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生物实验设计与课题研究
【知识网络】
内涵：指正式进行科学实验之前，根据一定的目的要求，运用有关的原理，制定一套实验的研究方案
内容：包括实验题目、假设、预期、实验、观察和收集数据、分析、推论、交流等
实验设计 原则：对照原则、平行重复原则、单因子变量原则
明确目的要求
分析实验原理
方法 选择实验器材
设计实验步骤
记录实验现象和数据
分析现象得出结论
含义：指学生在教师指导下，从学习和社会生活中选择并确定深入探
究的问题
①明确探究问题
②制定研究计划
研究性课题 实施过程 ③确定研究方法
④实施研究计划
⑤统计数据得出结论
⑥交流表达展示成果
一般方法：①实验法 ②观察法 ③调查法 ④文献法
【学法点拨】
实验设计和课题研究是近年高考的一个重点，主要考查学生科学研究的能力，试题的灵活性、开放性较大，对学生的能力要求较高。在学习中应注意以下几点：
1.重视书本实验的理解和操作。万丈高楼平地起。实验设计能力的形成不是一蹴而就的，是逐步形成的。首先要认真分析和操作书本实验，理解基本的实验方法，具备一定的操作技能；其次以课文中经典实验为载体，如光合作用的发现、生长素的发现、孟德尔豌豆杂交实验、肺炎双球菌转化实验等，从中思考、领悟其实验设计的思路、程序、方法、原理以及实验现象和结论等，为分析、设计实验奠定基础。
2．掌握实验设计的基本原则、方法、内容和课题研究的方法、过程等。具体内容见“知识网络”部分。
3．遵循由浅入深、由易到难、由简单到复杂的认识规律，逐步提高实验设计和课题研究能力。先就问题的提出、实验的设计、对实验结果的假设、对假设的验证、实验现象和数据的观察记录、实验结果的表述等基本环节逐项逐点落实，然后再尝试一个完整的实验方案和课题计划的制定。
4．积极动手参与实验设计与课题研究活动，在实践中提高科学探究能力。
实验设计
【考点指津】
1． 理解实验设计的内涵、内容和类型
2． 掌握实验设计的原则和步骤
3． 应用实验设计原理分析、解释、评价和设计实验
4． 理解探索性实验的一般方法，即提出问题，做出假设，设计并进行实验，分析和处理实验数据，作出合理的结论
【讲练平台】
例1．(2001年广东高考)为证实“二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料”，某同学制定了下列实验方案：
⑴实验目的（略）
⑵实验材料和用具（略）
⑶实验方法和步骤
1 用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液，密封不透气。
②将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内储藏的有机物。暗室内装有红色安全灯。
③饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其充分进行光合作用。
④取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。
⑤将已脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘—碘化钾溶液，检测有无葡萄糖的特异颜色反应出现。
该实验方案有几项明显错误，请指出错误并改正。
解析：这是一道对现成的实验方案进行分析、评价的试题，考察学生对相关基础知识的掌握程度和对实验设计方法、原则的理解程度。要证明CO2是光合作用合成有机物必需的原料，必须要设计正反两个实验，其中一个用来证明供应CO2，有有机物合成，另一个用来证明在其他条件都相同的情况下，去掉CO2，则无有机物合成。题目所给实验方案缺乏对照，这是一个不符合科学实验方法的错误。绿色植物光合作用时主要吸收红光和蓝紫光，在暗室内装有红色安全灯，植物仍会进行光合作用，应将红色灯改为绿色灯。遇碘—碘化钾溶液呈蓝色，这是淀粉的特性而非葡萄糖。对实验方案的分析、解释、评价和完善是实验设计的基本层次，复习中应予以足够重视。
答案：⑴实验步骤②中暗室内用红色安全灯是错误的，应改为绿色安全灯（此项不改，仅在对照中提到也给分）
⑵实验步骤⑤中的“葡萄糖”是错误的，改为淀粉。
⑶未设对照。对照的作法是：
a．装置同题干中的步骤①，但玻璃罩内用同一种生长状况相同的另一株植物代替题干中的植物；用一杯清水代替NaOH溶液。
b．将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内储藏的有机物。暗室内装有绿色安全灯
c．重复题干中步骤③、④
d．重复改正后的题干中的步骤⑤
例2．(2000年江苏高考)血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏则血液不能凝固，草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝固作用。请根据提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，验证钙离子在血液凝固中的作用，并回答问题。
1、 实验材料和用具
⑴家兔 ⑵生理盐水 ⑶酒精棉 ⑷适宜浓度的草酸钾溶液 ⑸适宜浓度的氯化钙溶液 ⑹试管、注射器（针管、针头）
2、 实验步骤和结果
