4.　 单因子变量原则和等量性原则

此两个原则都是在设计对照实验时必须坚持的原则。所谓单因子变量原则，强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量，只有这样当实验组和对照组出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的，从而证明实验组所给实验因素的作用，因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置，至于将谁作为变量则很容易确定，即要验证谁则把谁作为变量，也就是要把所要验证的中心条件作为变量。如要探索PH对淀粉酶活性的影响，则需把PH作为变量；要验证光合作用需要光则应将光作为变量；要验证光合作用需二氧化碳则把二氧化碳作为变量等等。等量性原则与单因子变量原则是完全统一的。只不过强调的侧面不同，单因子变量原则强调的是实验变量的单一性，而等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同，以平衡和消除无关变量对结果的影响，需要强调的是这些无关变量在进行严格控制时，不但要等量，而且是在适宜条件下的等量，常态条件下的等量。如在探索PH对酶活性影响的实验中，单一变量是PH，除PH之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量，而且要适宜的量，如对温度的控制不但要相同，而且要适宜，即要给予酶活性所需的适宜的温度，而不能控制在低温或高温条件下的等量。

不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。

①　　 实验变量与反应变量：实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，是作用于实验对

象的刺激变量(也称自变量)，自变量须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。反应变量(又称因变量)，是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，反应变量是研究是否成功的证据，应具可测性和客观性。

二者关系：实验变量是原因，反应变量是结果，即具因果关系。例如：关于“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，“低温(冰块)、适温(37℃)、高温 (沸水)就是实验变量，而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。该实验旨在获得和解释温度变化(实验变量)与酶的活性(反应变量)的因果关系。

②　　 无关变量与额外变量：无关变量(控制变量)是指实验中除实验变量外的影响实验结

果与现象的因素或条件。即是指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量. ，实验者应严格控制无关变量，否则实验结果的真实性无法得到认定、我们常在实验过程中强调“选取生长状况相同的幼苗”“数量大小相同的种子”“置于相同并适宜条件下培养”“加入等量的清水”等均是为了控制无关变量对实验结果的干扰。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。

二者关系：也是前因后果的关系。但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。

例如：“唾液淀粉酶实验”中，除实验变量(温度)外，试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。如无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同、不均衡，就会产生额外变量，影响实验的真实结果。实验变量，或称自变量，指实验假设中涉及的给定的研究因素。反应变量，或称因变量，指实验变量所引起产生的结果或结论。而其他对反应变量有影响的因素称之为无关变量，观察其对实验结果的影响。

[案例剖析]例如，生物课本内温度对酶活性影响的实验中：实验变量是低温(冰水)，

适温(60℃)，高温(沸水)；酶的活性变化即反应变量；试管的洁净度，淀粉酶的稀释度，可溶性淀粉的浓度，碘液的量和浓度，温度处理时间，操作程序等是无关变量。实验中不论有几个实验变量，都应做到每个自变量对应一个因变量，此外还要做到操作规范。在实验设计、实施的全过程中，应严格操纵实验变量，严格控制无关变量，尽可能消除误差，获取较为精确的反应变量。

3.对照性原则:科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。 实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。由于同一种实验结果可能会被多种不同的实验因素所引起，因此如果没有严格的对照实验，即使出现了某种预想的实验结果，也很难保证该实验结果是由某因素所引起的，这样就使得所设计的实验缺乏应有的说服力。可见只有设置对照实验，才能有效地排除其它因素干扰结果的可能性。才能使设计显得比较严密，所以大多数实验，尤其是生理类实验往往都要有相应的对照实验。

如何设置对照实验呢？所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。具体来说有如下四个方面：

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所用实验试剂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。

设置对照组有4种方法：

(1)空白对照：即不给对照组做任何处理；例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，

实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。课本中涉及到的用甲状腺制剂饲喂蝌蚪与正常情况下蝌蚪不作任何处理对照就属于空白对照；在还原糖鉴定实验中留一部分样液不加入斐林试剂，以作对照。

(2)条件对照：即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。例如，在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组(饲喂甲状激素)，乙组为条件对照(饲喂甲状抑制剂)；不饲喂药剂的是空白对照组;课本中涉及到温度对淀粉酶活性影响的实验中0℃、100℃等温度下的对照则为条件对照；，显然，通过条件对照．实验说服力大大提高。

