2023版高三一輪總復(fù)習(xí)生物人教版選擇性必修1 第8單元 科學(xué)探究系列3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般程序

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是高中生物的一個(gè)重要內(nèi)容，既能考查運(yùn)用所學(xué)生物知識解決實(shí)際問題的能力，又能考查創(chuàng)新思維能力。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般程序?yàn)槊鞔_實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹治鰧?shí)驗(yàn)原理→選擇材料用具→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟→預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果→觀察收集數(shù)據(jù)→分析推理得出結(jié)論。針對不同的實(shí)驗(yàn)題型，應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析和把握。1．面對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，首先要找到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)?zāi)康脑陬}干信息中有明顯的關(guān)鍵詞，比如，“驗(yàn)證……”“探究……”“假設(shè)……”“……是否……”“判斷……”“如何……”等。一般根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍苯优袛喑鍪球?yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)，這是做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的第一步。2．如何科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組和對照組，這是解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的關(guān)鍵。絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)題中都給出了材料、用具、試劑等信息，這是很好的提示。比如，在探究pH對酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，會給出“HCl溶液、NaOH溶液、蒸餾水”等信息，這就提示設(shè)計(jì)三組，酸性、堿性、中性三組對照。3．實(shí)驗(yàn)步驟的劃分是最易考查的環(huán)節(jié)，常見步驟為三步，第一步分組編號、第二步施加變量、第三步培養(yǎng)觀察。遺傳實(shí)驗(yàn)中，常見步驟：第一步親本雜交，第二步F1自交(或測交)，第三步對F2的觀察統(tǒng)計(jì)。步驟劃分的技巧是裝置構(gòu)建的過程或雜交實(shí)驗(yàn)的流程。比如，在驗(yàn)證甲狀腺激素促進(jìn)幼小動(dòng)物發(fā)育的實(shí)驗(yàn)中，第一步應(yīng)該對三個(gè)水槽進(jìn)行處理，分組、編號、放入等量相同的清水、等量相同的蝌蚪；第二步是施加變量影響，第一組飼喂含有甲狀腺激素的飼料、第二組飼喂含有甲狀腺激素抑制劑的等量飼料、第三組飼喂等量的普通飼料；第三步是在相同且適宜的環(huán)境條件下培養(yǎng)觀察。從裝置的構(gòu)建到實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同的得出過程或從親本雜交開始到最終預(yù)期個(gè)體的出現(xiàn)過程，其實(shí)就是實(shí)驗(yàn)思路，該思路如果清晰地構(gòu)建出來，則步驟劃分為三步或四步是一目了然的。4．在分組時(shí)一定不要忘記對各組進(jìn)行編號，如1、2、3或A、B、C等，編號的目的是使思路清晰，后續(xù)的步驟便于指代描述。在敘述實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)，特別是施加變量的步驟，一定要對添加物的用量加以限定，第一組指明用量，后續(xù)組用“等量”一詞。5．實(shí)驗(yàn)結(jié)果就是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在敘述時(shí)一定要寫具體，不能籠統(tǒng)地綜合描述。比如，在探究溫度影響淀粉酶活性的實(shí)驗(yàn)中，用碘液檢測淀粉的分解程度，結(jié)果應(yīng)該是“A組(低溫條件)變藍(lán)；B組(適溫條件)無藍(lán)色出現(xiàn)；C組(高溫條件)變藍(lán)”。而不能綜合敘述為“只有B組(適溫條件)無藍(lán)色出現(xiàn)”。6．結(jié)論的敘述是有規(guī)律的，即都是實(shí)驗(yàn)?zāi)康幕驅(qū)嶒?yàn)課題或?qū)嶒?yàn)假設(shè)語句的變形，將疑問句改為肯定句即可。比如，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，目的是“驗(yàn)證胰島素有降低血糖的功能”，則結(jié)論就對應(yīng)為“胰島素有降低血糖的功能”；在探究性實(shí)驗(yàn)中，目的是“假設(shè)青霉素有抑制細(xì)菌繁殖的功能，……驗(yàn)證假說是否正確”，則結(jié)論就對應(yīng)為“若……，則說明青霉素有抑制細(xì)菌繁殖的功能；若……，則說明青霉素沒有抑制細(xì)菌繁殖的功能”。