第一步：A、B试管分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水（见下图）
第二步：
……
问题：设置B管的目的是 。
解析：本题要求有两个，一是完成实验设计和给出实验结果，二是回答实验设计中的相关问题。实验的目的是验证钙离子在血液凝固中的作用，钙离子是实验因子。实验原理题目中以信息的形式给出，包括二方面：一是钙有凝血作用，二是草酸钾溶液能与血液中的钙离子反应产生草酸钙沉淀。尽管题目提供的实验材料和用具没有指明数量，但题目已给出了实验设计的第一步，从第一步可以看出是要设计对照实验，因此实验的思路及预期的结果应是：设计两组实验，有钙→血液凝固，无钙→血液不凝固。根据这一思路，学生一般能正确地写出第二步、第三步（见答案），至此，题目中还有一个条件没用到，即适宜浓度的氯化钙溶液，这是很多同学容易忽略的。适宜浓度的氯化钙溶液作用是什么？推敲前三步设计可发现，实验还是不够严密的，A管内血液不凝固的因素并不唯一，是否可能是草酸钾的直接作用？要排除这一因素，一个可行的办法是在A管内继续加入钙，看是否会凝固。如果A管血液凝固，则比较严密地证明了钙对血液凝固的作用。本题开放性大，要求学生实验设计能力强，思维灵活缜密。
答案：第二步：用酒精棉消毒，用注射器取家兔血液。
第三步：立即将等量的新鲜血液分别加入A、B两试管中。实验结果是A管不凝固，B管凝固。
第四步：将等量的CaCl2溶液分别加入到A、B两试管中。（B管因血液已凝固，在此也可以不加）实验结果是A管凝固，B仍然凝固。
对照
例3．(2002年广东高考)现有一种由人工膜制成的袋，为检测淀粉和碘能否通过该膜，现提供试剂和用品如下：铁架台、烧杯和人工膜袋各一个，1%的淀粉溶液、稀碘溶液和细棉线。
⑴请用上述试剂和用品，设计一个实验装置，探究淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能否通过该膜，请用示意图表示（加图注）。
⑵实验结果预测及分析
①
②
③
④
解析：本题是一道考查学生对探索性实验的一般方法理解能力的一道试题。探索性实验的一般方法包括：提出问题，做出假设，设计并进行实验，分析和处理实验现象或数据，作出结论。本题提出了要探究的问题，即“淀粉溶液中的淀粉和碘溶液中的碘能否通过该膜”，要求学生利用提供的试剂和用品，设计并进行实验，预测并分析实验结果。本题的知识背景是渗透作用原理，能力背景是相关实验技能和方法。解题的关键是，不能把“人工膜”混淆为“选择透过性膜”，明确“人工膜”其性质是“未知的”，是要探究、鉴定的。然后依据渗透吸水原理设计实验装置，预测并分析实验结果。答案中出现的问题是：示意图画不清楚，未加图注，实验结果预测和分析与实验装置不一致，语言表达不全面、不清晰等。随着新教材的使用和高考改革的深入，探索性实验的比重将会逐步增大。
答案：⑴右图所示。
⑵实验结果预测及分析
1 袋内外液体均不变蓝，表明淀粉和碘均不能通过；
2 袋内外液体均变蓝，表明淀粉和碘均能通过；
3 袋内液体变蓝，袋外液体不变蓝，表明碘能通过，淀粉不能通过；
4 袋外液体变蓝，袋内液体不变蓝，表明碘不能通过，淀粉能通过。
（注：结果预测应与实验设计一致）
4．设计一个实验证明土壤中农药能被微生物分解。
解析：这是一道给出实验目的，要求自选材料设计实验方案的试题，这是实验设计中层次较高的一类题型，要求学生具有较强的实验设计能力和创新能力。本题实验目的是“证明土壤中农药能被微生物分解”，依据的实验原理是微生物的净化作用。遵循实验设计的对照原则和单一变量原则，土壤中农药被分解是由于微生物的作用，选择经高压灭菌后的土壤作对照实验。一段时间后，检测两组容器农药的残留量，得出有关结论。因此所需的实验材料和用具有：农药、有代表性的土壤、盛放土壤的容器、高压灭菌装置、检测农药的装置、温箱等。实验步骤见答案。
答案：选取几种有代表性的土壤，将土壤混合均匀，并等量地分装在一些相同的容器中。容器分成两组：一组进行高压灭菌；另一组作为对照不灭菌。接着，分别向两组容器的土壤上喷洒等量的“敌草隆”，然后把两组容器放入恒温箱中培养。六周后，检测两组容器中“敌草隆”消失的情况，发现经灭菌处理过的土壤中“敌草隆”只被分解了10%，而对照组土壤中的“敌草隆”则被分解了近50%。从实验中可以说明微生物能分解土壤中的农药。
【知能集成】
1、 实验设计的原则
1．对照性原则：常用的对照方法有①空白对照，即不给对照组任何处理因素（相对实验组而言）；②条件对照，即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究的处理因素；③自身对照，即对照和实验都在同一研究对象上进行；④相互对照，即不单设对照组，而是几个实验组相互对照。
2．单因子变量原则：控制其它因素不变，只改变其中一个因素，观察其对实验结果的影响。
3．平行重复原则：控制某种因素的变化幅度，在同样的条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。
2、 实验设计的基本步骤
明确目的要求→分析实验原理→选择实验器材→设计实验步骤→记录实验现象和数据→分析现象得出结论。
3、 实验设计的类型
1．对现成的实验设计方案进行分析、解释和评价，如上述例1。
2．根据给出的材料用具、药品及实验目的，设计实验方案，如例2、例3。根据实验结论的确定与否，又分为验证性实验的实验设计（如例2）和探索性实验的实验设计（如例3）。探索性实验的一般方法包括提出问题、作出假设、设计并进行实验、分析和处理实验现象或数据。探索性的实验具有开放性特点。
