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高考生物实验设计专题 新余四中 胡红兰胡红兰 2007 、 10 实验设计题要求同学们 依据一定的实验目的，设计实验 过程，预测实验结果的试题。这 类高考题的出现有利于培养同学 们的科学素质和创新精神。 1.实验的目的要求 一、实验设计元素 6.结论 5.实验现象和数据 4.实验步骤 3.实验思路 2.实验原理 二、实验设计的步骤 1、观察-发现问题 2、提出问题-提出实验要求 3、假说（可有多个）-确立实验原理 4、实验（引出实验设计原则）- -设计实验的思路和步骤 5、结论（数据处理）以表格形式出现，并对 结果预测一般为三个方面： （1）正相关 （2）负相关 （3）无关-记录实验现象和数据； 分析得出实验结论 三、实验设计的原则 1、科学性原则 所谓科学性是指实验的目的要明确， 实验材料和实验手段的选择要恰当，整个 设计思路和实验方法的确定都不能偏离生 物学基本知识和基本原理以及其他学科的 基本原则。 2、可行性原则 可行性原则是指在设计生物学实 验时，从实验原理、实验实施到实验 结果的产生都有可行性 3、简便性原则 设计实验时，要考虑到实验材料容易 获得，实验装置比较简单，实验药品比较 便宜，实验操作比较简单，实验步骤较少 ，实验时间较短。 4. 随机性原则： 实验设计中的随机化原则，是指被 研究的样本是从总体中任意抽取的。这 样做的意义在于：一是可以消除或减少 系统误差，使显著性测验有意义；二是 平衡各种条件，避免实验结果中的偏差 。 5、 单一变量原则 单一变量原则：即控制其他因素不变， 只改变其中某一变量，观察其对实验结果 的影响。除了整个实验过程中欲处理的实 验因素外，其他实验条件要求做到前后一 致 实验变量:指实验中由实验者所操纵给定的因素或条件 反应变量:实验中由于实验变量而引起的变化和结果 无关变量:其他对反应变量有影响的因素 干扰变量;由无关变量引起的变化和结果 例如:在验证温度对酶活性的影响实验中人为给定的温度是 实验变量,酶活性的改变为反应变量,其他的如PH、底物的 量、试管的干净程度、唾液的新鲜程度和稀释浓度等称为 无关变量，由他们引起的酶活性的改变成为干扰变量 无论实验中有多少个变量，都应做到一个实验变量对应 一个反应变量，确保单一变量的操作规范、尽可能控制 无关变量，减少干扰变量。这样既便于对实验结果进行 科学的分析，又增加试验结果的可信度和说服力 问题：在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解“实验中， 单一变量、反应变量、无关变量、干扰变量分别是什么 单一变量：加入的蔗糖和淀粉 反应变量：砖红色沉淀的产生 无关变量：淀粉酶的量、反应温度、PH等 干扰变量：由无关变量引起的变化和结果 例：某生物学小组为了研究阳光对大豆发芽的影响， 在两个花盆里种了大豆，并设计了如下实验 花盆阳光温度水 光照20充足 暗室20不充足 在这一实验中应该改正的错误是（ ） A 两个花盆都应放在向阳的地方 B 两个花盆都应放在黑暗的地方 C 两个花盆的温度不应该一样高 D 两个花盆都应该给浇充足的水 D 例：下面是鉴定胃蛋白酶的专一性实验设计，试分析该 实验设计是否符合单一变量原则，能否达到预期的实验 效果？ 实验材料胃蛋白酶 温度PH观察现象 瘦肉块50ml稀释 液 377.0瘦肉块与 土豆块能 土豆块50ml稀释 液 377.0否消失 不能，因为胃蛋白酶的最适PH是1.5-2.2 因此，运用单一变量原则时，还要尽量使常量能满 足实验成功的条件 6、 对照性原则 对照是实验控制的手段之一，目的还是消除无关变量对 实验结果的影响 实验组：接受实验变量处理的对象组 对照组：不接受实验变量处理的对象组 常见的对照类型有：空白对照 条件对照 自身对照 相互对照 、等量原则 在实验中，除实验变量以外，对实验组和对照组施加的 影响是相同，以消除无关变量对结果的影响，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，常态下的等量如探索PH对酶活性的影响 时，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，而且是要适宜的量 ，如对温度的控制不但要相同，而且要适宜，即要给予 酶活性所需的适宜温度，而不能控制在低温或高温条件 下的等量 、平行重复原则 平行重复原则，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。上 述随机性原则虽然要求随机抽取样本，这 能够在相当大的程度上抵消非处理因素所 造成的偏差，但不能消除它的全部影响。 平行重复的原则就是为解决这个问题而提 出的。 复习建议：理清解题的思路，强化针对性训练。 设计题的解题思路 1、准确地把握实验目的 2、细心地弄清设计要求 3、精心地策划实验方法 4、合理地设计操作过程 5、严格地设置对照实验 6、准确地预测实验结果 7、简明地组织语言文字 四、设计题的解题思路 1、准确地把握实验目的 实验目的是整个实验设计的灵魂，所有实验 步骤的设计都要围绕实验目的这个核心来进行 。 2、细心地弄清设计要求 3、精心地策划实验方法 实验方法的策划是整个实验设计的精髓，是 一个好的实验设计最富创意的闪光之处，也是搞 好实验设计的关键所在。 