精讲12 科学方法：控制变量和设计对照实验-【备战一轮】最新高考生物一轮复习名师精讲课件

这是一份精讲12 科学方法：控制变量和设计对照实验-【备战一轮】最新高考生物一轮复习名师精讲课件，共60页。PPT课件主要包含了高考生物一轮复习策略，教学过程，概念图，课堂练习巩固，考纲要求，能力要求，实验原则，实验变量，解题思路，对照组DNA等内容，欢迎下载使用。
1、落实考点。一轮复习时要在熟读课本、系统掌握基础知识、基本概念和基本原理后，要找出重点和疑点；通过结合复习资料，筛选出难点和考点，有针对地重点复习。这就需要在掌握重点知识的同时，要善于进行知识迁移和运用，提高分析归纳的能力。2、注重理论联系实际。生物的考试并不仅仅是考概念，学会知识的迁移非常重要，并要灵活运用课本上的知识。不过特别强调了从图表、图形提取信息的能力。历年高考试题，图表题都占有比较大的比例。那些图表题虽不是教材中的原图，但它源于教材而又高于教材，是对教材内容和图表的变换、深化、拓展，使之成了考查学生读图能力、综合分析能力、图文转换能力的有效途径。3、一轮复习基础知识的同时，还要重点“攻坚”，突出对重点和难点知识的理解和掌握。这部分知识通常都是学生难于理解的内容，做题时容易出错的地方。分析近几年的高考生物试题，重点其实就是可拉开距离的重要知识点。　4、学而不思则罔，思而不学则殆。这一点对高三生物一轮复习很重要。尤其是对于错题。错题整理不是把错题抄一遍。也不是所有的错题都需要整理。
【新教材•必修一】2023-12【控制变量和设计对照实验】
Teaching Prcess
2.课堂教 学内容
实验：
纵观近5年各省自主命题以来，都以能力立意为出发点，在考试大纲四大能力 要求中，特别突出实验能力和理解能力的考查。
一.明确2022考试大纲考查的四大能力
①实验目的: 明确要干什么?②实验原理: 明确实验的依据是什么?③实验材料: 科学合理,易得.④主要步骤: 取材分组;设置变量;观察记录 ⑤做出预期或分析结果⑥观察收集实验数据⑦得出结论
2.2022考试大纲中关于实验能力的要求
（1）独立完成“知识内容及要求”所列的生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的活动和技能综合运用。
（2）具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。（3）具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。（4）能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订。
对照组：一般来说,是指保持原有状态（未做处理）或已知影响因素所造成结果的一组实验。实验组：人为改变条件（人为特别处理）或未知实验结果的一组实验。
二.实验设计应遵循的原则
（1）空白对照：指不做任何处理的对照组。 　　 例如1：观察唾液淀粉酶的催化作用，向甲试管加入稀释的唾液，向乙试管加入等量的蒸馏水，一起进行37℃水浴，比较它们的变化。 这样甲为实验组，乙为对照组，即为空白对照。
例如2：探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度的实验中的“加等量清水”
实验组（DNA+二苯胺）
（1）空白对照：指不做任何处理的对照组。
（2）自身对照：指实验与对照在同一对象上进行。
例如1：“植物细胞质壁分离和复原”实验中，加蔗糖溶液前的洋葱表皮细胞为对照组，加蔗糖溶液后的洋葱表皮细胞为实验组。（在清水处理下，复原后状态与质壁分离状态又形成对照 ）P一65
所以自身对照的关键是： 要观察实验处理前后实验材料的变化。
例如2：探究"酵母菌种群数量变化实验"酵母菌每天的数量变化可形成前后自身对照。P选二11
例如3：变形虫分割实验。 P一55
例如4：蝾螈受精卵横缢实验。P一55
例如5：设计实验探究X是否属于植物生长所必需的无机盐，某同学的构思大致如下：本实验中采用甲组、乙组之间的空白对照；以及乙组中实验前(无X)与实验后(有X)之间的自身对照