3．根据给出的实验目的，自选实验材料，设计实验方案，如例4。
【训练反馈】
1．如图表示一位学生设计的实验，用来证明CO2是光合作用的主要原料。
⑴该实验装置有多处设计不当，请指出其主要错误：
① ；
② ；
③ ；
④ 。
⑵如需设计对照实验，请描述对照实验的实验设计。
2．探究酸雨危害的实验。
酸雨是指含有一定数量的酸性物质（硫酸、硝酸、盐酸、碳酸等）、pH小于5.6的酸性降雨。酸雨的形成是一个非常复杂的过程。一般认为，酸雨的形成主要是由于人为排放的二氧化硫进入大气后，造成局部地区大气中二氧化硫富集，在水的凝集过程中形成硫酸等酸性物质，随雨水降落下来。
实验探究：探究“酸雨”对小麦种子萌发的影响。
材料器具：培养皿、用清水浸泡过的小麦种子、清水、以硫酸为材料配置的不同pH的“酸雨”。
请你根据上述材料器具，设计实验步骤：
⑴取 分别放进规格相同的培养皿中，并 。
⑵ 。
⑶ 。
⑷除探究酸雨对小麦种子萌发的影响外，还可以从哪些角度探究酸雨对小麦生长的影响？请列出你设计的另一项选题的名称 。
3．下面是某校生物课外科技活动小组人工孵化蛙卵的实验记录表。回答问题：
项目 水源 水量 水温 水深 蛙卵数 孵化天数 孵化蝌蚪
A组 池塘水 500mL 22~25℃ 5cm 250 4 245
B组 自来水 500mL 13℃ 10cm 250 8 165
（1）B组孵化率低的原因有_________________________________________
（2）若B组的孵化温度改为22℃~25℃，再采取哪些适当的措施可以提高B组的孵化率？_________
（3）利用A组同时孵化出的蝌蚪多条，再提供玻璃缸若干，甲状腺激素和生长激素制剂少量，池水及蝌蚪饲料，设计实验，说明比较甲状腺激素和生长激素对小动物发育的影响。
4．神经、肌肉都是可兴奋组织，受到刺激后都有兴奋表现，刺激神经产生兴奋后，兴奋可由神经通过神经肌肉接触点传达到肌肉，从而引起肌肉的兴奋。南美洲的一种植物制剂-----箭毒可阻断神经——肌肉接触点的兴奋传导。现想通过实验验证这一点，根据提供实验设计思路补充下面实验步骤：
实验材料：神经——肌肉标本，适宜的放电装置，箭毒制剂（液体），吸管
实验步骤：第一步：用电刺激肌肉组织，肌肉组织兴奋收缩；用电刺激神经纤维，神经纤维兴奋，肌肉组织收缩
第二步：
…
结论：
5．鼠妇是一种小型的陆生节肢动物。现计划对鼠妇的某些生活习性进行验证实验，请你根据需要选择利用所提供的材料用具设计一个简单的实验方案，以了解鼠妇是否喜欢生活在常温下的湿土中。
材料用具：鼠妇15只、圆形纸盒若干个（半径40cm）、干燥土壤若干千克、清水、冰箱。
实验方案：（可绘出示意图说明）
实验结果预测及分析：
6．（2003年北京春招）现有一植物的种子，已经知道它的萌发受水分、温度和氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关，探究光的有无对该种子萌发的影响，请你依据所给材料和用品设计出实验的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。
材料和用品：数量充足的铺有滤纸的培养皿、无菌水、表面消毒过的种子等。
⑴方法步骤：
① 。
② 。
⑵可能的实验结果及相应的结论：
① 。
② 。
③ 。
参 考 答 案
1．⑴①选择的植物应为黑暗处理48小时的（消耗掉原有的淀粉） ②不应用绿色玻璃瓶（光合作用几乎不利用绿光，最好用无色玻璃瓶） ③应从各个方向照光 ④无对照实验
⑵提示：①对照实验的实验条件与改正后的实验装置基本相同，只是Ca（OH）2溶液换成水溶液，这样实验组（无CO2）和对照组（有CO2）除CO2这一实验条件不同外，其他实验条件完全一样
②将实验组和对照组的叶片取出，经酒精煮沸脱色后，滴加等量碘液，实验组不变蓝，对照组变蓝，从而证明CO2是光合作用的主要原料
2．⑴相等数量的小麦种子 给培养皿编号
⑵定时向培养皿中的种子喷洒不同pH的“酸雨”，对照组喷洒清水
⑶观察、记录种子萌发的情况，并分析实验结果（得出结论）
⑷探究酸雨对小麦幼苗生长的影响（或答：探究酸雨对小麦根尖细胞分裂的影响等）
3． ⑴自来水中少量的氯、次氯酸对蛙胚有毒害作用；孵化温度太低；水深过大，氧气供应不足等
⑵①自来水放置几天，光照除氯、次氯酸
②鱼缸中加入适当水生植物，提高溶氧量
⑶将鱼缸分组，放入等量水，随机放入等量蝌蚪，同等条件下做实验
①对照组，喂食普通饲料
②喂食含有甲状腺激素制剂的饲料
③喂食含有生长激素制剂的饲料
④喂食同时含有甲状腺激素制剂和生长激素制剂的饲料
观察实验结果，做好记录。
分析：
若②比①变态快说明甲状腺激素促进发育
若③比①生长快，但同时变态说明生长激素促进生长
若④比③、②单独作用强，说明两者有协同作用
（注：在没有给定实验结果时，各种可能性都要做分析，不能遗漏。）
4． ①将箭毒涂在神经纤维上，用电刺激分别作用于神经纤维和肌肉上，肌肉都发生收缩
②将箭毒涂在肌肉上，用电刺激分别作用于神经纤维和肌肉上，肌肉都发生收缩
③将箭毒涂在整个标本上，用电刺激神经纤维，肌肉不收缩；刺激肌肉，肌肉收缩
结论：箭毒对神经纤维和肌肉自身的兴奋性没有影响，但可以阻断神经—肌肉接触点处的兴奋传导
5．实验方案：
1 取适量土壤，分成三等份，一份干燥、一份洒水成湿土、一份洒水并冷冻成冻湿土；