(3)自身对照：指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组；例如

“质壁分离与复原”实验，自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。将过氧化氢酶加入过氧化氢溶液中证明酶是生物催化剂可催化过氧化氢水解，即自身对照，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。课本中涉及到将过氧化氢酶加入H₂0₂液中说明酶是生物催化剂，则属于自身对照；

(4)相互对照：不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。即实验与对照在同一对象

上进行.这种方法常用于等组实验中。“植物向光性”实验中，利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。证明玉米根的生长方向与地心引力的关系实验中不同方向放置的玉米种子之间则属于相互对照。再如: 在探究温度(或pH)对酶催化活性影响实验中温度(或pH)(0度、50度,100度) 为条件对照。清水(软水) 、河水(硬水) 对加酶洗衣粉影响中，清水(软水) 、河水(硬水) 为相互对照。用缺素营养液培养的出现缺素症状的植株加入某元素后恢复正常为自身对照。.在实验中要找出一个最佳效果点，就要采取相互对照进行实验。

“实验组”与“对照组”确认:一个实验通常分为实验组和对照组(控制组)。实验组是

施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象组，两者对无关变量的影响是相等的，两组之间的差别，被认为是来自实验变量的结果，如 2005年春季高考题中为研究光对幼苗生长的影响时实验变量应为撤掉光照，因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组，而自然状态(即来接受实验变量处理)的小麦幼苗应为对照组，通过对照组能增强实验的信度。

说明:根据实验目的要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照组实验。中学阶段所要求的实验设计一般多采用对照的原则，因为科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。

1　 科学性原则 　实验是人为控制条件下研究事物(对象)的一种科学方法；是依据假设，

在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。科学研究的过程本身就是科学，并不是说研究的结论才是科学方法。因此，在实验设计中必须有充分的科学依据。生物学实验中，一种生命现象的发生往往有其复杂的前因后果，从不同角度全面地分析问题就是科学性的基本原则。如绿色植物新陈代谢中的物质代谢有各种细胞的参与，有各种物质在不同方面的变化。分析问题、设计实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性。

科学性原则：包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。

①　　 实验原理的科学性

实验原理是实验设计的依据,也是用来检验和修正实验过程中失误的依据,因此它必须是经前人总结或经科学检验得出的科学理论。如2000年全国高考考试题第25题，本题要求学生设计实验验证钙离子在血液凝固中的作用。题中给出了两个实验原理；血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，若缺少它则血液不能凝固；草酸钙溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，因此具有抗凝血作用。这两条原理科学而且完整，学生可由此产生明确的设计思路。

②实验材料选择的科学性

根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料，是保证实验达到预期结果的关键因素之一。如“还原性糖鉴定实验”中以苹果或雪梨细胞组织液为材料，以及“植物细胞质壁分离与复原”实验中以紫色洋葱为实验材料等实验都是一些经典的成功选材的范例。

思考：还原糖的鉴定、蛋白质的鉴定、植物细胞有丝分裂观察、叶绿体色素提取与分离、

植物细胞的质壁分离与复原、细胞质流动的观察等实验中应选择哪些实验材料才能得到较好的实验效果？为什么？

③实验方法的科学性

只有科学而严谨的实验方法，才能得出正确而可靠的实验结果。如鉴定蛋白质的实验中，根据蛋白质分子在碱性环境中与硫酸铜反应形成紫色的反应特点，实验过程中必须先加双缩脲试剂A液(质量浓度为0.1g/ml的氢氧化钠溶液)，振荡后再加B液(质量浓度为0.01g/ml的硫酸铜溶液)。而不能反过来，或把A液与B液混合后加入，这样均不能得到预期的实验结果。

思考：在光合作用强度的检测实验中用绿光灯照射可看成是黑暗条件的依据是什么？在鉴定光合作用产物实验中，为什么要对植物进行饥饿处理，这样做的科学性体现在哪里？

④实验结果处理的科学性

对于实验过程中得到的一些数据，现象或其它信息，不能简单处理，应首先整理后仔细分析，找出它们所能够透露给我们的最大信息量。

2.平行复重原则：即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。任何实验必须有足够实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。平衡重复原则要求控制某种因素的变化强度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。由以上实验设计的特点来看，采用了平行重复的原则来进行，消除了无关变量与额外变量的干扰，可多次重复该实验，使得实验结果更加客观、科学。

