高考生物大二轮复习第18讲实验设计与科学探究课件高三全册生物课件
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12/8/2021
[答案] (1)活细胞在不同浓度的溶液中会发生渗透失水或吸 水
(3)用镊子撕取蚕豆叶片下表皮两块，分别置于载玻片中央的 液滴中，盖上盖玻片 将装片分别置于显微镜下观察
(4)如果 A 中气孔开放，B 中气关闭，说明失水使气孔关闭， 吸水使气孔开放 如果 A 中气孔关闭，B 中气孔开放，说明失水 使气孔开放，吸水使气孔关闭
12/8/2021
第二步：控制实验变量 实验设计的“变量”有三种：自变量、因变量、无关变量。
实验变量的1自变量的控制原则——单一变量原则。
控制原则
2无关变量控制原则——等量适宜原则。 3因变量的控制原则——可观测性原则。
12/8/2021
第三步：合理描述实验操作步骤 1．取材、分组、编号 将若干生长状况、大小等相同的材料均分为若干组，并用 A、 B、C……或甲、乙、丙……进行标号。 常用句式：把……(生长状况、大小、身高、体重、生长发育 等)相同的……随机平均分成 A、B……组，A 为对照组，B…… 为实验组(分组编号，等量对照——主要是描述“无关变量”)
12/8/2021
2．对各组施加不同的处理 不施加处理条件(自然条件或模拟自然条件)的设为对照组， 施加处理条件的设为实验组(或是相互对照组)。 注：实验组进行的处理主要是描述的自变量。 3．控制无关变量 即其他条件相同且适宜，试剂等量且适量。 常用句式：A 组加适量的……(实验处理)，B 组加等量且适 量的……(对照处理)，其他条件相同且适宜。
12/8/2021
[解析] 本题主要是验证光合作用所需的条件，意在考查实 验设计、分析实验的能力。实验设计的原则是单一变量的原则和 对照性原则，变量的设置应根据实验的目的进行设计，本实验是 验证性的实验，实验的结论是唯一的。本实验的目的是验证“希 尔反应”需要光能和叶绿体，所以实验的自变量分别是光照和叶 绿体，用观察二氯酚吲哚酚是否褪色来确定“希尔反应”是否发 生。(1)1 号试管为对照实验(处于正常状态下)，根据单一变量原 则和对照原则可推知，应向 2 号试管中加入 1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和叶绿体悬浮液 5 mL，用锡箔纸遮光(或黑暗)处理；应向 3
12/8/2021
2．探究性实验 探究性实验的结果及结论是不唯一的，解题时要把各种可能 的结果全部列出。通常，要想完整地写出探究性实验的预期结果， 需要先了解实验目的，而探究性实验的实验目的常常带有一些不 确定词语，在解题时我们可以将这些不确定词语分解开，然后分 别以确定的词语进行表述，就可以得出几个实验结论，进而根据 各种结论逆推出各种预期结果，最后再将预期结果和结论的书写 顺序组织好，按照“若出现……(实验结果)，则说明……(实验结 论)”的模式来书写即可。
12/8/2021
[考点分向突破] 考向 1 简写实验思路、完善操作步骤
(2018·河北省衡水中学模拟)在 1937 年植物生理学 家希尔发现，将叶绿体分离后置于试管中，在试管中加入适当的 “氢受体”，如二氯酚吲哚酚(简称 DCPIP)，那么照光后便会使 水分解并放出氧气，这个反应被称为“希尔反应”。反应的过程 如下(注：DCPIP 是一种可以接受氢的化合物，在氧化态时是蓝 色，在还原态时是无色。)
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号试管中加入 1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和 0.5 mol/L 蔗糖溶液 5 mL，给予光照处理。(2)根据三支试管中加入的物质和条件可以 判断 1 号试管进行了光反应，2 号试管、3 号试管不能进行光反 应。1 号试管由于可以进行光合作用导致二氯酚吲哚酚褪色，所 以 1 号试管无色；2 号试管和 3 号试管由于不能进行光合作用， 二氯酚吲哚酚不褪色，仍然显示蓝色。叶绿体本身为绿色，为排 除叶绿体颜色的干扰，不能直接观察试管内的溶液颜色而是要在 离心后观察上清液的颜色。
DCPIP(蓝色)＋H2O叶―光― 绿能→体DCPIP－H2(无色)＋12O2
12/8/2021
为验证“希尔反应”需要光能和叶绿体，现提供如下材料和 用品：试管若干、离体叶绿体、0.5 mol/L 蔗糖溶液、1%DCPIP 溶液、蒸馏水、量筒、锡箔纸、离心机。