2 将三份土壤铺在一个圆形纸盒里，各占相同面积，如右图所示；
3 将15只鼠妇放在纸盒中央三土交界处，观察并记录它们的移动方向。
（或其它合理的设计方案也可）
结果预测及分析：
1 若一段时间后，鼠妇移向干土，说明它们不喜欢生活在湿土中；
2 一段时间后，鼠妇移向冷冻过的湿土，说明它不喜欢生活在常温下的湿土中；
③若一段时间后，鼠妇移向未冷冻过的湿土，说明它喜欢生活在常温下的湿土中。
6． ⑴方法步骤：
1 向培养皿中倒入适量的水，将等量的种子分别放入两组培养皿中
2 将一组置于有光照的环境中，另一组置于黑暗环境中，在培养过程中，使两组所处温度、水分、空气状况适宜且相同
⑵可能的实验结果及相应的结论：
1 有光组萌发，无光组也萌发（或答发芽率差异不显著），该种植物的种子萌发不受光的影响
2 有光组萌发，无光组不萌发（或答有光组发芽率高于无光组，差异显著），光是该种植物种子萌发的必要条件之一
3 有光组不萌发，无光组萌发（或答无光组发芽率高于有光组，差异显著），光抑制该种植物种子的萌发
课题研究的初步计划
【考点指津】
1． 理解课题研究计划的主要内容
2． 掌握课题研究的基本方法
3． 在课题研究的过程中，发展科学探究的能力（包括收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力和信息交流能力等）
【讲练平台】
例1．某研究性学习小组在进行“调查环境污染对生物的影响”课题研究时，确定了对“家庭煤炉对植物生长的影响”子课题研究，并制定了研究方案。请回答下列问题：
⑴你认为该研究方案包括哪些内容？
。
⑵简述该课题研究的两点主要意义：①
② 。
⑶你对该课题研究作出的假设是 ；
预期是 。
⑷该小组开展研究的过程和结果如下：
取两盆生长状况相似的葱，一盆（编号1）置于阳台，一盆（编号2）置于厨房煤炉旁，白天给予同样的护理，并进行同样的光照，经过一个月的观察，结果如下：
项目 编号 原来形态 一周后 二周后 三周后 四周后
长度 1 4.8cm 5.1cm 5.8cm 6.7cm 8.1cm
2 5.1cm 5.3cm 5.7cm 6.1cm 6.6cm
颜色 1 绿色 绿色 绿色 绿色 绿色
2 绿色 绿色 顶尖变黄 黄色扩大 顶尖枯掉
①该课题采用的研究方法是 。
②你得出的初步结论是 。
⑸如果让你完成该课题的研究报告，你的报告中应含有的主要内容是
。
解析：课题研究是新教材新增的一项内容，要求学生会指定课题研究的计划和方案，并按照计划和方案独立完成或协作完成课题研究任务。本题以“调查环境污染对生物的影响”为例，确定了较为适宜的课题研究内容，即“家庭煤炉对植物生长的影响”。该课题研究的目的是学会调查研究环境污染对植物影响的基本方法，了解大气污染对植物生长的不利影响。一个完整的课题研究方案应包括研究目的、内容、方法、形式、结论、研究报告等。该课题采用的研究方法是实验法和观察法。实验过程的设计和实验现象的观察记录是学生应当掌握的，本题把研究的过程和结果以已知信息出现，降低了题目难度，同学们可从中领悟实验研究的方法。
答案：⑴研究目的、研究方法、完成时间、结果预测、结论、报告形式等
⑵①学会调查研究环境污染对植物影响的基本方法
②了解大气污染对植物生长的不利影响
⑶煤球燃烧产生的二氧化硫会影响植物的生长 一段时间后，在煤炉旁生活的植物会出现病症
⑷ ①实验法、观察法 ②家庭煤炉燃烧产生的气体影响植物的生长
⑸前言（包括课题研究的目的、原理、意义等）、材料与方法、结果、结论与讨论、参考文献等
【知能集成】
1． 课究计划的主要内容
课题研究计划包括课题名称、研究目的、研究方法、研究形式、完成时间、人员分工、结果预测、结论、报告交流形式等。
⑴课题的选择：体现科学性、可行性、实践性、创造性原则，要贴近实际，宜小不宜大。
⑵研究形式：以小组为单位或个人独立完成
⑶成果展示形式：文字报告、图片、照片资料配说明、自制录象片等
⑷研究报告内容：题目、作者、摘要、报告主体、参考资料等。其中报告主体有引言、研究方法与过程、结果与结论、比较与讨论等内容
2．课题研究的一般方法
⑴文献法：文献是把人类在生产活动、社会实践和科学实验中积累的知识和经验用文字、图形、符号、声频、视频等手段记录下来的资料。利用查阅这些资料来获取信息的方法就是文献法。如收集有关生物工程产业发展的信息。
⑵调查法：指通过访问、座谈、问卷等形式，亲身接触和广泛了解研究对象的方法。常用的调查法有跟踪调查，如环境污染的调查；抽样调查，如人类遗传病的调查；实地考察，如评价社区生态环境。
⑶观察法：法拉第说：“没有观察，就没有科学。科学发现诞生于仔细的观察中。”观察是开展课题研究不可或缺的重要手段。观察前要制定周密计划，观察中要细致专心，勤作记录，观察后要实事求是，科学分析。
⑷实验法：指运用一定的仪器设备在实验室、实验园地或野外进行验证设想、探究疑难、比较优劣等。实验在控制条件下完成，且通常设有对照组，所以具有科学性、可比性，是生物课题研究的基本方法。如观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响。
【训练反馈】
1．某生物兴趣小组开展“不同浓度生长素类似物对种子萌发和幼苗生长的影响”的课题研究，老师提供的材料用具有：吲哚乙酸浓溶液，萝卜种子，试管，移液管，培养皿，滤纸。假如你是其中的一员，请回答下列问题并继续完成本实验。