实验名称:　 是关于一个什么内容的实验。(即: 研究或实验的内容)

实验目的:　 要探究或者验证的某一事实或者做了该实验后，要解决什么问题？能提高或学到哪些知识、能力等(从动手能力，观察能力、基本技能、实验设计、显微镜的使用等方面分析)

实验原理:　 进行实验依据的科学道理。(即完成该实验所应用到的理论依据是什么？)

材料用具：包括实验材料、仪器或试剂等

实验的操作步骤: 涉及到实验设计思想、器材、药品的使用、实验设计原则(科学性、简便性、单一变量、可重复性、控制的体现、控制与与平衡控制等)的体现。

实验测量与记录:　 对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。

实验结果预测及分析:　 能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。

实验结论:　 对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。(注：有些考题要求考生预测可能的实验结果，并推断相关的结论。)

注：关于“假设”“预期”“结果”与“结论”的辨析

　 (1)假设

　 “假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。如“孟德尔分离现象解释验证”的测交实验中，提出的假说是：“F_I(Dd)产生配子时，因等位基因分离，使得 F_I产生含基因D和基因d的两种配子，且其数目相等。”再如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验中，提出的假说应为：

　 当细胞外溶液浓度＞细胞液浓度→细胞失水

　 当细胞外溶液浓度＜细胞液浓度→细胞吸水

(2)预期

　 “预期”是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理，得出假定性结果或推论，即“假如假设成立，则应有何种结果”，如“孟德尔分离现象验证实验，假如假说成立则有测交的后代应出现Dd与dd为1：1的结果，即高茎与矮茎数量比应为1：1”，而“观察植物细胞质壁分离与复原实验”中，假若假设成立，则应有处于高浓度(30%)蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞因不断失水→质壁分离，而处于清水中的已分离细胞因细胞吸水→质壁分离复原

(3)结果：

　　 结果应为实验实际出现的情况，如“孟德尔分离现象解释实验”中出现的结果为“得到的64株后代中，30株高茎，34株矮茎，两种性状分离比为1：1”而“质壁分离复原实验”中处于30%蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞果真发生了质壁分离，而处于清水中的已分离细胞果真发生了复原现象。

(4)结论：

　　 结论的得出须依据实验结果，即若出现的结果与预期结果一致则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立”，若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立”。

由此可知，“假设”应对应“结论”，“预期”应对应“结果”，在实验讨论时应注意描述的科学性即“如果出现何种结果，则应有何种结论”，例如用检测呼吸装置的红色液滴检测酵母菌呼吸类型时，应为若液滴向左移动则推出什么结论，若液滴向右移动则推出什么结论，而不能描述为“若为有氧呼吸，则液滴向哪移动”，再如在验证淀粉，碘液能否通过半透膜时应描述为“若袋内外液体均变蓝(结果或现象)，则淀粉、碘液均能通过半透膜。”而不能描述为“若淀粉、碘液均能通过，则袋内外液体均变蓝”。

28. (9分)我国南方的水塘在光照充足的情况下，绿藻会大量繁殖，引起水华。实践证明，水塘部分遮光会抑制藻类繁殖。研究人员用实验的方法研究了在水面部分遮光(约1／2)的情况下影响藻类繁殖的主要非生物因素，获得了如下数据：

(1)此实验中对实验水塘与对照水塘处理的不同之处是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

　(2分)应保持相同的条件是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。(三个以上条件)(2分)

(2)分析以上两图的数据可以得出的结论是：①　　　　　　　　　 ，　 ②　　　　 。

．(9分)江苏某县地处水乡，畜禽养殖和栽桑养蚕是当地农业的两大支柱产业。请分析该县农业生态系统结构(部分)示意图并回答：

(1)该农业生态系统的能量流动从　　　　 开始，图中属于消费者的生物有　　　　　 。

(2)与传统农业生态系统相比，该农业生态系统的环境污染更小，主要原因是　　　　 。

(3)该农业生态系统为何能提高经济效益? 　　　　　　　　　　　　　　　　　。

(4)从生态系统稳定性看，该农业生态系统比简单的农田生态系统不易发生虫害的原因是

　 　　　　　　　。请说出两种根据生物学原理防治害虫的方法　　　　　　　　　 。

(5)根据该县地处水乡这一资源优势，请就该农业生态系统提出你的一条合理化建议。　 　　　　　　　

(9分)“绿色”的含义除了包括城市绿化、绿色生活方式与消费理念外，还应包括尊重自然、珍惜生命，追求天人合一的生态伦理道德等。“绿色城市”需要从我做起，从身边的小事做起。