请依据“希尔反应”涉及的实验原理，把下面的实验设计补 充完整，并回答有关问题：
② 向 2 号 试 管 中 加 入 __________________ ， ____________________处理。
③ 向 3 号 试 管 中 加 入 _________________________ ， ____________处理。
第四步：将上述试管放置在温度等其他条件相同且适宜的环 境中一段时间。
12/8/2021
请你根据所给的材料和用具设计一个实验，探究保卫细胞吸 水和失水与气孔开闭之间的关系，并得出相应的结论。
(1)实验原理： ____________。 (2)材料用具：显微镜，镊子，刀片，吸管，载玻片，盖玻片， 吸水纸，蒸馏水，质量浓度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液，蚕豆叶片下 表皮。
第五步：一段时间后，对各试管用离心机离心 5 分钟，观察 试管内上层清液的颜色。
12/8/2021
(2)实验结果及相应的结论： 观察结果：离心后 1～3 三支试管内上层清液的颜色依次为： ______________________；为什么不直接观察试管内的溶液颜色 而是要在离心后观察上清液的颜色？_____________。 实验结论：“希尔反应”需要光能和叶绿体。
12/8/2021
[解析] 阅读题干信息，“探究保卫细胞吸水和失水与气孔 开闭之间的关系”，则自变量为细胞的吸水和失水，因变量为气 孔开闭，而细胞在高浓度的溶液中细胞失水，低浓度溶液中细胞 吸水。(1)实验原理：活细胞在较高浓度的溶液中会发生渗透失水， 而在较低浓度的溶液中会渗透吸水，可以据此将保卫细胞分别置 于较高浓度溶液和较低浓度溶液中，观察气孔的开闭。(3)接下来 的步骤考查洋葱下表皮细胞临时装片的制作和观察，因此步骤 为：①取载玻片 2 片，标记为 A、B 两组，分别在中央滴加蒸馏 水和蔗糖溶液各一滴。②用镊子撕取蚕豆叶片下表皮两块，分别
12/8/2021
[解题步骤] 第一步：[认真审题]获取关键信息——DCPIP 是一种可以接 受氢的化合物，在氧化态时是蓝色，在还原态时是无色；验证“希 尔反应”需要光和叶绿体；1 号试管叶绿体悬浮液 5 mL，给予光 照处理。 第二步：[知识回顾]光合作用发生的条件；光合作用中的物 质变化；实验设计原则。 第三步：[精读问题]拟定答案。
12/8/2021
(1)方法步骤： 第一步：离体叶绿体溶解于 0.5 mol/L 蔗糖溶液制备成叶绿 体悬浮液； 第二步：选取 3 支试管，编上 1 号、2 号和 3 号。 第三步： ①向 1 号试管中加入 1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和叶绿体悬浮 液 5 mL，给予光照处理。
12/8/2021
12/8/2021
[解析] 蚯蚓的活动范围小，若要调查土壤中蚯蚓的种群密 度，一般采用的调查方法是样方法。蚯蚓的活动有利于农作物对 无机离子的吸收，原因是：①作为生态系统成分中的分解者，蚯 蚓可将土壤中的有机物分解为无机物，供农作物再利用；②蚯蚓 的活动可以疏松土壤，增加了土壤中的 O2 浓度，促进根的有氧 呼吸，有利于根对无机离子的吸收。(2)设计实验比较甲地和乙地 土壤微生物分解能力的强弱，所以自变量为土壤浸出液的来源 地，无关变量保持一致即可。
12/8/2021
(3)实验步骤： ①取载玻片 2 片，标记为 A、B 两组，分别在中央滴加蒸馏 水和蔗糖溶液各一滴。 ②___________________________________________。 ③___________________________________________。 (4)实验结果预测及结论 ①__________________________________________。 ②__________________________________________。
12/8/2021
[答案] (1)样方法 分解者 蚯蚓的活动可以疏松土壤，增 加了土壤中的 O2 浓度，促进根的有氧呼吸，有利于根对无机离 子的吸收(写出“增加土壤 O2 浓度”或“促进有氧呼吸”或“促 进呼吸作用”均可)
12/8/2021
