及详细内容），而实验思路不需要写出细致具体的可直接操作的步骤，只需要有一个大致的实验设计过程即可。

实验思路一般用一句话表述为用某方法处理某材料，观察其对某方面的影响效果。

描述实验思路的要点是答出自变量、因变量及实验对象，而不是具体可操作性的设计。

在控制无关变量时，实验思路中只要提到“相同且适宜”即可，具体操作时不同的实验者可以采用不同的方法去控制。

（3）实验结果和结论的表述
①探究性实验结果的预测。

大多有三种可能：变量促进结果、变量抑制结果、变量与结果无关。

实验结论要根据可能的实验结果进行分析，探究性实验的每一个结果和结论一般都用“如果（若）……就（则）……”来描述。

②验证性实验的结果与相应结论只需考虑一种情况，即实验结论对应“实验目的”得出肯定结论。

（4）组织答案需注意的问题
①步骤设计一般不宜连续描述，而是分段叙述，并加以编号。

②为使叙述更简洁，对试管、烧杯等一般要加以分组、编号，如
A、B或甲、乙等。

③叙述中尽量用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如“等量”不宜说成“一样多”等。

④一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化表达，尽可能用“相同”“适宜”或“适量”等“定性”的语言表达。

⑤实验设计中适时出现“其他培养条件相同”或“培养一段相同时间后”等都是很好的得分点。

⑥题目给出的实验材料和试剂一般应充分利用，除非题目条件允许，否则不能自己随意增减实验材料和试剂。

5.实验设计的评价——五个角度评价实验设计
一看“对照”：若无对照，则参照实验组补充对照组；若有对照，则看对照是否有标记、是否遵循单一变量原则和等量原则。

二看“步骤”：顺序是否合理，步骤是否完整。

三看“材料”：材料选择是否合适，实验仪器、药剂的使用是否准确。

四看“条件”：是否需要搅拌、冷却等，温度、光照等条件是否合理。

五看“结果与结论”：实验目的是否与实验结果、结论对应，探究性实验的结果和结论是否讨论全面，是否为先写结果后写结论。

1.（2020·湖南长郡中学考前演练）某同学查资料得知细胞分裂素可解除顶端优势。

为研究细胞分裂素的作用部位，该同学用适宜浓度的细胞分裂素溶液、多株生长状况相同的幼苗为材料进行实验，用未经处理的幼苗作对照组，用在①②处同时涂抹等量细胞分裂素溶液的幼苗作实验组，观察其生长状况（如图）。

下列对实验组幼苗的设计评价合理的是（）
A.实验组设计错误，应选两组完整幼苗分别在①②处涂抹细胞分裂素
B.实验组设计正确，能研究细胞分裂素解除顶端优势的作用部位
C.实验组设计错误，应切除①处后在②处涂抹细胞分裂素
D.实验组设计错误，应切除②处后在①处涂抹细胞分裂素
解析：应设两个实验组，即选两组完整幼苗，一组在①处、另一组在②处涂抹等量细胞分裂素溶液，所以实验组设计错误，A正确；在①②处同时涂抹等量细胞分裂素溶液，没有反映出自变量，自变量应该是细胞分裂素作用的部位，即①部位或②部位，因此该实验组设计错误，不能研究细胞分裂素解除顶端优势的作用部位，B错误；该实验的因变量是侧芽的发育情况，切除①所示的侧芽后在②所示的顶芽处涂抹细胞分裂素，无法观察侧芽的发育情况，C错误；实验组切除②所示的顶芽后，在①所示的侧芽处涂抹细胞分裂素溶液，与对照组相比有2个自变量（是否有顶芽、是否涂抹细胞分裂素溶液），而且切除顶芽后也会解除顶端优势，对实验结果产生干扰，D错误。