⑴要测定生长素类似物对种子萌发和幼苗生长的影响，你可以采用的测定指标是 、 等。
⑵你对该课题作出的实验假设是 ；实验预期是 。
⑶利用题中提供的实验材料和用具完成下列未完成的实验步骤：
第一步：配置浓度分别为1000㎎/L、10㎎/L、0.1㎎/L、1μg/L、0.01μg/L的IAA溶液。取6支试管，编号待用。
第二步：
第三步：
第四步：
第五步：一周后进行观察，测量，统计。
⑷设计一张表格用于在实验时记录数据。
2．随着经济的高速发展，工业污染越来越严重，其中大气污染就是重要的污染源之一，因为大气污染能形成酸雨。一般说，天然降雨都偏酸性，pH约在6～7之间，这是因为大气中的部分二氧化碳溶于雨水而形成碳酸的缘故。这里所说的酸雨是指雨水中含有一定数量的酸性物质如硫酸、硝酸、盐酸、碳酸等，pH小于5.6的酸性降水。
针对上述情况，希望同学们积极行动起来，开展探究性学习，还我一个明净的天空。
①写出你对酸雨进行探究性学习的主要内容
②有水槽、河水、盐酸、pH试纸、小蝌蚪若干，请你设计实验，探究酸雨对生物的生长发育是否有影响，将实验设计方案填入下表：
实验组水槽
对照组水槽
3．在人群中，有耳垂和无耳垂是一对相对性状，已知无耳垂是隐性性状，有耳垂是显性性状。某小组计划调查南通市50个家庭的父母与子女间这对相对性状的遗传（一对夫妻只有一个孩子），作为一次研究性学习活动。
⑴如果你是该小组中的一员，请确定本次研究的主要目的：
。
⑵请设计一张表格用于调查时统计数据，并给表格起一个标题。
⑶该实验的不足之处是： 。
4．某课题小组的研究性学习课题是“探究影响细菌生长繁殖的因素。”他们在培养细菌的过程中发现了某种细菌（记作R）的周围其他细菌的生长繁殖受到抑制。他们把R细菌接种到专门的培养基上培养，一段时间后除去R细菌，用该培养基再培养其他细菌，结果其他细菌仍然不能生长和繁殖。据以上材料回答下列问题：
⑴从生态学的角度分析，R细菌与其周围细菌之间的关系叫 。
⑵R细菌周围的其他细菌不能生长和繁殖的原因最可能是
。
⑶为验证⑵中的原因而进行了如下实验。请参照上述题目中给出的有关材料，补充相关的实验步骤及结果：
第一步：取两个培养皿，按相同营养成分配置成甲、乙两个培养基。
第二步：
第三步： 。
第四步：在相同条件下，让甲、乙两个培养基上的细菌生长繁殖。
实验结果： 。
5．（2002上海高考）某生物学兴趣小组开展“不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”的课题研究。他们已将香烟和蒸馏水按照1:1的重量比浸泡24小时，过滤后的滤液作为原液。如果你是其中的一员，请回答：
⑴采用何种测定指标来确定香烟浸出液对水蚤有无影响？（只要一种指标）
⑵做该实验时必备的实验器材是：
⑶写出实验的主要操作步骤。
⑷设计一张表格用于实验时记录数据。
参 考 答 案
1．⑴种子发芽率 幼根长度 胚轴长度
⑵一定浓度的IAA溶液对种子的萌发和幼苗生长有促进作用 经不同浓度IAA溶液处理过的种子，1周之后种子的萌发和幼苗的生长会有区别
⑶第二步：在1～5号试管中，分别加入5ml不同浓度的IAA溶液，6号试管中加蒸馏水。
第三步：在6个试管中各放入20粒种子
第四步：24h后取出种子，取6个培养皿编号，每个培养皿内部都事先垫上滤纸，1～5号分别用不同浓度的IAA溶液（序号应与试管号对应），6号培养皿内的滤纸用蒸馏水浸湿。将从1～6号试管中取出的种子分别放入与之对应的1～6号培养皿中，均匀摆放。盖上培养皿盖，放暗处培养。
⑷
不同浓度的IAA溶液 种子发芽率 幼根长度 胚轴长度
1号（1000㎎/L）
2号（10㎎/L）
3号（0.1㎎/）
4号（1μg/L）
5号（0.01μg/L）
6号（蒸馏水）
2．①原因 危害 防治（答出任何一项均可）
②
实验组水槽 河水2L 盐酸若干毫升 PH为5.0(<5.6即可) 蝌蚪30只
对照组水槽 河水2L 同上等量的河水 PH为6.8(介于6～7即可) 蝌蚪30只
(强调等量) (强调等量) （注重pH范围） (强调等量)
不宜过少
3．⑴确定这一性状是否为伴性遗传（或验证基因的分离规律、调查基因的频率等正确的说法都可）
⑵ 南通市部分家庭耳垂性状的调查统计表
父亲性状 母亲性状 儿子性状 女儿性状
有耳垂 无耳垂 有耳垂 无耳垂
有耳垂 有耳垂
有耳垂 无耳垂
无耳垂 有耳垂
无耳垂 无耳垂
⑶被调查的家庭数目较少
4． ⑴竞争
⑵R细菌产生了不利于其他细菌生存的物质
⑶第二步：在甲培养基上接种R细菌，培养一段时间后，除去细菌；乙培养基上不接种R细菌，作为对照
第三步：在这两个培养基上分别接种相同的其他细菌
实验结果：甲培养基上的细菌不能生长繁殖，乙培养基上的细菌能正常生长繁殖
5．⑴要求考生写出明确的测定指标（单位时间内的可量度的指标，如每分钟心跳次数，单位时间内的死亡率或相同数量的水蚤全部死亡所需要的时间等）。
⑵根据⑴写出所需要的主要实验器材，如配置浓度所需要的量度器材、实验用具、计时工具等。
⑶根据⑴写出主要的实验步骤。
⑷表中要反映出不同浓度梯度、对照组、实验重复次数、单位时间，平均值等。
具体举一例如下：
⑴水蚤每分钟心脏跳动次数
⑵显微镜、秒表（计时工具）、量筒、烧杯、载玻片、盖玻片等
⑶①用蒸馏水稀释烟草浸出液原液，配成3种不同浓度的溶液
②用吸管吸取水蚤，放于载玻片上，盖上盖玻片，调节光线，在显微镜低倍镜下观察；
③用引流法引流，观察和记录一定时间内水蚤在蒸馏水（对照）及不同浓度烟草浸出液中心跳次数，重复三次