[实训 2] (2018·石家庄质检)古语有云：“地势坤，君子以厚 德载物。”这在告诫人们君子应增厚美德，如大地一样容载万物。 而大地之所以能滋生万物，则是由于土壤为生物的生长提供了条 件。
(1)若要调查土壤中蚯蚓的种群密度，一般采用的调查方法是 __________。蚯蚓的活动有利于农作物对无机离于的吸收，原因 是：①作为生态系统成分中的__________，蚯蚓可将土壤中的有 机物分解为无机物，供农作物再利用；②________。
12/8/2021
置于载玻片中央的液滴中，盖上盖玻片。③将装片分别置于显微 镜下观察。(4)因为这是探究实验，未知实验结果，预测会有 2 种 情况：1、蒸馏水中气孔开放，蔗糖溶液中气孔关闭；2、如果蒸 馏水中气孔关闭，蔗糖溶液中气孔开放，再据结果得出结论：① 如果 A 中气孔开放，B 中气孔关闭，说明失水使气孔关闭，吸水 使气孔开放；②如果 A 中气孔关闭，B 中气孔开放，说明失水使 气孔开放，吸水使气孔关闭。
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[答案] (1)1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和叶绿体悬浮液 5 mL 用锡箔纸遮光(或黑暗) 1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和 0.5 mol/L 蔗 糖溶液 5 mL 给予光照
(2)1 号无色，2 号、3 号蓝色 排除叶绿体颜色的干扰
12/8/2021
[实训 1] (2018·福建省泉州市测试)植物叶片表皮上分布有 大量气孔，下图为气孔结构示意图，气孔两侧的细胞称为保卫细 胞，决定着气孔的开闭。有人提出气孔的开闭与保卫细胞的吸水 和失水有关。
12/8/2021
4．实验结果的观察、记录及分析 对实验结果的观察和记录，主要是描述因变量。 常用句式：把……培养或反应相同时间后，观察记录……数 据，并进行相关处理(如求平均值等)。
12/8/2021
第四步：预测实验结果，总结实验结论 1．验证性实验 验证性实验的结论具有唯一性，因此验证性实验的结果也是 唯一的，且需要与唯一的实验结论相对应。
12/8/2021
2．实验原理的确认方法 实验原理就是进行实验的理论依据，包括选择实验材料的依 据、作出假设的依据、设置实验步骤的依据、分析现象结果的依 据(或原因)、确定观测指标的依据(或原因)。因此，要熟知教材实 验中涉及的各种试剂的选择依据及相应的生理过程，进而确定实 验原理。实验原理一般由三段组成：自变量和因变量的关系＋因 变量的观测指标＋实验具体过程概括，在表述时一般使用陈述句 而不用疑问句，用肯定句而不用否定句。
第
一 部
专题突破篇
分
12/8/2021
专
题
实验与探究
五
12/8/2021
第 18 讲
实验设计与科学探究
12/8/2021
考点 1 实验设计的基本步骤 第一步：确定实验目的和实验原理 1．实验目的的确认方法 (1)根据题目信息，直接写出实验目的。 此类题目中往往含有“探究(验证、证明或研究等)”的字眼， 此即为该实验的目的。 (2)根据实验装置或实验现象，推断实验目的。 此类试题实验目的的确认方法是首先确定实验的自变量和 因变量，再寻找自变量和因变量之间的关系，此即实验的目的。
12/8/2021
(2)树林中的落叶没人打扫，落叶的厚度却没有明显增加，这 与土壤中的微生物有关。现从甲地和乙地分别采集土壤并制成土 壤浸出液。请以纤维素的分解为例，设计实验比较甲地和乙地土 壤微生物分解能力的强弱。(实验室提供纤维素粉和斐林试剂)
请写出大致实验思路，预测实验结果并得出结论。 实验思路： __________________________________________________。 结果及结论： ___________________________________________________。
[答案] (1)活细胞在不同浓度的溶液中会发生渗透失水或吸 水
(3)用镊子撕取蚕豆叶片下表皮两块，分别置于载玻片中央的 液滴中，盖上盖玻片 将装片分别置于显微镜下观察
(4)如果 A 中气孔开放，B 中气关闭，说明失水使气孔关闭， 吸水使气孔开放 如果 A 中气孔关闭，B 中气孔开放，说明失水 使气孔开放，吸水使气孔关闭
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第二步：控制实验变量 实验设计的“变量”有三种：自变量、因变量、无关变量。
