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新人教高中生物實驗專題講座1
實驗設計的“原則”與“變量”分析
[技能必備]
1.實驗設計遵循的三大基本原則
(1)單一變量原則：即除自變量(實驗變量)以外，應使實驗組與對照組的無關變量保持相同且適宜。如生物材料相同(大小、生理狀況、年齡、性別等)、實驗器具相同(型號、潔凈程度等)、實驗試劑相同(用量、濃度、使用方法等)和條件相同(保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等)。
(2)對照原則：應設置對照實驗，使實驗組與對照組的自變量不同(其他因素都相同)，以便減小實驗誤差。
(3)平行重復原則：在實驗設計中為了避免實驗結果的偶然性，必須對所做實驗進行足夠次數的重復，以獲得多次實驗結果的平均值，保證實驗結果的準確性。
2.三類變量(自變量、因變量、無關變量)分析
3.教材中探究類實驗的變量分析
實驗名稱 自變量 因變量 無關變量
探究溫度對淀粉酶活性的影響 不同溫度(至少三種) 酶的活性(加碘液后溶液顏色的變化) pH、底物量、酶量、試管的潔凈程度、反應時間、操作程序等
探究pH對過氧化氫酶活性的影響 不同pH(至少三種) 酶的活性(氣泡的數量或帶火星的衛生香燃燒程度) 溫度、底物量、酶量、試管的潔凈程度、反應時間、操作程序等
探究酵母菌的呼吸方式 氧氣的有無 CO2生成量(澄清石灰水的混濁程度)；酒精產生(用酸性重鉻酸鉀檢測) 葡萄糖溶液、石灰水的量、溫度、pH、錐形瓶的潔凈程度等
探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度 不同濃度的生長素類似物 扦插枝條的生根數量或長度 實驗材料的一致性、生長素類似物濃度的準確性、處理時間的一致性等
探究培養液中酵母菌數量的動態變化 時間 酵母菌種群數量 培養液的成分、培養條件、空間等
4.實驗設計策略
(1)程序
(2)步驟書寫
①步驟
第一步：等量分組、編號(注意不同實驗材料“等量”的描述)
第二步：單一變量處理，其他條件相同且適宜(無關變量的控制)
第三步：觀察記錄結果
②實驗結果
結論：將實驗的結果用文字、曲線圖、柱形圖、表格等形式予以表達。
[技能訓練]
1.(2021·江西金太陽全國大聯考)生物實驗設計的關鍵是實驗變量的確認，下列對實驗自變量的確認，不正確的是(　　)
A.比較過氧化氫在不同條件下分解速率的實驗中，自變量為催化劑的種類
B.觀察植物細胞質壁分離及質壁分離復原的實驗中，自變量為環境溶液
C.為破譯密碼子而進行的蛋白質體外合成的實驗中，自變量為氨基酸的種類
D.探究影響酵母菌種群數量增長因素的實驗中，自變量可為培養液的量
答案　A
解析　比較過氧化氫在不同條件下的分解速率實驗中，自變量是不同的條件，如溫度、催化劑的種類等，A錯誤；植物細胞質壁分離及質壁分離復原的實驗中，細胞所處的環境溶液(的濃度)是自變量，B正確；為破譯密碼子而進行的蛋白質體外合成實驗，是在不同試管中分別加入一種氨基酸，自變量是氨基酸的種類，C正確；培養液量的多少會影響酵母菌種群數量的最大值等，D正確。
2.(2020·河南示范高中聯考)下列有關實驗設計的敘述中，正確的是(　　)
A.實驗材料的數量、溫度和時間都可能是實驗的變量
B.各種實驗都必須單獨設置對照組，確保單一變量
C.數據測量時只要認真記數，無需多次測量求平均值
D.探究實驗中，實驗結果總是與提出的假設一致
答案　A
解析　變量即實驗過程中可以變化的因素，實驗材料的數量、溫度和時間都可能是實驗的變量，A正確；探究實驗一般都需要設置對照組，但也可能均為實驗組，各組之間形成相互對照，B錯誤；進行數據測量時，為了減少誤差，需多次測量求平均值，C錯誤；探究實驗中，可能出現實驗的結果與假設矛盾，可能是假設不正確，那么就需要進一步查找資料，重新作出假設，也可能是實驗過程中的某一環節出了問題，那么就需要重新進行實驗，D錯誤。
3.(2021·西安高新一中調研)酶抑制劑能降低酶的活性，不同的抑制劑對酶活性的影響不同。某科研小組通過實驗研究了兩種抑制劑對某消化酶酶促反應速率的影響，對實驗的結果進行分析并繪圖，請回答下列問題：
(1)該實驗的自變量是__________________________________________，
實驗中對無關變量應進行控制，該實驗的無關變量有　　　　　　　　(至少答出兩項)。
(2)據圖分析，隨著底物濃度的升高，抑制劑　　　　(填類型)的作用逐漸減小甚至消失。從活化能的角度分析，推測抑制劑降低酶促反應速率的原理是____________________________________。
(3)某同學認為該實驗小組的實驗過程應是：
a.將某消化酶溶液等分為①②③三組，將每組等分為若干份；
b.在一定條件下將三組消化酶溶液均與等量的不同濃度的底物混合；
c.在①中加入一定量的蒸餾水，②中加入等量的抑制劑Ⅰ，③中加入等量的抑制劑Ⅱ；
d.定時取樣檢測各反應中底物的量或產物的量，記錄實驗結果并繪圖。
你認為該實驗操作是否正確？　　　　。如果不正確，請進行改正：________________________________________________________________________。
答案　(1)抑制劑種類和底物濃度　溫度、pH、酶濃度、抑制劑的使用量等　(2)Ⅰ　在抑制劑的作用下，酶的活性(催化效率)降低，其降低化學反應活化能的能力下降(合理即可)　(3)不正確　步驟c應與步驟b互換，即先對酶溶液進行處理再加入底物(合理即可)
解析　(1)由圖可知，該實驗的自變量有兩個，分別是抑制劑種類和底物濃度。該實驗的無關變量有溫度、pH、酶濃度、抑制劑的使用量、反應時間等。(2)由圖可知，隨著底物濃度的升高，曲線②的酶促反應速率逐漸與曲線①無抑制劑時相同，即抑制劑Ⅰ的作用逐漸減小甚至消失。抑制劑能降低酶活性，酶能降低化學反應所需的活化能。(3)不正確，若對酶處理前先將酶與底物混合，則酶會與底物發生反應，故應先對酶進行不同的處理，然后再將處理后的酶與底物混合。

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