（3）条件对照：指对照组中的实验材料虽加以某种处理，但这种处理也是作为对照，目的是增加实验的可信度。例如1：“甲状腺激素饲养小蝌蚪”的实验：
其中C组为空白对照，而B组为条件对照。
（4）相互对照：不另设对照组，几个实验组相互对照。如植物向光性的发现实验。温度对酶活性的影响. 例如1：生长素的发现（达尔文的实验）P选一91
（4）相互对照：例如2：比较过氧化氢在不同条件下的分解 P一77
对照组：实验组：自变量：无关变量：因变量：
H2O2的浓度与剂量、催化剂的浓度与剂量等
单位时间内产生气泡的多少
例如3：探究酵母菌细胞呼吸作用的方式 P一90
对比实验，A、B组均为实验组；相互对照
例如4：光合作用释放的O2来自于H2O（P一102）
例如5：生物维持pH稳定的机制 P三9
对比实验，4组生物材料均为实验组；相互对照
人为改变的变量（要研究的变量）
实验过程可能还会存在一些可变因素，对实验的结果造成影响，这些可变因素为无关变量
因（随）自变量的变化而发生变化的变量
即所用生物材料的数量、重量、长度、种类和生理状况等方面特点要尽量相同
实验中要做到“单一变量” ，应注意等量的原则
　即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题
　　保温或冷却，光照或黑暗等条件都要一致。
某研究性学习小组选择了如下的研究课题：探究乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响 。自变量：　　　　　　　　　；因变量：　　　　　　　　；无关变量：　　　　 　　　　　 　　。
黄瓜长势、光强、温度、水等
例如1：根据实验课题确定变量：
（０９江苏）某研究性学习小组采用盆栽实验，探究土壤干旱对某种植物叶片光合速率的影响。自变量：　　　　　　　　　　　　　；因变量：　　　　　　　　　　　　；无关变量： .　　　　　　　　　　　　　
温度、光照强度、叶片大小等。
例如2：根据实验课题确定变量：
为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。自变量：　 　　　　　　　　；因变量：　 　　　　 　　　；无关变量：　　　　 　　　　　 　　。
大白鼠的耗氧量和活动量
鼠龄、温度、药剂量等
例如3：根据实验课题确定变量：
任何实验必须有足够的实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学（实验中选材时也要注意选取足够多的相同的材料；记录数据时应该多次测量取平均值）
排除偶然因素对实验结果的影响，使实验结果更准确
例如1：培养液中酵母菌种群数量的变化。P选二11 （要获得较为准确的数值，减少误差，应多次记数，求平均值）
例如2：探究植物生长调节剂的应用。P选一103 （以浓度为横坐标，以根的数目或长度为纵坐标，平均生根数）
三.实验设计的类型
实验结果是肯定的、唯一的
例如：(1)还原糖、脂肪、蛋白质的检验 P一18(2)酶的本质 P一81(3)DNA的提取与检验 P选三74
实验组 = 对照组
每一种可能的实验结果，都对应得出一个结论。结论一般和实验目的（即题设）对应。
表达形式为：如果┄┄┄，则┄┄┄。
先作出假设，一般有三种结果：
实验组 > 对照组
实验组 < 对照组
例如1.某校生物兴趣小组在学习了课本实验“探究酵母菌细胞的呼吸方式”后，想进一步探究酵母菌细胞在有氧和无氧的条件下产生等量CO2时，哪种条件下消耗葡萄糖较少的问题。他们进行了如下实验：将无菌葡萄糖溶液与少许酵母菌混匀后密封(瓶中无氧气)，按图装置进行实验。当测定甲、乙装置中CaCO3沉淀相等时，撤去装置，将甲、乙两锥形瓶中的溶液分别用滤菌膜过滤，除去酵母菌，得到滤液1和滤液2。请分析回答下列问题。
(1)甲、乙两组的实验变量是____________，实验中需控制的无关变量主要有__________________。(2)酵母菌产生CO2的场所是____________________。