实验变量的1自变量的控制原则——单一变量原则。
控制原则
2无关变量控制原则——等量适宜原则。 3因变量的控制原则——可观测性原则。
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第三步：合理描述实验操作步骤 1．取材、分组、编号 将若干生长状况、大小等相同的材料均分为若干组，并用 A、 B、C……或甲、乙、丙……进行标号。 常用句式：把……(生长状况、大小、身高、体重、生长发育 等)相同的……随机平均分成 A、B……组，A 为对照组，B…… 为实验组(分组编号，等量对照——主要是描述“无关变量”)
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2．对各组施加不同的处理 不施加处理条件(自然条件或模拟自然条件)的设为对照组， 施加处理条件的设为实验组(或是相互对照组)。 注：实验组进行的处理主要是描述的自变量。 3．控制无关变量 即其他条件相同且适宜，试剂等量且适量。 常用句式：A 组加适量的……(实验处理)，B 组加等量且适 量的……(对照处理)，其他条件相同且适宜。
12/8/2021
[解析] 本题主要是验证光合作用所需的条件，意在考查实 验设计、分析实验的能力。实验设计的原则是单一变量的原则和 对照性原则，变量的设置应根据实验的目的进行设计，本实验是 验证性的实验，实验的结论是唯一的。本实验的目的是验证“希 尔反应”需要光能和叶绿体，所以实验的自变量分别是光照和叶 绿体，用观察二氯酚吲哚酚是否褪色来确定“希尔反应”是否发 生。(1)1 号试管为对照实验(处于正常状态下)，根据单一变量原 则和对照原则可推知，应向 2 号试管中加入 1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和叶绿体悬浮液 5 mL，用锡箔纸遮光(或黑暗)处理；应向 3
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2．探究性实验 探究性实验的结果及结论是不唯一的，解题时要把各种可能 的结果全部列出。通常，要想完整地写出探究性实验的预期结果， 需要先了解实验目的，而探究性实验的实验目的常常带有一些不 确定词语，在解题时我们可以将这些不确定词语分解开，然后分 别以确定的词语进行表述，就可以得出几个实验结论，进而根据 各种结论逆推出各种预期结果，最后再将预期结果和结论的书写 顺序组织好，按照“若出现……(实验结果)，则说明……(实验结 论)”的模式来书写即可。
12/8/2021
[考点分向突破] 考向 1 简写实验思路、完善操作步骤
(2018·河北省衡水中学模拟)在 1937 年植物生理学 家希尔发现，将叶绿体分离后置于试管中，在试管中加入适当的 “氢受体”，如二氯酚吲哚酚(简称 DCPIP)，那么照光后便会使 水分解并放出氧气，这个反应被称为“希尔反应”。反应的过程 如下(注：DCPIP 是一种可以接受氢的化合物，在氧化态时是蓝 色，在还原态时是无色。)
12/8/2021
号试管中加入 1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和 0.5 mol/L 蔗糖溶液 5 mL，给予光照处理。(2)根据三支试管中加入的物质和条件可以 判断 1 号试管进行了光反应，2 号试管、3 号试管不能进行光反 应。1 号试管由于可以进行光合作用导致二氯酚吲哚酚褪色，所 以 1 号试管无色；2 号试管和 3 号试管由于不能进行光合作用， 二氯酚吲哚酚不褪色，仍然显示蓝色。叶绿体本身为绿色，为排 除叶绿体颜色的干扰，不能直接观察试管内的溶液颜色而是要在 离心后观察上清液的颜色。
DCPIP(蓝色)＋H2O叶―光― 绿能→体DCPIP－H2(无色)＋12O2
12/8/2021
为验证“希尔反应”需要光能和叶绿体，现提供如下材料和 用品：试管若干、离体叶绿体、0.5 mol/L 蔗糖溶液、1%DCPIP 溶液、蒸馏水、量筒、锡箔纸、离心机。
请依据“希尔反应”涉及的实验原理，把下面的实验设计补 充完整，并回答有关问题：
② 向 2 号 试 管 中 加 入 __________________ ， ____________________处理。
③ 向 3 号 试 管 中 加 入 _________________________ ， ____________处理。
