验证性生物实验的设计方法

验证性生物实验的设计方法江苏省江阴长泾中学陆敏刚例：动物激素对动物的生长发育起着调节作用，请你利用下面提供的实验材料和用具，设计一个实验证明甲状腺激素能促进动物的个体发育。实验材料用具：(1)蝌蚪15只(同种，同时孵化出来，体长约1.5cm)(2)新鲜小草(3)3只鱼缸(容积约为3000ml左右)(4)甲状腺激素(5)甲状腺抑制剂(6)自来水(已晾晒过3-4天)(7)药匙若干(8)小网一个(9)培养皿(10)坐标纸(用来测量蝌蚪的体长)(11)鱼虫(用以喂食)［提示：每次投药为5mg，2天换水一次。］实验方法和步骤：1、分别取3只洁净的玻璃缸，编号为1、2、3号，内中分别倒入2000ml晾晒过的自来水。2、在1、2、3号缸内分别放入等量的水草，然后大小相同，生活力强的小蝌蚪各5只。在相同适宜的环境条件下培养。3、向1号缸投入甲状腺激素5mg，向2号缸投入甲状腺抑制剂5mg，3号缸不加任何药品。以后每天投药一次，连续七天，药量同上。4、每天向缸内投入等量的活鱼虫进行饲喂，两天换一次水。5、每两天观察一次，用小网将蝌蚪捞出放在培养皿中，再将培养皿放在坐标纸上测量其体长，观察其形态变化，前后肢生长情况及属的变化等。观察测量后，迅速每组蝌蚪放回原来饲养的培养缸内。6、记录观测结果，进行比较分析，得出实验结论探究性实验与验证性实验的区别验证性实验目的旨在一个设计完整的实验框架下重新验证结果是否达到原理所描述，实验目的重在使实验人员了解这个实验，以达到熟悉生物固有的现象。探究性实验目的是在假设的指引下获取支持假设或推翻假设的科学实证，从而达到验证假设的目的，在这个目的指引下实验者更重视获取对假设有用的实验信息。一、要具备完整的实验思想观察到某现象(或欲证明某结论)→提出假说→设计并实施实验→取得实验结果→得出结论(支持或否定原假说)。二、要明确实验目的如例题是：证明甲状腺激素能促进动物的个体发育。三、设计实验的几个步骤第四步，设计对照实验，常用的方法有：第三步，改变条件X，设计一个使P不发生或程度发生改变的实验，亦有简单的事实说明。第二步，满足条件X，设计一个能使P发生的实验，并用简单的事实说明。第一步，实验准备，包括必要的实验器材及实验药品的准备。(1)空白对照：不给对照组任何处理因素(2)条件对照：虽然给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究处理因素。(3)自身对照：对照和实验都在同一研究对象上进行。不含生长素的琼脂块65琼脂块43台灯2纸盒1玉米幼苗植物生长素与向光性关系的实验示意图(4)相互对照：不单独设立对照组，而是几个实验组对照。对比实验单一变量说明的问题2号与1号3号与2号4号与2号、3号5号与1号6号与3号对比实验单一变量说明的问题2号与1号条件不同玉米幼苗产生向光性的外因是单侧光照射3号与2号4号与2号、3号5号与1号6号与3号对比实验单一变量说明的问题2号与1号条件不同玉米幼苗产生向光性的外因是单侧光照射3号与2号材料处理不同玉米幼苗产生向光性的内因是与胚芽鞘的尖端存在有关4号与2号、3号5号与1号6号与3号对比实验单一变量说明的问题2号与1号条件不同玉米幼苗产生向光性的外因是单侧光照射3号与2号材料处理不同玉米幼苗产生向光性的内因是与胚芽鞘的尖端存在有关4号与2号、3号材料处理不同玉米幼苗的向光性与胚芽鞘的尖端产生了生长素有关5号与1号6号与3号对比实验单一变量说明的问题2号与1号条件不同玉米幼苗产生向光性的外因是单侧光照射3号与2号材料处理不同玉米幼苗产生向光性的内因是与胚芽鞘的尖端存在有关4号与2号、3号材料处理不同玉米幼苗的向光性与胚芽鞘的尖端产生了生长素有关5号与1号材料处理不同玉米幼苗的向光性与生长素在胚芽鞘两侧的分布多少有关6号与3号对比实验单一变量说明的问题2号与1号条件不同玉米幼苗产生向光性的外因是单侧光照射3号与2号材料处理不同玉米幼苗产生向光性的内因是与胚芽鞘的尖端存在有关4号与2号、3号材料处理不同玉米幼苗的向光性与胚芽鞘的尖端产生了生长素有关5号与1号材料处理不同玉米幼苗的向光性与生长素在胚芽鞘两侧的分布多少有关6号与3号材料处理不同琼脂块不具备生长素的功能四、遵循实验原则1、设计对照原则2、单因子变量原则例中对三只缸中蝌蚪的处理，除了投入药剂的情况外，其它处理方法如“2000ml水”、“等量的水草”、“大小相同”、“5mg”、“等量的活鱼虫”等均完全相同。3、平行重复的原则五、力求排除干扰因素为了保证实验的准确性和科学性，应尽量排除有可能影响实验结果的其它因素，如上题中的“洁净的玻璃鱼缸”、“晾晒过的自来水”、“生活力强的小蝌蚪”、“两天换一次水”、“迅速将蝌蚪放回”等。六、设计实验要有条理性。步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说，并加以编号。七、文字表达要有技巧试管（或烧杯，水槽等）要加以编号，如A、B或甲、乙等等，这样可使叙说简洁一些。叙说中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如：“盖玻片”不能说是“薄的玻璃片”；“等量的”不宜说成“一样多的”；“振荡”不宜说成“晃动”“摇动”等等。八、如何设置对照实验（1）所有用生物材料要相同。即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。（2）所用实验器具要相同。即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。（3）所用实验试齐要相同。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。（4）所用处理方法要相同。