温度、pH、培养液量、培养液浓度等
(3)利用提供的U形管(已知滤液中的葡萄糖不能通过U形管底部的半透膜，其余物质能通过)、滤液1和滤液2等，继续完成探究实验：
实验步骤：①将____________的滤液1和滤液2分别倒入U形管的A、B两侧并标记；
②一段时间后观察________________的变化。
实验结果预测和结论：①如果____________________________________，则有氧呼吸消耗的葡萄糖少；②如果____________________________________，则有氧呼吸消耗的葡萄糖多；③___________________________________________________________。
A侧液面上升，B侧液面下降
A侧液面下降，B侧液面上升
A、B两侧液面高度相同，则有氧呼吸和无氧 呼吸消耗的葡萄糖一样多
（1）环节1: 书写实验步骤“四步走”
第一步：取材分组(或组装)
常用语言：①选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组,分别编号为A、B、C…②取两支试管,分别编号为甲、乙,各加入等量的某溶液;③选择年龄、体重(性别)、健康状况相同的某种动物随机等量分组,分别编号为1、2、3…
第二步：设置自变量(或对照处理) 即用实验变量处理(确保单一变量原则)进行对照处理
常用语言：在A组中加入“适量的”……在B组中加入“等量的”……
第三步：相同且适宜条件培养（或反应）等待实验变量发挥作用
常用语言：将两套装置放在“相同且适宜的环境中培养一段时间”(或相应方法处理，如振荡、加热等)
第四步：因变量的观察(或测量) 对实验结果的处理(现象或数据)
（2）环节2:　实验结果、分析及结论
结果描述指标，分析对应原理，结论反映目的
①对于验证性实验，由于实验结果预期唯一，所以，结论也只有一个，那就是肯定实验目的。②对于探究性实验，对应它的多个结果，写出多个结论即可
例1:为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。（1）材料和用具：日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。（实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作要求，室温恒定。)（2）方法与步骤：_______________。（3）结果预测与分析：______________________。
①将日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠分为两组并分别标记为甲组和乙组，然后分别用耗氧量测定装置、小动物活动测定仪测定与记录大白鼠的耗氧量和活动量。
②每日用灌胃器给甲组大白鼠灌喂甲状腺激素溶液，给乙组大白鼠灌胃等量的蒸馏水。
③甲、乙两组放在相同且适宜的条件下，饲养一段时间。
④定期测量与记录甲、乙两组大白鼠的耗氧量和活动量。
例2:为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。（1）材料和用具：日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。（实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作要求，室温恒定。)（2）方法与步骤：_______________。（3）结果预测与分析：______________________。
实验结果预测：未给甲状腺激素时，甲、乙两组大白鼠的耗氧量和活动量相近。 给甲组大白鼠甲状腺激素后，其耗氧量和活动量均大于乙组。
结果分析：甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，提高神经系统的兴奋性，从而使耗氧量和活动量加大。