第四步：将上述试管放置在温度等其他条件相同且适宜的环 境中一段时间。
12/8/2021
请你根据所给的材料和用具设计一个实验，探究保卫细胞吸 水和失水与气孔开闭之间的关系，并得出相应的结论。
(1)实验原理： ____________。 (2)材料用具：显微镜，镊子，刀片，吸管，载玻片，盖玻片， 吸水纸，蒸馏水，质量浓度为 0.3 g/mL 的蔗糖溶液，蚕豆叶片下 表皮。
第五步：一段时间后，对各试管用离心机离心 5 分钟，观察 试管内上层清液的颜色。
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(2)实验结果及相应的结论： 观察结果：离心后 1～3 三支试管内上层清液的颜色依次为： ______________________；为什么不直接观察试管内的溶液颜色 而是要在离心后观察上清液的颜色？_____________。 实验结论：“希尔反应”需要光能和叶绿体。
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[解析] 阅读题干信息，“探究保卫细胞吸水和失水与气孔 开闭之间的关系”，则自变量为细胞的吸水和失水，因变量为气 孔开闭，而细胞在高浓度的溶液中细胞失水，低浓度溶液中细胞 吸水。(1)实验原理：活细胞在较高浓度的溶液中会发生渗透失水， 而在较低浓度的溶液中会渗透吸水，可以据此将保卫细胞分别置 于较高浓度溶液和较低浓度溶液中，观察气孔的开闭。(3)接下来 的步骤考查洋葱下表皮细胞临时装片的制作和观察，因此步骤 为：①取载玻片 2 片，标记为 A、B 两组，分别在中央滴加蒸馏 水和蔗糖溶液各一滴。②用镊子撕取蚕豆叶片下表皮两块，分别
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[解题步骤] 第一步：[认真审题]获取关键信息——DCPIP 是一种可以接 受氢的化合物，在氧化态时是蓝色，在还原态时是无色；验证“希 尔反应”需要光和叶绿体；1 号试管叶绿体悬浮液 5 mL，给予光 照处理。 第二步：[知识回顾]光合作用发生的条件；光合作用中的物 质变化；实验设计原则。 第三步：[精读问题]拟定答案。
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(1)方法步骤： 第一步：离体叶绿体溶解于 0.5 mol/L 蔗糖溶液制备成叶绿 体悬浮液； 第二步：选取 3 支试管，编上 1 号、2 号和 3 号。 第三步： ①向 1 号试管中加入 1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和叶绿体悬浮 液 5 mL，给予光照处理。
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[解析] 蚯蚓的活动范围小，若要调查土壤中蚯蚓的种群密 度，一般采用的调查方法是样方法。蚯蚓的活动有利于农作物对 无机离子的吸收，原因是：①作为生态系统成分中的分解者，蚯 蚓可将土壤中的有机物分解为无机物，供农作物再利用；②蚯蚓 的活动可以疏松土壤，增加了土壤中的 O2 浓度，促进根的有氧 呼吸，有利于根对无机离子的吸收。(2)设计实验比较甲地和乙地 土壤微生物分解能力的强弱，所以自变量为土壤浸出液的来源 地，无关变量保持一致即可。
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(3)实验步骤： ①取载玻片 2 片，标记为 A、B 两组，分别在中央滴加蒸馏 水和蔗糖溶液各一滴。 ②___________________________________________。 ③___________________________________________。 (4)实验结果预测及结论 ①__________________________________________。 ②__________________________________________。
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[答案] (1)样方法 分解者 蚯蚓的活动可以疏松土壤，增 加了土壤中的 O2 浓度，促进根的有氧呼吸，有利于根对无机离 子的吸收(写出“增加土壤 O2 浓度”或“促进有氧呼吸”或“促 进呼吸作用”均可)
