2023版高三一輪總復(fù)習(xí)生物人教版必修1 第3單元 科學(xué)探究系列1實驗方案設(shè)計的基本原則

1．科學(xué)性原則所謂科學(xué)性原則，是指實驗的原理要符合科學(xué)原理，實驗結(jié)果的預(yù)期有科學(xué)依據(jù)，實驗的各個環(huán)節(jié)不能偏離生物學(xué)基本知識和基本原理，以及其他科學(xué)領(lǐng)域的基本原則?？茖W(xué)性原則具有兩個方面的含義：首先，必須保證實驗的設(shè)計不出現(xiàn)科學(xué)性錯誤；其次，實驗設(shè)計要具有科學(xué)思想和科學(xué)方法的因素。具體地說，科學(xué)性原則體現(xiàn)在以下幾個方面：實驗原理的科學(xué)性、實驗方法的科學(xué)性、實驗材料選擇的科學(xué)性、實驗結(jié)果處理的科學(xué)性及實驗結(jié)果分析的科學(xué)性等。2．對照原則對照原則是中學(xué)實驗中最常用的原則。通過設(shè)置對照實驗，既可排除無關(guān)變量的干擾，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。在一個對照實驗中，可包括實驗組和對照組。實驗組是接受自變量處理的對象組，對照組是不接受自變量處理的對象組，一般是隨機(jī)決定的。常用的對照組類型有空白對照、自身對照、條件對照、相互對照幾種。3．單一變量原則單一變量原則可使實驗中的復(fù)雜關(guān)系簡單化，使結(jié)果更準(zhǔn)確。其含義包括：(1)不論一個實驗有幾個實驗變量，都應(yīng)做到一個變量對應(yīng)一個需要觀測反應(yīng)變量；(2)實驗中要盡可能避免無關(guān)變量的干擾。這一原則強(qiáng)調(diào)實驗組和對照組只有一個量是不同的，實驗組和對照組的結(jié)果差異只能是由這個單一變量導(dǎo)致的，從而證明實驗組變量的作用。因此，在進(jìn)行實驗設(shè)計時，要首先確定實驗變量并正確設(shè)置。4．等量性原則該原則是指要嚴(yán)格地操縱自變量，以獲取因變量，無關(guān)變量應(yīng)相同或等量，以消除無關(guān)變量干擾。5．平行重復(fù)原則任何實驗都必須能夠重復(fù)，在同樣條件下重復(fù)，實驗結(jié)果應(yīng)該一致或相近。實驗設(shè)計時，可以通過在一組實驗中同時處理多個材料，對實驗結(jié)果求平均值，保證實驗結(jié)果的可信度。6．隨機(jī)性原則實驗設(shè)計中的隨機(jī)性原則是指被研究的樣本是從總體或群體中隨機(jī)抽取的。這樣做可以：(1)消除或減少系統(tǒng)誤差，使顯著性測驗有意義；(2)平衡各種條件，避免實驗結(jié)果出現(xiàn)誤差。1．(2021·大興區(qū)檢測)為探究植酸酶對鱸魚消化酶活性的影響，研究者挑選體格健壯、大小一致的鱸魚隨機(jī)分組后，投喂烘干的飼料，并檢測酶的活性，結(jié)果如表。下列敘述錯誤的是()蛋白酶活性(U/mg)脂肪酶活性(U/mg)淀粉酶活性(U/mg)對照組1.090.080.12實驗組1.710.100.13A．實驗的無關(guān)變量包括水溫、溶解氧濃度等B．烘干飼料時，應(yīng)避免溫度過高導(dǎo)致酶失活C．實驗組鱸魚應(yīng)投喂和對照組等量的含植酸酶的飼料D．