例3：（09安徽卷）某生物兴趣小组调查发现，在黄瓜幼苗期喷洒一次乙烯利溶液（100~200mg· L-1），可促进多开雌花，提高黄瓜产量。但乙烯利浓度低于或高于这个范围时，其作用效果尚不清楚。请设计实验，探究乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响。材料用具：2~3片真叶的盆栽黄瓜幼苗若干、乙烯利溶液（300mg·L-1）、蒸馏水、喷壶……方法步骤：（1） 。（2） 。（3） 。（4）连续观察6周，记录并统计 。实验结果预测：(请在图中将预测的结果以折线的形式表示)
（1）取若干生长状况相同的黄瓜幼苗平均分成A、B、C、D四组。
（2）用蒸馏水稀释乙烯利溶液，配置成4种浓度（要求在0～100mg·L-1、100～200mg·L-1、200～300mg·L-1三个区间各至少取一种浓度）。
（3）取等量上述各浓度乙烯利溶液，用喷壶分别喷洒各组黄瓜幼苗一次。
（4）各组雌花数(或各组每株平均雌花数)
例4.（09安徽卷）某生物兴趣小组调查发现，在黄瓜幼苗期喷洒一次乙烯利溶液（100~200mg· L-1），可促进多开雌花，提高黄瓜产量。但乙烯利浓度低于或高于这个范围时，其作用效果尚不清楚。请设计实验，探究乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响。结果预测：请在图中将预测的结果以折线的形式表示
（2）用蒸馏水稀释乙烯利溶液，配置成4种浓度（要求在0～100mg·L-1、100～200mg·L-1、200～300mg·L-1三个区间各至少取一种浓度）
例5.某同学拟验证上述实验结果：低温降低了细胞呼吸相关酶活性，设计如下方案： ①称取两等份同一品种的蓝莓果实，分别装入甲、乙两个容积相同的瓶内，然后密封。 ②将甲、乙瓶分别置于25 ℃和0.5 ℃条件下储存，每隔一段时间测定各瓶中的CO2浓度。 ③记录实验数据并计算CO2生成速率。为使实验结果更可靠，请给出两条建议，以完善上述实验方案(不考虑温度因素)。
a．选取的果实成熟度应一致__； b．每个温度条件下至少有3个平行重复实验_
通常是回答4个问题：（1）让我们做什么；(实验目的)（2）怎么做；（对照形式）（3）注意什么；（起始值、自变量）（4）以什么指标来衡量结果（因变量）
五.“开放性实验设计”题--（实验思路）
例1.(2015·福建卷节选)实验结果表明，随着可可碱浓度的升高，种子发芽率__降低__。为探究可可碱影响种子发芽率的可能原因，某同学提出假设：可可碱会降低种子中赤霉素的水平。现欲通过实验检验上述假设，请写出实验设计的基本思路： 。
以不同浓度的可可碱处理鬼针草种子，一段时间后测定各组种子中赤霉素的含量，分析可可碱浓度与赤霉素含量的关系__。
例2.（2018全国I）根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒病毒两种类型。有些病毒对人类健康会造成很大危害。通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。简要写出：⑴ 实验思路，⑵ 预期实验结果及结论即可。（要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组）
【解析】1.DNA病毒会利用宿主细胞的核苷酸进行复制，DNA病毒利用碱基T不会利用碱基U，RNA病毒利用U不会利用碱基T。2.病毒寄生在活细胞中3.放射性检测时的问题，要分别标记
【答案】（1）甲组用添加放射性同位素标记的碱基T的培养基培养的宿主细胞，与新病毒混合培养；乙组用添加放射性同位素标记的碱基U的培养基培养的宿主细胞，与新病毒混合培养。（2）分离出甲乙两组的病毒，进行放射性检测，若甲组中病毒不带放射性，乙组中病毒带放射性，则说明该病毒为RNA病毒。若甲组中病毒带放射性，乙组中病毒不带放射性，则说明该病毒为DNA病毒。
（2）实验结果表明：当外界溶液中b的浓度达到一定数值时，再增加b的浓度，根细胞对b的吸收速率不再增加。可能的原因是__________________