答案：A
2.（2020·天津检测）分析有关科学探究的资料，回答问题。

（研究背景）越来越多的研究证实，从酵母、果蝇到哺乳动物小鼠，饮食限制能显著延长成年生物体的寿命。

（提出提问）日常饮食成分复杂，究竟哪种成分与寿命延长相关？
（实验设计）为证明上述假设而设计的实验记录如表所示。

（1）在本研究中，实验对象选择小鼠相比选择酵母或果蝇的优势是小鼠。

A.采取有性生殖
B.与人类亲缘关系更近
C.生命周期更长
D.遗传学研究更系统深入
（2）在本研究中，若Y3是蛋白质，较合理的实验变量Y1和Y2应分别设计为。

（3）（实施实验）对照组喂养正常食物（Y0），实验组限制食物中的某种成分，然后记录小鼠的存活情况（即检测参数）。

（4）（实验扩展）若初步实验结果显示蛋白质限制对实验小鼠寿命延长具有显著效果，那么就实验变量而言，Y4和Y5的合理选择是（从下列项目中选择）。

①基因工程蛋白产物②蛋白质种类③氨基酸种类④多肽链
解析：分析题干可知，该实验的目的是探究哪种成分与寿命延长相关，实验的自变量是食物成分的种类，食物的主要成分是糖类、脂质、蛋白质等，因此具体自变量应该是在普通食物中添加糖类、脂质、蛋白质等；因变量是小鼠的寿命，据此分析作答。

（1）酵母、果蝇、哺乳动物小鼠等饮食限制都能显著延长成年生物体的寿命，由于小鼠与人的亲缘关系最近，因此用小鼠做实验材料对指导人类健康生活更具有指导意义；（2）食物的主要成分是糖类、脂质、蛋白质等，由题意知，Y3是蛋白质，则Y1和Y2可能是糖类和脂质；（4）蛋白质是生
命活动的主要承担者和体现者，蛋白质结构的多样性决定功能多样性，氨基酸根据能否在体内合成分为必须氨基酸和非必须氨基酸，因此如果实验结果显示蛋白质限制对实验小鼠寿命延长具有显著效果，那么就实验变量Y而言，Y4和Y5的合理选择是蛋白质的种类和氨基酸的种类。

答案：（1）B（2）糖类、脂质（4）②③
3.某科研小组对禽流感病毒遗传物质进行如下实验：
实验原理：（略）
实验目的：探究禽流感病毒遗传物质是DNA还是RNA。

材料用具：显微注射器，禽流感病毒核酸提取物，活鸡胚，DNA 酶，RNA酶，蛋白酶。

实验步骤：
第一步：取等量活鸡胚两组，用显微注射技术分别向两组活鸡胚细胞中注射有关物质。

第二步：在适宜条件下培养。

第三步：分别从培养后的鸡胚中抽取样品，检测是否产生禽流感病毒。

实验相关内容如下表：
（2）该科学探究过程体现了酶具有的特点。

（3）根据原有知识可以知道鸡的遗传物质是，寄生在鸡体表的细菌的遗传物质是。

解析：本题根据酶的专一性为理论依据，巧妙的设计了对照实验，探究禽流感病毒遗传物质是DNA还是RNA，根据遗传物质的功能，再结合题意就能准确答题。

（1）根据酶的专一性，一种酶催化一种或一类物质。

DNA酶可以催化DNA水解，最终产物中没有DNA。

RNA酶可以催化RNA酶的水解，最终产物中没有RNA。

（2）该科学探究过程体现了酶具有专一性的特点。

（3）鸡属于真核生物，细菌属于原核生物，两者都具有细胞结构，含有细胞结构的生物的遗传物质都是DNA。

答案：（1）DNA酶RNA酶（2）专一性（3）DNA DNA
4.（2019·北京卷，改编）回答下列问题：
（1）已知血管保护药物R对VSMC没有直接影响，但可改善同型半胱氨酸对VSMC的作用。