④整理实验资料，算出每分钟心跳的平均次数，做出评价。
⑷
不同浓度的烟草浸出液 每分钟心跳次数
第一次测量 第二次测量 第三次测量 平均值
浓度1
浓度2
浓度3
蒸馏水（对照）
复习巩固练习
1．（2002全国理综高考）为验证“镁是植物生活的必需元素”，三位同学进行了实验设计，下列是实验的基本思路。请分别指出三个实验思路能否达到实验目的，为什么？再写出你的设计思路。
⑴实验一：取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器进行培养。对照组容器内只盛有用蒸馏水配置的镁盐溶液。两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况。
⑵实验二：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以蒸馏水，实验组浇以蒸馏水配置的镁盐溶液，两组置于相同的适宜条件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况。
⑶实验三：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以含有植物必需的各种元素的完全营养液，实验组浇以不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况。
⑷下面由你进行实验设计，请写出你的设计思路。
2．合成洗涤剂属低毒有机物，不易被分解，会污染水质并影响生物的生存。请利用提供的实验材料加以说明。
1、 实验材料及用具
①四支试管：A、B、C中分别加入20ml清水，D中加入15ml清水。②2%的洗衣粉，③量筒，④滴管，⑤活水蚤若干只。
2、 实验步骤
第一步： 。
第二步：向B试管中加入5滴2%的洗衣粉溶液； ；
；混合均匀。
第三步： 。
3、 结果预计与分析
⑴ 管中水蚤成活率最高，该管起 作用。
⑵ 管中水蚤死亡率最高。
⑶由此实验可知： 。
3．为说明生产者和消费者之间的关系以及碳循环在此相互关系中的重要性，设计了如下实验。可用pH计测定pH来间接测定系统CO2浓度的变化。
⑴取4支试管（25mm×200mm）编号①至④，各管中加等量的去氯的水（自来水放置24小时）至距管口4cm处。
⑵②号试管放一只水蜗牛，③管中放一枝带叶的伊乐藻，④号管中放入一只与②号试管等大的几乎相同的水蜗牛和一枝带叶的伊乐藻，测定每管中的pH。
⑶密封4个试管，并置于较强人工光照下，每10分钟记录一次pH，共测3次。
⑷封好试管，放在光下过夜，24小时后测各管pH并观察生物的状态。
⑸用铝箔将每枝试管卷起，放在黑暗中，24小时后测各管pH，再将试管放于光下。
⑹24小时后再观察个试管并测定pH。
实验结果（pH）如下表所示：
试管号 pH对应步骤 ① ② ③ ④
步骤2 6.40 6.40 6.40 6.40
步骤3 ⑴ 6.38 6.32 6.43 6.39
⑵ 6.36 6.27 6.44 6.38
⑶ 6.36 6.25 6.47 6.39
步骤4 6.33 6.18 6.49 6.39
步骤5 6.31 6.13 6.43 6.29
步骤6 6.30 6.10 6.50 6.35
⑴该实验的假设是： 。
该实验的预期是： 。
⑵设置①号试管的目的是 ；①号试管发生变化的原因是 。
⑶若四支试管均较长时间置于黑暗中，则预期结果是：
。
⑷比较②号和④号试管，请提出减缓温室效应的主要措施（要求写出两条）：
。
4．（2002全国高考）“水往低处流”，但是植物体内的水却往高处流，动力从何而来？某同学为此做了两个实验。
实验一：将一枝条插入充满水的玻璃管中，玻璃管的另一端插入盛有水银的容器中。不久水银柱上升，如图一所示。
实验二：将同一植物在靠近茎的基部切断，套上一个弯曲的玻璃管，管内装有水和水银。不久，玻璃管内水分增加，水银柱上升。如图二所示，请回答：
实验一说明
实验二说明
根据这两个实验，你对水分在植物体内运输的动力有何新的认识？
5．20世纪40年代中期至60年代，DDT在全球范围内被广泛使用，图中的曲线表示1920年～1970年期间两种肉食性鸟类蛋壳厚度的变化，蛋壳薄的蛋容易在孵化前被打破而影响出生率。
⑴据图说明DDT能影响蛋壳的厚度
⑵为什么DDT对大型肉食鸟类蛋壳厚度的影响比小型鸟类大？
⑶如何用实验证明DDT确实能影响蛋壳厚度？
6．将50mL牛奶煮沸，倒入一消毒后的锥形瓶内，锥形瓶口用棉团堵住，观察每日该牛奶的情况(如下图)，共进行4天。
(1)这个实验可证明的假说是 _____________ 。
(2)为这个实验设计的对照实验应该是____________________。
(3)实验结束时，牛奶会__________，检测方法是__________，产生这一现象的原因是________________________________________。
(4)牛奶在这个实验中的作用是______________________________。
(5)实验前先将牛奶煮沸的原因是______________________________。
(6)加入土样前，先让牛奶冷却至室温的原因是____________________。
(7)用棉团堵住锥形瓶的原因是________________________________________。