(1)近年来城市的绿地总面积和人均绿地面积在逐年上升。你认为大量引进非本地树种、草种，可能会产生的后果是　　　　 。保护生物多样性应在　　　　　　　　 、　　　　　　　　 、　　　　　　　 三个层次上采取保护战略和保护措施。

④、⑤过程利用的生物属于生态系统的何种成分？　　　　　　　　 。从对资源的充分利用角度看，④、⑤途径优于③途径的原因是　　　　　　　　　　　　 。

27．(共12分)将人的抗病毒干扰基因“嫁接”到烟草的DNA分子中，可使烟草获得抗病毒的能力，形成转基因产品。试分析回答：

(1).人的基因工之所以能接到植物体中去，原因是：______________________。

(2).烟草具有抗病毒能力，说明烟草体内产生：______________________。

(3).不同生物间基因移植成功，说明生物共有一套____　　　 _______。

(4).烟草DNA分子被“嫁接”上或“切割”掉某个基因，实际并不影响遗传信息的表达功能。这说明_

26.　 .下图为农田生态系统中氮循环过程示意图，请根据图回答下列问题：　　　

(1)完成I过程生物的同化作用方式是　　　　　　　　　　　　 ，异化作用方式是　　　　　　　 。II过程表示的是　　　　　　　　 作用，参与此过程的生物有　　　　　　　　　 。

(2)氮元素在生物圈中循环的物质形式有　　　 　　　　　，农田生态系统物质循环不同于自然生态系统物质循环的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。在生产中，人类采取许多措施提高农副产品的产量，有些措施对环境会有影响，

请列举1例：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。

(3)有些地区常在一块农田中同时种植大豆和玉米，这种做法的优越性表现在：　　　　 。

(4)有些农民将大豆的秸秆在农田中焚烧以提高土壤肥力，这种做法是否正确?为什么? 　　　

25. .利用红外测量仪可以灵敏地测量一个密闭的小室(容积为1 L)中的CO₂浓度变化，在密闭但可以透光的小室中分别放置叶面积都是10 cm²的A．B两种植物的叶片，在充足的光照条件下测量，测量结果记录于下表：(单位：mg/L)　　　　

根据表中记录到的数据回答下列问题：

(1)从表中可以看出密闭小室中的CO₂浓度变化趋势是逐渐降低，原因是　　　　 　　。

(2)从记录的结果看，当CO₂浓度降低到一定水平后不再降低了，维持在这个水平上，其原因是　　 。

(3)如果A种植物是C₃植物，那么B种植物最可能是C₄植物，C₄这种植物最显著的结构特点是　　 。

(4)如果将大小、长势相似的A种植物和B种植物培养在同一个密闭的钟罩内进行实验，请你根据上述实验结果预测本实验的结果，并说明理由。

24. (5分)右图表示某细菌生长过程中，在X点将该细菌引入与先前营养条件不同的环境后，细胞数、RNA、 DNA和蛋白质的相对数量的变化情况(A、B、C、D)。请据图分析回答：

　(1)在图中所示X点前，细菌生长处于______期，判断的依据是_

(2)XY之间相当于细菌生长的____ __期，该时期细菌大量合

成_____　 ___代谢产物。

(3)若C曲线表示DNA的数量变化情况，则细胞数、RNA、

蛋白质分别应图中的_______曲线 (填字母)。

23．(9分)为了验证促进有丝分裂物质对细胞分裂的促进作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中加入³H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷(³H－TdR)；乙组中加入等剂量的³H－TdR并加入促进有丝分裂的物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射强度。据此回答下列问题：

(1)细胞内³H－TdR参与合成的生物大分子是＿＿＿＿(1分)，该种分子所在的细胞结构名称是＿＿＿＿　　　　　　　　　　　 (2分)。

(2)乙组细胞的总放射性强度比甲组的＿＿＿＿(1分)，原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿(2分)。

(3)细胞利用³H－TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的＿＿＿＿期。(1分)

(4)在上述实验中选用³H－TdR的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