例3.在适宜条件下，测得的某植物根细胞对a、b两种物质的吸收速率与外界溶液中这两种物质浓度的关系如图所示（a、b两条曲线分别代表植物根细胞对不同浓度a、b两种物质的吸收速率）。回答下列问题。
（1）根据实验结果发现a是通过自由扩散方式跨膜运输的。自由扩散的含义是__________。
物质通过简单的扩散方式进出细胞
（3）王同学据图认为b的跨膜运输方式是主动运输，李同学认为是协助扩散。请设计实验确定王同学的判断是否正确。要求简要写出实验思路、预期结果和结论。
将长势相同的某植物根细胞平均分为两组，甲组放在有氧条件下，乙组放在无氧条件下，将甲乙两组植物根细胞放在相同且适宜的条件下培养一段时间后，分别测定根细胞对b物质的吸收速率。
结论：若甲组根细胞对b物质的吸收速率大于乙组，则说明b物质的跨膜运输方式为主动运输；若甲组和乙组根细胞对b物质的吸收速率大致相同，则说明b物质的跨膜运输方式为协助扩散。
例4.科学家利用纯磷脂制成“脂质体”，作为细胞模型。将“脂质体”放置于清水中，一段时间后发现，“脂质体”的形态、体积都没有变化。
(1)这一事实表明水分子______________（能/不能）通过纯粹的磷脂双分子层，进一步根据细胞膜的化学成分分析推测，在该实验中，水分子的跨膜运输_______（是/不是）自由扩散。
(2)有实验证明钾离子不能通过该“脂质体”，若要使钾离子通过，则该“脂质体”模型中还需要具备哪些物质？_________________________________________
载体蛋白或载体蛋白和ATP
(3)彼德·阿格雷从人红细胞及肾小管细胞的膜中分离出一种膜蛋白—CHIP28，并证明它是一种“水通道蛋白”。请设置能形成对照的甲、乙两组证明CHIP28是“水通道蛋白”。要求写出实验思路，预测实验结果并得出结论。实验思路：预期实验结果：实验结论：
将“脂质体”均分为两组，分别标记为实验组甲、对照组乙，在甲组中加CHIP28。将甲乙两组置于清水中，一段相同时间后，观察并比较甲乙两组“脂质体”体积变化情况
甲组“脂质体”体积大于乙组
CHIP28是一种“水通道蛋白”
例5.为探究洋葱表皮细胞的细胞液浓度,需要设计相关实验,请写出设计思路。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
配制一系列具有浓度梯度的蔗糖溶液,并利用系列溶液分别重复上述实验,观察细胞质壁分离的状态
例6.普通淀粉酶的最适温度在40~60 ℃,而极端耐热淀粉酶在100 ℃仍能保持较高的活性,因此在生产上具有更为广泛的应用前景。设计实验测定极端耐热淀粉酶起催化作用的最适温度。
在40 ℃和100 ℃之间每隔一定温度设置一个实验组,其他实验条件适宜且保持一致。以反应液和碘液发生颜色反应的程度为指标确定最适温度。
例7.某同学推测,适当遮光可能导致叶绿素含量增加,以适应弱光环境。请设计一个简单的实验验证该同学的推测是否正确,简单的写出实验思路:　 。
提取并用纸层析法分离遮光和未遮光情况下的草莓叶片中的色素,观察并比较叶绿素色素带的宽度
例8.研究者从生物组织中提取出两种酶:酶A和酶B,进行了一系列研究,回答下列问题:(1)将酶A分为两组,一组遇双缩脲试剂后呈现紫色反应;另一组用RNA酶处理后,不再具有催化活性。这表明酶A的化学组成为　　　　　　　　　。
（2）酶B是一种蛋白质,研究者采用定量分析方法测定不同pH对酶B的酶促反应速率(v)的影响,得到如图所示曲线。当pH偏离6.8时,酶促反应速率都会下降,下降的原因可能有三种:
①pH变化破坏了酶B的空间结构,导致酶不可逆失活;
②pH变化影响了底物与酶B的结合状态,这种影响是可逆的;③前两种原因同时存在。现要探究当pH=5时酶促反应速率下降的原因,请在上述实验基础上,简要写出实验思路(含预期结果及结论)。
先将酶B在pH=5的条件下处理一段时间,然后升高pH至6.8,测定其酶促反应速率。若测定速率=b,则为原因①,若测定速率=a,则为原因②,若b