(8)实验前是否需要对锥形瓶进行消毒？____________________。理由是_______
__ _。
7．同学甲从一本《植物生理学》中查到“幼嫩叶片可产生生长素。生长素可阻止叶柄脱落”的结论。于是，他设计了一个实验，想证实该结论。
他的实验步骤为：
⑴取一盆生长状况良好的植物，去掉幼叶的叶片（如图所示）；
⑵观察幼叶叶柄的脱落情况。
请你用所学知识，评价该同学的实验设计。
8．植物开花受开花激素的影响。下图所示为光周期（日照长短）诱导植物开花激素的产生以及影响开花的实验。图中植物去掉了顶端的全部叶子，A、D植株分别接受长日照、短日照；B、C植株方框内为受短日照处理的部位。
⑴对照实验A、D可说明该植物属于 （填“长日照植物”、“短日照植物”）
⑵根据B、C实验分析，在叶和顶端部位中：
①感受光周期的部位是 ；
②接受诱导产生开花激素的部位是 ；
③开花激素作用的部位是 。
⑶从整体实验中可分析得出的结论是 。
⑷借鉴“生长素的发现”的科学实验方法，设计一个简单的模拟实验：证明B株产生的开花激素可使A株条件下的同种植物开花。
步骤一：切取一小段B株带叶枝条放置在琼脂块上一段时间；
步骤二： ；
实验结果： 。
步骤三： ；
实验结果： 。
9．植物在单侧光照射下，弯向光源生长；这种现象是由于光线使生长素在背光一侧比向光一侧分布多。请设计一组实验，论证生长素在光下的这种分布上的改变，是因为向光侧的生长素在光的影响下被分解了，还是由向光侧向背光侧转移了。
可以提供的实验材料和用具只有燕麦幼苗、琼脂切片、刀片、镊子、剪刀、云母片和培养皿。（用图解和文字说明均可。）
10．实验室有2瓶质量分数均是30％的葡萄糖溶液和蔗糖溶液。由于不慎丢失了瓶上粘贴的标签。请你用活细胞作材料设计一个鉴别的方案。
材料：2瓶质量分数均是30％的葡萄糖溶液和蔗糖溶液、________色洋葱鳞片叶、清水
用具：刀片、滴管、载玻片、盖玻片、镊子、显微镜等
方法步骤：
①__________ __________；
②________________ ____；
结果预测：（表示在坐标内）
11．某生物兴趣小组开展“温度对甲状腺激素生物活性影响”的课题研究。实验材料有几只相同的玻璃缸、洁净河水、发育状态相同的同种小蝌蚪数十只、饲喂蝌蚪的饲料、未经处理的具有活性的甲状腺激素、在50℃的温水中处理10min后的甲状腺激素。
⑴实验方案的设计：
第一步：取玻璃缸3只，分别标记甲、乙、丙；
第二步： 。
第三步：甲缸每天喂饲料；
乙缸 。
丙缸 。
第四步：观察。
⑵可采用何种指标来确定温度对甲状腺激素生物活性的影响？
⑶实验结果预测及讨论：
①
②
③
④
⑷该实验为何用蝌蚪，而不用小白鼠作实验材料？
12．生物体内的细胞代谢效率与物质扩散的速率有关。同种物质虽然在细胞中扩散的速率基本相同，但细胞大小不同，扩散发生的快慢会有差异。有人设计了一种模型，用于研究这一问题。
实验目的；（略） 实验材料：（略）
实验步骤：
a．用小刀将琼脂块（内含酚酞）切成三块边长分别为3cm、2cm和1cm的立方体；
b．将以上三种琼脂块样品，浸入0.1%NaOH溶液中，处理10分钟；
c．取出琼脂块样品，吸干浮液后，分别将每一样品切成两半，观察切面，测量每一切面上NaOH扩散的深度，记录结果并分析。
①请你为此研究拟订一个课题名称 。
②该研究中所用的细胞模型是 ；在样品中加入酚酞是为了检测NaOH在琼脂块中的扩散深度，原理是
。
③计算得出样品相关数据如下表：
琼脂块样品 表面积/cm2 体积/cm3 比值（表面积：体积）
1号样品（3cm） 54 27 2：1
2号样品（2cm） 24 8 3：1
3号样品（1cm） 6 1 6：1
通过对上表比值的分析，你得出的结论是 。
据此推测三个样品中NaOH的扩散深度为 。
④通常情况下，细胞的边长小于0.1cm，根据对上述模型的研究，请对细胞大小与物质扩散之间的关系做出合理解释。
13．某同学在做微生物实验时，不小心把圆褐固氮菌和酵母菌混在一起。请你设计实验，分离得到纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌。
⑴实验原理：
⑵材料用具：
⑶主要步骤：
①制备两种培养基，一种是 培养基，另一种是 的培养基。分别分成两份，依次标上A、A’和B、B’，备用。
②分别向A、B培养基中接种 。
③接种后，放在恒温箱中培养3～4天。
④分别从A、B培养基的菌落中挑取生长良好的菌，接种到A’、B’培养基中。
⑤接种后，把A’、B’培养基放入恒温箱中3～4天。
⑷回答问题：
1 第4、5两个步骤的目的是：
2 各举一例说明圆褐固氮菌、酵母菌在生产实践中的应用。
参 考 答 案
1． ⑴不能。因为蒸馏水和镁盐溶液均缺乏植物必需的矿质元素而使两组植物生长均不正常。
⑵不能。因为两组容器内的砂性土壤中都可能含有镁离子。
⑶不能。因为两组容器内的砂性土壤中都可能含有镁离子。
⑷取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器，对照组盛有含植物必需的各种矿质元素的完全培养液，实验组盛有不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气。观察比较两组植物的生长发育情况。
2． 第一步：向四支试管中分别加入10只（或等数量）水蚤
第二步：向C试管中加入10滴2%的洗衣粉溶液；向D试管中加入5ml的洗衣粉溶液