以小鼠VSMC为材料，在细胞水平研究上述作用时，应设计三组实验，即、同型半胱氨酸处理组和；每组内设三个重复，其目的
是。

（2）研究发现，原核生物蓝藻（蓝细菌）R酶的活性高于高等植物，有人设想通过基因工程技术将蓝藻R酶的S、L基因转入高等植物，以提高后者的光合作用效率。

研究人员将蓝藻S、L基因转入某高等植物（甲）的叶绿体DNA中，同时去除甲的L基因。

转基因植株能够存活并生长。

检测结果表明，转基因植株中的R酶活性高于未转基因的正常植株。

由上述实验能否得出“转基因植株中有活性的R酶是由蓝藻的S、L组装而成”的推测？请说明理由。

__________________
___________________________________________
解析：解答本题需要掌握实验设计的基本原则，能够分清实验的自变量、因变量、无关变量，同时要能够区分实验组与对照组。

（1）实验要遵循对照原则及平行重复原则，本实验要探究保护药物R是否可改善同型半胱氨酸对VSMC的作用，因此要设置空白对照组、同型半胱氨酸处理组及R＋同型半胱氨酸处理，通过这三组实验即可确定保护药物R的作用。

在科学探究过程中，为了减少误差，避免偶然现象，使结果更真实，应该做多次重复实验。

（2）据题设条件可知，将蓝藻S、L基因转入某高等植物（甲）的叶绿体DNA中，只去除甲的L基因，没有去除甲的S基因。

因此，转基因植株仍包含甲植株的S 基因，不能排除转基因植株中R酶是由蓝藻的L蛋白和甲的S蛋白共同组成。

故由上述实验不能得出“转基因植株中有活性的R酶是由蓝藻的S、L组装而成”的推测。

答案：（1）对照组R＋同型半胱氨酸处理组减少随机误差（2）不能转入蓝藻S、L基因的同时没有去除甲的S基因，无法排除转基因植株R酶中的S是甲的S基因表达产物的可能性
5.在复习“细胞膜”相关知识时，小明同学想自己设计实验验证“活
细胞的细胞膜具有控制物质进出的作用”。

于是他在家中挑选相关的厨房用品作为实验用具，进行了以下的实验验证，请你按照实验设计的基本原则，补充完整小明同学的后续实验步骤，预测实验现象并分析原因。

（1）实验材料和用具：4株大小、状态相似的苋菜，2只瓷碗，1个茶杯，1个电热水壶。

（2）实验步骤：
①将2个相同的碗，编号为甲、乙。

②向甲碗中倒入一满杯清水，______________
__________________________________________。

③________________________________________。

④______________________________________。

（3）预测实验现象：__________________________
__________________________________________。

（4）实验结果的原因分析：__________________
__________________________________________。

（5）从实验变量的角度分析，小明设计的验证过程中的不足之处在于：。

解析：本题实验的目的为“验证活细胞的细胞膜具有控制物质进出的作用”，因此实验自变量为细胞死活状态，可用热水杀死植物细胞，达到控制自变量的目的。

因变量是细胞膜对物质的控制能力，可用叶片的颜色是否褪去、水是否变红作为观察指标。

在实验过程中要注意单一变量原则，其他无关变量要保持相同且适宜，如清水和开水的量要保持一致。

答案：（2）②向乙碗中倒入一满杯已用电热水壶烧开的开水
③分别向甲、乙两碗中放入2片红色苋菜叶④一段时间后，观察水和叶片颜色的变化（3）甲碗中的水和叶片颜色无明显变化；乙碗中的水呈现红色，叶片的红色褪去
（4）乙碗中细胞被高温杀死，细胞膜失去控制物质进出的功能（或失去了选择透性）（5）不能精确控制两碗中的水量相同
莘莘学子，最重要的就是不要去看远方模糊的，而要做手边清楚的事。

每一日所付出的代价都比前一日高，因为你的生命又消短了一天，所以每一日都要更用心。

这天太宝贵，不就应为酸苦的忧虑和辛涩的悔恨所销蚀，抬起下巴，抓住这天，它不再回来。

加油！！。