7．最后還要注意驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和結(jié)論是唯一的，不需要討論。探究性實(shí)驗(yàn)需要討論，一個(gè)結(jié)果對應(yīng)一個(gè)結(jié)論，答題模型為“若……則……”。1．(2021·安徽十校高三模擬)甲狀腺激素在人體內(nèi)有極為重要的作用。甲狀腺疾病高發(fā)與人類生活中的甲狀腺激素干擾物(一類通過影響甲狀腺激素的合成、運(yùn)輸、分解等，從而改變甲狀腺激素的功能和穩(wěn)態(tài)的化學(xué)物質(zhì))密切相關(guān)。Ⅰ．為驗(yàn)證甲狀腺激素對代謝的影響，某生物興趣小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，請補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：(1)實(shí)驗(yàn)原理：__________________________________________________________________________________________________。應(yīng)用甲狀腺激素制劑的動(dòng)物放入密閉容器時(shí)，對缺氧敏感性提高，容易因缺氧窒息而死亡。(2)材料和用具：小白鼠若干只，灌胃管，1000mL廣口瓶，甲狀腺激素制劑，生理鹽水。(3)方法步驟：①將健康小白鼠按性別、體重隨機(jī)分為對照組和實(shí)驗(yàn)組，每組10只。②實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物灌胃給甲狀腺激素制劑，每天5mg，連續(xù)用藥兩周。對照組動(dòng)物灌胃給_______________________________________。③將每只小白鼠分別放在1000mL的廣口瓶中，把瓶口密封后，立即觀察其活動(dòng)，并記錄其存活時(shí)間。最后匯總?cè)M動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算________，并將實(shí)驗(yàn)組與對照組進(jìn)行比較。(4)預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ．在眾多的甲狀腺激素干擾物中，農(nóng)藥所占比例最大，噻枯唑是一種常用農(nóng)藥殺菌劑。試用下列實(shí)驗(yàn)材料探究噻枯唑?qū)谞钕俟δ艿母蓴_作用，寫出簡要實(shí)驗(yàn)思路：_______________________________________________________________________________________________________________。實(shí)驗(yàn)材料：小白鼠若干只，灌胃管，噻枯唑，色拉油(作為溶解噻枯唑的有機(jī)溶劑)，其他實(shí)驗(yàn)儀器均滿足。[解析]Ⅰ．(1)甲狀腺激素具有調(diào)節(jié)體內(nèi)的細(xì)胞代謝、促進(jìn)生長和發(fā)育、提高神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性等作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮秃罄m(xù)的實(shí)驗(yàn)操作，該實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)為甲狀腺激素能提高細(xì)胞代謝速率，使機(jī)體需氧量增多。(3)本實(shí)驗(yàn)的自變量為甲狀腺激素，實(shí)驗(yàn)組和對照組的差別就在于是否給予甲狀腺激素制劑，所以對照組動(dòng)物的處理方法為灌胃等量的生理鹽水，連續(xù)用藥兩周；本實(shí)驗(yàn)的因變量為小白鼠的活動(dòng)情況及存活時(shí)間，最后要匯總?cè)M動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算平均存活時(shí)間，并將實(shí)驗(yàn)組與對照組進(jìn)行比較。(4)實(shí)驗(yàn)組小鼠灌胃甲狀腺激素制劑后，新陳代謝加快，耗氧量增加，在密閉的廣口瓶中容易因缺氧窒息而死亡，因此實(shí)驗(yàn)組的平均存活時(shí)間應(yīng)小于對照組的。Ⅱ．要探究噻枯唑?qū)谞钕俟δ艿母蓴_作用，需要設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組灌胃適量的噻枯唑溶液，對照組灌胃等量的色拉油，在相同且適宜條件下進(jìn)行培養(yǎng)，觀察并記錄小白鼠的精神狀態(tài)、活動(dòng)等情況。[答案]Ⅰ．(1)甲狀腺激素能提高細(xì)胞代謝速率，使機(jī)體需氧量增多(3)等量的生理鹽水，連續(xù)用藥兩周平均存活時(shí)間(4)實(shí)驗(yàn)組的平均存活時(shí)間小于對照組的，說明甲狀腺激素能提高細(xì)胞代謝速率Ⅱ．將小白鼠隨機(jī)均分為兩組，分別用適量且等量的噻枯唑溶液和色拉油灌胃，在相同且適宜條件下進(jìn)行培養(yǎng)，觀察并記錄小白鼠的精神狀態(tài)、活動(dòng)等情況(或抽血檢測甲狀腺激素含量)2．(2021·山東實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三模擬)人在面對壓力時(shí)身體會進(jìn)入應(yīng)激狀態(tài)，下丘腦—垂體—腎上腺皮質(zhì)軸(HPA軸)被激活。一定強(qiáng)度的應(yīng)激反應(yīng)有助于發(fā)揮潛力、維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，但應(yīng)激時(shí)間過長或者過于強(qiáng)烈，則會對機(jī)體產(chǎn)生不利影響。