如:有关光合作用的设计是验证光合作用产生氧气还是 吸收二氧化碳? （1）化学物质的检测方法 如： 淀粉碘 液 还原性糖 CO2 乳酸 O2 无O2 蛋白质 斐林试剂、班氏试剂 PH试 纸 余烬复然 火焰熄灭 被蛋白酶分解 Ca（0H）2溶液或酸碱指示剂 （2）实验结果的显示方法 如： 光合速度 O2释放量或CO2吸收量或淀粉产生 量 呼吸速度 O2吸收量或CO2释放量或淀粉减少量 原子途径 放射性同位表示 踪 细胞液浓度大小 质壁分离 细胞是否死亡 质壁分离 甲状腺激素作用 动物耗氧量，发育速度等 生长激素作用生长速度（体重变化，身高身长变化） 胰岛素作用 动物活动状态 菌量 菌落数或亚甲基蓝褪色程度 （3）实验条件的控制方法 增加水中氧气泵入空气或吹气或放入绿色植物 减少水中氧气容器密封或油膜覆盖或用凉开水 除去容器中CO2 NaOH溶液 除去叶中原有淀粉 置于黑暗环境 除去叶中叶绿素 酒精加热 除去光合对呼吸干扰 给植株遮光 如何得到单色光 棱镜色散或薄膜滤光 血液抗疑 加入柠檬酸钠 线粒体提取 细胞匀浆离心 骨的脱钙 盐酸溶 液 4、合理地设计操作过程 基本的实验方法选定以后，紧接着就要编定 具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理 规范、切实可行，否则也会造成很大的失分。 5、严格地设置对照实验 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对等的 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“其它条件的完全对等”。具体 来说有如下四个方面： 所用的生物材料要相同 即所用的生物材料的数量、质量、长度、体积来源 和生理状况等个方面特点要尽量相同或至少大致相 同 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 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 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,看起来似乎毫无意义的 但最好还是要作同样的处理 6、准确地预测实验结果 实验设计的最后往往还需要预测实验结果，在结果预测 上要全面准确而在这一环节上，学生往往会出现各种 各样的错误例如： 测交结果预测，除了全黑，有白有黑外，还有全白 加碘后，“不变蓝”不等于“无色”或“没有颜色变化”； 另外“不变”也不能说成“无现象” 用亚基蓝做菌量检测是，不能把“褪色”说成“无色”； 同理在做交换吸附实验时也不能把“褪色”说成“白色”或 “无色” 7、简明地组织语言文字 如： 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。 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。 写出实验操作过程: 大多数题目要求写出实验步骤，这是学生束手无策失分 较多的地方。总结下面一条书写模式，能够使书写条理，思 路清晰。 A 选材：选材应保持条件相同（如：日龄相同、体重相近的 雄性成年大白鼠） B 编组标号。研究对象、器皿等要编组标号，设立实验组和 对照组； C 实验处理。分别对实验组和对照组施加单一变量；除实验 变量外，对实验组和对照组的培养、饲养等条件应要相同， 即控制无关变量。后面步骤中要用到的东西，如果题目没有 给出，则必须在前面的步骤中准备好，如实验中要用蔗糖液 ，而题目中只给出蔗糖，我们就要先配制好蔗糖液；题目中 如果已经给好（如给的是配好的试剂），则不能再配制了。 D、培养（或饲养）、观察、记录 观察记录实验现象和实验数据 表格的设计： 要理清设计思路： 首先要读懂题目要求在表格“工作区”记录的内容。（题 目中有明确的要求） 其次要明确表格的第一列写什么？第一行写什么？注意在 第一列或第一行中肯定要写组别，即实验组和对照组（相互 对照中组数可能更多）。 再绘制表格（切记：表格“工作区”是预留给所设计的实 验中记录到的数据，而不是要学生造出数据来填入其中。因 此只要设计完成一张空白表格即可。设计表格时，要先在草 稿纸上画出表格轮廓，再写入答题纸中。） 表格设计好后，切勿忘记给表格添上题注（即表格名称）。 坐标图的设计：要理清横轴的含义？纵轴的含义？纵横轴的 单位？曲线的走势？关键点？ E、 实验结果分析或者预测实验现象: 要弄清题目的目的是“验证型的”还是“探究型的”。如 果是“验证型的”实验，则要根据所学知识和原理，分析得出 应有的实验结果和推出相应的结论,(此时一般只有一个结果和 相应的结论，且结论与实验目的相对应).若是“探究型的” 实验，则要根据原理、目的，预测出可能的结果和推出相应的 结论(此时一般有几个不同结果及相应的结论).预测结果“三 步曲” a 实验预测 验证性实验 如“验证”、“证明”都可预测到与 实验目的一致的结果。联系实验目的得出结论。结论是合理的 、科学的、肯定的。不少结论是在实验要验证的内容中寻找。 探究性(预测结果“三步曲”)实验 如“探究”预测的 实验结果不惟一，大多有三种可能：“变量促进结果；变量抑 制结果;变量与结果无关”,或“全肯定;全否定;一肯定一否定 ”等。 