第三步：每隔10min（一段时间）观察并做好水蚤存活情况的记录
结果分析：⑴A 对照 ⑵D ⑶洗衣粉在水体中蓄积量超过一定浓度时，就会污染水质，并影响生物的生存。
3． ⑴假设：生产者是消费者生存的基础，生产者的光合作用在碳循环中起决定性作用，生产者、消费者的呼吸作用促进碳循环的进行（只要紧扣研究主题设计实验，并相对合理均给分）预期：依据碳循环过程，如果只存在消费者，则环境中pH将继续下降；只存在生产者，则光照下pH增高，黑暗中pH下降；在生产者和消费者共存的相对平衡的试管中，光照下pH基本不变，黑暗中pH下降，对照实验的试管中水的pH基本不变（相对合理即给分）
⑵对照 有些CO2进入试管中的空气内，并溶解于水中，使pH随时间延长而下降
⑶所有生物将全部死亡
⑷①减少化石燃料的燃烧，提高能源效率，开发新能源等 ②在保护植被的基础上，大力植树种草
4． 实验一说明：枝条叶片通过蒸腾作用散失水分所产生的拉力，是促使水分在植物体内向上运输的动力。
实验二说明：根部生理活动（答“根部渗透吸水”或只答“根部”也给分）能产生推动水分向上运动的压力。
根据这两个实验说明：水分在植物体内上升的动力不但有蒸腾拉力，还有根部产生的向上压力。
5． ⑴DDT自20世纪40年代中期被广泛使用，自那时开始，两种鸟的蛋壳厚度明显降低。
⑵DDT具有食物链富集效应，高营养级的大型肉食动物体内含量高，故对蛋壳厚度影响大。
⑶取同种、等重的鸟分成等量的两组，一组饲以正常食物（不含DDT），另一组饲以含DDT的食物（食物中DDT含量与自然界食物中含量相当），比较两组鸟的蛋壳厚度。
6． （1）土壤中有微生物生长存在 (2)在将土样放入锥形瓶之前，先对其进行烘烤以杀死微生物 (3)变酸 蓝色石蕊试纸变红 土壤中微生物进行发酵产生酸性物质 (4)为土壤中的微生物生长提供养分 （5）杀死牛奶中存在的所有微生物 （6）避免煮沸的牛奶杀死土样中的微生物 （7）阻止飘浮在空气中的微生物进入锥形瓶内 （8）是 证明在土样放入之前，锥形瓶内无任何微生物
7． ⑴应去掉顶芽。因为顶芽产生的生长素向下运输，可到幼叶叶柄处，阻止叶柄脱落；⑵应增加一个对照实验。因为没有对照，难以说明幼叶叶柄不脱落是幼叶产生的生长素所致。对照设置为：①取同一品种，生长状况相同的植物，去掉幼叶的叶片；②在叶柄的横断面上，涂上一定浓度的生长素，观察幼叶叶柄的脱落情况。
8． ⑴短日照植物
⑵①叶 ②叶 ③顶端
⑶光周期可诱导植物开花激素的形成，进而影响开花（或短日照可诱导短日照植物的叶产生开花激素，进而影响开花）
⑷步骤二：将A株条件下的同种植物枝条切口，再将含激素的琼脂块放在切口上
结果：开花
步骤三：将另一A株条件下的同种植物枝条切口，再将不含激素的琼脂块放在切口上，作为对照
结果：不开花
9． 把燕麦的若干胚芽鞘切下来，放在琼脂切块上，分成两组，分别如图a和图b，前者把大小适宜的云母片由上到下贯穿胚芽鞘尖端和琼脂切块；后者的不同之处是胚芽鞘的上部相通，云母片只把胚芽鞘尖端的下部和琼脂切块一分为二。两组放在同一环境中，单侧照光。一定时间以后，把a的琼脂切块左右部分分别切下形状、大小相同的切块，分别放在切去尖端的燕麦胚芽鞘顶端相对位置（如图c）观察胚芽鞘的生长状况，若竖直生长，则a的琼脂切块两侧的生长素含量相同，说明光线不能破坏生长素。同样取b的琼脂切块左右部分分别切下形状、大小相同的切块，也分别放在切去尖端的燕麦胚芽鞘顶端相对位置，观察胚芽鞘的生长状况，若竖直生长，b的琼脂切块两侧的生长素含量相同，说明光线不能使生长素向背光侧转移；若胚芽鞘弯曲生长，则胚芽鞘向哪个方向弯曲，说明这一侧的生长素向对侧转移了。
10． 材料：紫
方法步骤：①做2个紫色洋葱表皮细胞的临时装片，并用低倍显微镜观察紫色液泡的大小；②将30％的葡萄糖溶液和蔗糖溶液分别滴在两盖玻片的一侧，用吸水纸吸引，反复几次，并用显微镜观察液泡的变化。
结果预测：
①当葡萄糖很快被洋葱表皮细胞吸收时，结果为图a
②当葡萄糖缓慢被洋葱表皮细胞吸收时，结果为图b
③蔗糖滴上后，液泡的变化结果为图c
11． ⑴放入等量的洁净河水和蝌蚪 喂未经处理的甲状腺激素和饲料 喂经50℃处理的甲状腺激素和饲料
⑵蝌蚪发育成青蛙所需时间的长短
⑶①甲>乙=丙，活性不变
②甲>乙>丙，活性增强
③甲=丙>乙，活性散失
④甲>丙>乙，活性减弱
（以上比较均为蝌蚪发育成青蛙所需的时间，答案中乙、丙应与第三步一致）
⑷蝌蚪的胚后发育为变态发育，发育期短，现象明显
12． ①细胞大小与物质扩散快慢之间关系的研究
②不同大小的琼脂块 酚酞遇NaOH变红色
③细胞的边长越大，其表面积与体积之比越小 3号>2号>1号
④当细胞的边长为0.1cm时，表面积与体积之比较大，物质扩散较快，细胞的代谢效率高
13．⑴实验原理：圆褐固氮菌是自生固氮菌，能在无氮培养基上生长繁殖，而酵母菌则不能；青霉素不影响酵母菌等真菌的生长繁殖，而会抑制圆褐固氮菌的生长繁殖
⑵材料用具：配置培养基所需要的各种原料、无菌操作箱、接种环等
⑶主要步骤：①无氮 加青霉素 ②混合菌
⑷回答问题：①可以获得纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌 ②用圆褐固氮菌制成菌剂，施用到土壤中可以提高农作物的产量，酵母菌用于啤酒生产工业等
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