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[实训 2] (2018·石家庄质检)古语有云：“地势坤，君子以厚 德载物。”这在告诫人们君子应增厚美德，如大地一样容载万物。 而大地之所以能滋生万物，则是由于土壤为生物的生长提供了条 件。
(1)若要调查土壤中蚯蚓的种群密度，一般采用的调查方法是 __________。蚯蚓的活动有利于农作物对无机离于的吸收，原因 是：①作为生态系统成分中的__________，蚯蚓可将土壤中的有 机物分解为无机物，供农作物再利用；②________。
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置于载玻片中央的液滴中，盖上盖玻片。③将装片分别置于显微 镜下观察。(4)因为这是探究实验，未知实验结果，预测会有 2 种 情况：1、蒸馏水中气孔开放，蔗糖溶液中气孔关闭；2、如果蒸 馏水中气孔关闭，蔗糖溶液中气孔开放，再据结果得出结论：① 如果 A 中气孔开放，B 中气孔关闭，说明失水使气孔关闭，吸水 使气孔开放；②如果 A 中气孔关闭，B 中气孔开放，说明失水使 气孔开放，吸水使气孔关闭。
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[答案] (1)1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和叶绿体悬浮液 5 mL 用锡箔纸遮光(或黑暗) 1%DCPIP 溶液 0.5 mL 和 0.5 mol/L 蔗 糖溶液 5 mL 给予光照
(2)1 号无色，2 号、3 号蓝色 排除叶绿体颜色的干扰
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[实训 1] (2018·福建省泉州市测试)植物叶片表皮上分布有 大量气孔，下图为气孔结构示意图，气孔两侧的细胞称为保卫细 胞，决定着气孔的开闭。有人提出气孔的开闭与保卫细胞的吸水 和失水有关。
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4．实验结果的观察、记录及分析 对实验结果的观察和记录，主要是描述因变量。 常用句式：把……培养或反应相同时间后，观察记录……数 据，并进行相关处理(如求平均值等)。
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第四步：预测实验结果，总结实验结论 1．验证性实验 验证性实验的结论具有唯一性，因此验证性实验的结果也是 唯一的，且需要与唯一的实验结论相对应。
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2．实验原理的确认方法 实验原理就是进行实验的理论依据，包括选择实验材料的依 据、作出假设的依据、设置实验步骤的依据、分析现象结果的依 据(或原因)、确定观测指标的依据(或原因)。因此，要熟知教材实 验中涉及的各种试剂的选择依据及相应的生理过程，进而确定实 验原理。实验原理一般由三段组成：自变量和因变量的关系＋因 变量的观测指标＋实验具体过程概括，在表述时一般使用陈述句 而不用疑问句，用肯定句而不用否定句。
第
一 部
专题突破篇
分
12/8/2021
专
题
实验与探究
五
12/8/2021
第 18 讲
实验设计与科学探究
12/8/2021
考点 1 实验设计的基本步骤 第一步：确定实验目的和实验原理 1．实验目的的确认方法 (1)根据题目信息，直接写出实验目的。 此类题目中往往含有“探究(验证、证明或研究等)”的字眼， 此即为该实验的目的。 (2)根据实验装置或实验现象，推断实验目的。 此类试题实验目的的确认方法是首先确定实验的自变量和 因变量，再寻找自变量和因变量之间的关系，此即实验的目的。
12/8/2021
(2)树林中的落叶没人打扫，落叶的厚度却没有明显增加，这 与土壤中的微生物有关。现从甲地和乙地分别采集土壤并制成土 壤浸出液。请以纤维素的分解为例，设计实验比较甲地和乙地土 壤微生物分解能力的强弱。(实验室提供纤维素粉和斐林试剂)
请写出大致实验思路，预测实验结果并得出结论。 实验思路： __________________________________________________。 结果及结论： ___________________________________________________。