實驗結(jié)果表明植酸酶能顯著提高鱸魚淀粉酶的活性D[實驗的無關(guān)變量包括水溫、溶解氧濃度等，A正確；溫度會影響酶的活性，烘干飼料時，應(yīng)避免溫度過高導(dǎo)致酶失活，B正確；對照實驗遵循單一變量原則，故實驗組鱸魚應(yīng)投喂和對照組等量的含植酸酶的飼料，C正確；實驗結(jié)果表明植酸酶能略微提高鱸魚淀粉酶的活性，D錯誤。]2．(2021·武漢測試)許多物質(zhì)對酶的活性會產(chǎn)生影響，其中能提高酶活性的物質(zhì)為激活劑，能降低酶活性的物質(zhì)為抑制劑。某研究小組研究了甲、乙、丙三種物質(zhì)對淀粉酶活性的影響，結(jié)果如圖所示。則下列相關(guān)說法錯誤的是()A．該實驗的自變量和因變量分別為物質(zhì)的種類、酶的活性B．物質(zhì)甲為酶的激活劑，物質(zhì)乙和丙為酶的抑制劑C．甲、乙、丙可能是通過改變酶的空間結(jié)構(gòu)而影響酶的活性D．圖中的實驗結(jié)果可能是在不同的溫度和pH條件下測定的D[根據(jù)實驗結(jié)果分析可知，本實驗的目的是探究不同物質(zhì)對酶活性的影響，其自變量為物質(zhì)種類、因變量為酶活性，A正確；與對照組結(jié)果相比，甲物質(zhì)導(dǎo)致酶活性增強(qiáng)，所以甲物質(zhì)為激活劑，而乙物質(zhì)和丙物質(zhì)導(dǎo)致酶活性減弱，所以物質(zhì)乙和丙為抑制劑，B正確；不管是激活劑還是抑制劑，只有改變了酶的空間結(jié)構(gòu)才可能改變其活性的大小，C正確；為了遵循實驗設(shè)計的單一變量原則，該實驗應(yīng)該是在相同且適宜的溫度和pH條件下測定的酶活性，D錯誤。]3．為探究“影響膠原蛋白酶活性的因素”，某生物興趣小組設(shè)計了一個實驗方案，如表所示?；卮鹣铝袉栴}：試管底物和試劑實驗條件1蛋白質(zhì)X＋4mL蒸餾水37℃2蛋白質(zhì)X＋4mL膠原蛋白酶37℃3蛋白質(zhì)X＋4mL膠原蛋白酶__①__；pH＝34蛋白質(zhì)X＋4mL膠原蛋白酶0℃水??；pH＝__②(1)實驗方案中①②處分別為__________、______________。(2)本實驗的自變量是__________________，無關(guān)變量有________________________________________________________________(至少答出兩點)。(3)用雙縮脲試劑檢測上述4組實驗后的溶液，溶液呈現(xiàn)紫色的試管有______________。(4)為便于觀察記錄實驗現(xiàn)象，需對蛋白質(zhì)X進(jìn)行特殊處理，使其___________，實驗就可以通過觀察____________________推斷酶活性的大小。[解析](1)表格中提供了溫度和pH兩種實驗條件，因此實驗?zāi)康氖翘骄繙囟?、pH對膠原蛋白酶活性的影響，故方案中①②處分別保證只含一個自變量即可。(2)由上述分析可知，本實驗的自變量是溫度、pH，無關(guān)變量有膠原蛋白酶的用量或濃度、蛋白質(zhì)X的用量、保溫時間等。(3)由于膠原蛋白酶本身為蛋白質(zhì)，反應(yīng)前后質(zhì)和量均不變，所以用雙縮脲試劑檢測4個試管溶液均呈紫色。(4)由于不能用雙縮脲試劑檢測蛋白質(zhì)X的含量變化，我們可以通過肉眼觀察的方法，使蛋白質(zhì)凝結(jié)成為塊狀即可。以相同時間內(nèi)蛋白塊大小的變化(或記錄蛋白塊消失所需的時間)作為因變量，確定酶活性大小。[答案](1)37℃水浴7