如：保温或冷却；光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。九、实验结果的显示方法（1）呼吸速度——02吸收量或CO2释放量或淀粉减少量（2）原子途径——放射性同位素示踪（3）甲状腺激素作用——动物耗氧量，发育速度等（4）生长激素作用——生长速度（体重变化，身高身长变化）（5）胰岛素作用——动物活动状态十、实验结果的显示方法（1）光合速度——02释放量或CO2吸收量或淀粉产生量（2）呼吸速度——02吸收量或CO2释放量或淀粉减少量（3）原子途径——放射性同位表示踪（4）细胞液浓度大小——质壁分离（5）细胞是否死亡——质壁分离十一、实验条件的控制方法（1）增加水中氧气——泵入空气或吹气或放入绿色植物（2）减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水（3）除去容器中CO2——NaOH溶液（4）除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境（5）除去叶中叶绿素——酒精加热（6）除去光合对呼吸干扰——给植株遮光（7）如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光（8）线粒体提取——细胞匀浆离心练习：实验设计验证细胞膜的选择透过性。请根据提供的实验材料和用具简要写出第二、三步及以后的实验结果等。实验器材①新鲜的红色康乃馨②烧杯③记号笔④质量分数为15％的盐酸⑤清水⑥量筒实验步骤第一步：选用两只大小相同的烧杯，用记号笔标上A、B(1)第二步：_______________________(2)第三步：_________________________(3)结果预测：________________________(4)结果分析：__________________________(1)在A、B两只烧杯中，分别加入等量的15％的盐酸、清水(2)选等量的红色康乃馨花瓣，分别放入A、B两只烧杯中，一段时间后观察并记录实验结果。(3)水中花瓣仍为红色，水呈无色，盐酸中花瓣的颜色逐渐褪去，而溶液变红。(4)在酸性环境中，细胞死亡(或生物膜上的载体蛋白质变性失活)．细胞膜丧失了选择透过性的能力，色素分子进入盐酸溶液，使盐酸溶液变红(其它合理答案酌情给分)。练习2某些植物根能分泌一些化学物质用于抑制别种植物在其周围生长，这称为他感作用。大麦、玉米、向日葵、苜蓿等植物，是杂草的天然抑制者，又叫“闷盖庄稼”。为了验证大麦对邻近杂草生长具有他感作用。请根据所给材料器具，在给出的实验方法和步骤的基础上继续完成实验、预期实验现象。材料器具:大麦种子、狗尾草、长与宽各为50cm的栽种盒、剪刀、喷水壶、天平、直尺等.方法步骤:第一步:选取A、B、C三个栽种盒，在栽种土壤表面画5×5cm的小方格，每小方合格中心放一粒大麦或杂草种子。三个栽种盒的播种方式依次为:A:____________________________________；B:________________________________；C:_____。第二步:洒上少许细泥土覆盖种子，喷水壶浇水，把三个实验栽培盒放在_______（相同或不同）的20℃左右环境中培养2～4周,每天均保持足够时间的__________________。第三步:每天观察记录，统计盒内植株的等数量特征。比较三个实验栽培盒的植物特征差异。第一步A:大麦种子和杂草种子间行种植B:只种大麦种子C:只种杂草种子(顺序可变)第二步:相同光照第三步:平均株高,平均叶长，平均干重等(只对一个即可)预期的实验现象：A盒中的杂草生长情况明显比C盒中的差（注意与播种方式相对应）练习3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钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。请根据提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的反应和实验结果，验证钙离子在血液凝固中的作用，并回答问题(一)实验材料和用具(1)家兔；(2)生理盐水；(3)酒精棉；(4)适宜浓度的草酸钾溶液；(5)适宜浓度的氯化钙溶液；(6)试管、注射器(针管、针头)(二)实验步骤和实验结果第一步：在A、B试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水(如下图)。A草酸钾溶液B生理盐水第二步：(准备阶段)用酒精消毒，用注射器取家兔血。第三步：(改变条件X，事件P不能发生的实验步骤)立即将等量的新鲜血倒入A、B两管，经过一段时间以后，结果A不凝固，B凝固。第四步：(满足条件X，事件P能够发生的实验步骤)将等量的CaCl2溶液分别加入到A、B两管中，经过一段时间以后，A、B都凝固。问题：设置B管的目的是。第二步：第三步：第四步：实验结果结果分析：练习：3.请根据下列材料和实验原理设计一个证明酶是蛋白质的实验：(1)实验材料：5%的NaOH溶液，3%的CuSO4溶液、鸡蛋，人的唾液5ml(酶)、水、小烧杯、玻璃棒、试管、滴管。(2)实验原理：鸡蛋的蛋清主要成分是蛋白质，在碱性溶液中，蛋白质与CuSO4溶液反应能产生红紫色物质，即蛋白质的双缩脲反应。如果能通过实验证明，酶能发生双缩脲反应，既可证明酶的化学本质是蛋白质。第一步：制备蛋清液。取生鸡蛋一个，打破蛋壳(不要破坏蛋黄)，取少量蛋清注入小烧杯中，加入30mL的清水，用玻璃棒调匀，制成蛋清液。取两支试管编号，在1号中加2ml蛋清液，2号中加入2ml唾液。向两试管中各加入2-3滴5%的NaOH溶液，振荡。向两试管中各加入2-3滴3%的CuSO4溶液，振荡。两试管中都呈现红紫色。证明唾液中存在着与蛋清液相同的成分，即蛋白质。