(1)在發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，下丘腦分泌________________，刺激垂體分泌ACTH，促使腎上腺皮質(zhì)釋放糖皮質(zhì)激素(GC)。GC可以通過升高血糖保證重要器官能量供應(yīng)，與胰高血糖素、腎上腺素具有________作用。(2)GC是動(dòng)物機(jī)體在應(yīng)激狀態(tài)下存活所必需的信息分子，其過度升高會影響機(jī)體糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)的代謝，并大大降低機(jī)體的免疫能力。在應(yīng)激狀態(tài)下，可能由于下丘腦和垂體的敏感性降低，使GC______調(diào)節(jié)功能下降，易對機(jī)體產(chǎn)生不利影響?？蒲腥藛T希望找到其他調(diào)控HPA軸的機(jī)制。通過對熱應(yīng)激模型鼠的研究(如圖所示)，發(fā)現(xiàn)___________________________________________________________________________________________________________。(3)基于以上對HPA軸調(diào)控機(jī)制的研究，你認(rèn)為是否可將miR-212直接用于臨床治療？_____________________________________________________________________________________________________________。請說明理由。___________________________________________________________________________________________________。(4)為緩解壓力，人除了運(yùn)動(dòng)也常選擇喝茶或咖啡來提高興奮性，但茶提高神經(jīng)系統(tǒng)興奮性的效果不如咖啡顯著。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)茶葉和咖啡中咖啡因的含量接近，有人認(rèn)為可能是茶葉中的另外一種成分茶氨酸抑制了咖啡因的作用。為驗(yàn)證上述假設(shè)，某研究小組發(fā)現(xiàn)，可通過小鼠單位時(shí)間單位體重的耗氧量來判斷小鼠神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性高低，以健康成年雄性小鼠、生理鹽水、試劑甲(蒸餾水配制的咖啡因制劑)、試劑乙(蒸餾水配制的茶氨酸制劑)、蒸餾水為實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。簡要寫出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，并預(yù)期結(jié)果和結(jié)論。_______________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)接受刺激的下丘腦會分泌促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素，促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素通過體液運(yùn)輸?shù)酱贵w，促使垂體分泌促腎上腺皮質(zhì)激素，促使腎上腺皮質(zhì)釋放糖皮質(zhì)激素(GC)。胰高血糖素、腎上腺素都具有升高血糖的作用，因此GC通過升高血糖保證重要器官能量供應(yīng)，與胰高血糖素、腎上腺素具有協(xié)同作用。(2)在應(yīng)激狀態(tài)下，可能由于下丘腦和垂體的敏感性降低，使GC負(fù)反饋調(diào)節(jié)功能下降，易對機(jī)體產(chǎn)生不利影響。據(jù)圖所示，隨熱應(yīng)激處理天數(shù)的增加，小鼠下丘腦miR-212的表達(dá)量增加。(3)實(shí)驗(yàn)尚不完備，不能將miR-212直接用于臨床，應(yīng)進(jìn)一步在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物或者人體水平上進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。(4)當(dāng)小鼠神經(jīng)系統(tǒng)興奮性較高時(shí)，平均體重的耗氧速率會升高，可以通過檢測小鼠單位時(shí)間單位體重的耗氧量來判斷小鼠神經(jīng)系統(tǒng)興奮性的高低。為了驗(yàn)證茶葉中的茶氨酸抑制了咖啡因的作用，可設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)自變量是茶氨酸的有無，因變量是耗氧速率的變化，所以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路是選取健康的雌性或雄性小鼠若干，平均分成兩組，并標(biāo)注實(shí)驗(yàn)組A和對照組B。A組處理：定時(shí)灌喂適量的咖啡因制劑和茶氨酸制劑；B組處理：定時(shí)灌喂與A組等量的咖啡因制劑和蒸餾水。處理一段時(shí)間后，統(tǒng)計(jì)小鼠單位時(shí)間單位體重A組的耗氧量和B組的耗氧量；本實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：A組的耗氧量小于B組的耗氧量，則證明茶氨酸能抑制咖啡因的作用。[答案](1)促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素協(xié)同(2