b 很多实验是化学反应类型，肉眼观察不到,应该考虑加入指 示剂,借助颜色变化或仪器辅助观察。实验结果可采用文字描 述、表格、坐标曲线等方式描述。 注意: 预测实验结果或分析实验结果二者是有区别的： 预测实验结果根据实验原理和事物间的相互关系，进行 理性分析，从而预先猜测可能是什么样的结果、有几种结果可 能性，都要事先预测到； 分析实验结果是从结果出发去寻找事物间的相互关系， 或者推导出一般性的结论或规律等。它是分析应有的实验结果 ，对意料之外的结果乃至失败的情况作出恰当的分析和推论。 二者是相反的两个过程：因此解决此类问题时要根据题意注意 用词的科学性和准确规范性。当然无论是预测实验结果还是分 析实验结果，都要既考虑最后的结果，也要考虑中间步骤的结 果。 F、 实验结论 通过现象、结果的分析，概括出规律性的 问题，结论一般就是实验的目的。 注意： 验证性实验中,实验目的、实验（或预测）结果和实验结 论三者是一致的.结果是指通过实验所观察到的实验现象或 通过实验直接得到的“成果”. 验证性实验中，由于要验证的结论是肯定的，因此无实 验假设。 在验证实验中，如果实验记录作为题目条件已出现，那 么就可得到肯定的实验结论。 这一规范并非一成不变，在运用时掌握基本原则，灵 活处理，才能以不变应万变。实验设计不是教材实验的简 单再现，它来源于教材又与教材有别，体现了“源于教材 ，高于教材”的命题思路。 特别注意的事项: (1)题目中所给予的实验试剂和材料要充分运用 (2)除非题目条件允许,一般不能随意添加材料 (3)遵循实验设计的原则 实验设计的类型 开放型：只给出课题，自选材料、试剂、 用具等，设计实验方案。 限制型：给出课题、原理、材料、试剂、 用具等，设计实验方案。 改进型：分析所提供的实验方案，对其 中的不完善之处提出改进方案。 补充型：要求学生对实验过程中的个别 方面进行科学的补充。 组题类型 给你一株盆栽幼苗，你如何将他设计成如图所 示形状的植物？ 要求： （1）自选材料、试剂、用具等 （2）写出实验原理、方法步骤 （3）预测实验结果 组题类型 （2000理综）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中的钙离子发生 反应形成草酸钙沉淀，起抗血凝作用请根据提供的实验材 科和用具简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，验 证钙离子在血液凝固中的作用，并问答问题： 1、实验材科和用具 (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(针头、针管) 2、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（如图） 第二步： 问题：设置B管的目的是 。 组题类型 单侧单侧 光 照的时时 数（小 时时） 弯曲角度 胚芽胚根 00000 28030 4+16050 620090 8250120 一株具有直立胚芽与胚根的豌豆幼苗，在进行连续了8小时同 向单侧光照射后，胚芽与胚根呈现出一定的弯曲角度变化， 具体数据如下表，回答下列问题： （1）将数据画成坐标图，设 横坐标为单侧光照射数，纵 坐标为弯曲角度。 （2）根据数据，判断胚芽与 胚根弯曲生长的方向，并在 下图方框中用箭头标出。 光 组题类型 （2002年理综）为验证“镁是植物生活的必需元素”， 三位同学进行了实验设计，下列是实验的基本思路。请 分别指出三个实验思路能否达到实验目的，为什么？再 写出你的实验思路。 （1）实验一：取生长状况一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器进行 培养。对照组容器内只盛有蒸馏水，实验组盛有用蒸馏水配制的镁盐溶液。两 组置于相同的适应条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育 情况。 （2）实验二：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中 （砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以蒸馏水，实验组浇以 用蒸馏水配制的镁盐溶液，两组置于相同的适应条件下培养，观察比较两组植 物的生长发育情况。 （3）实验三：取生长状况一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤的容器中 （砂性土壤肥力均匀，容器符合实验要求），对照组浇以含有植物必需的各种 元素的完全营养液，实验组浇以不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适 应条件下培养，观察比较两组植物的生长发育情况。 （4）下面由你进行实验设计，请写出你的设计思路。 限制型 （2004广东）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 作考试要求，室温恒定。) (2)方法与步骤： 将两组大白鼠分别标号为甲组和乙组，并分别用给出的 仪器，测定与记录耗氧量和活动量。 每日用灌胃器给予甲组鼠灌胃