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关于高中生物实验设计一些探讨姓名:徐庆丰 单位:长丰县实验高级中学 邮编：231100 电子邮箱:文摘:随着对学生综合分析问题能力考查的生物设计实验越来越呈现多样化、综合化、情景化。这种变化有利于改变目前学生死记实验结论的现象，有利于培养学生科学的思维方法，更有利于学生创新能力的培养，同时对教师的教学提出了更高的要求，面临如何更有效地培养学生把握设计实验的切入点困惑。就自己的教学过程谈谈看法。关键词:实验变量 实验假设 实验设计正文: 实验设计是生物实验中的一种类型，它能较全面的考查学生的实验知识和基本技能，分析问题和解决问题的能力以及创造能力。由于学生缺乏实验设计的有关理论知识，平时的练习也偏少，因此，遇到这类题型，就会感到茫然，无所适从。为解决这一问题，现将有关实验设计的基本理论、实验设计的思路方法和常见的类型作一介绍，以期增加学生理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力。I实验设计的背景资料 实验在生物教学中有十分重要的地位,随高考的不断改革，高考对生物学实验有不更高的要求，集中表现在开放性实验设计题的出现上。而这一类题型在高考复习中是令学生非常头痛的问题。要解决这一难题首先要明确实验在科学研究方法中的意义和地位。实验设计的一般步骤为六步1.提出问题，在观察的基础上提出有意义的值得探讨的问题2.作出假设，只用来说明某种现象但未做出证明，做出的假设可能是一个正确的假设，也有可能是一个错误的假设，必须根据假设做实验来验证最后才得出一个结论。3.实施计划，实验是完成假设和解决问题的最终途径，必须根据实验目的和提出的假设来具体设计实验的方法和步骤，在实验的方法步骤的计中，必须遵循对照的原则。4.分析实验数据，最后得出结论。在实验中要如实记录实验的事实，现象，数据，记录有实验变量引起的不同结论。再根据事实得出实验的最终结论。如果获取的结果与假设相符则可顶假设如果结果与假设不相符则假设不成立。5.表达交流，写出实验报告。这种方法适用中学遇到的生物设计实验.要进行实验，首先必须对研究对象所表现出来的现象提出某种可能的解释。也就是提出某种设想或假说，然后设计实验来验证这个设想或假说。可见，在科学的研究方法中，实验起着重要的作用。实验设计的基本理论 实验是科学研究过程中的一个重要环节，是在人为控制条件下，研究对象的变化，以其结果论证科学结论的一种科学方法。由于研究问题性质的不同，科学研究的方法也有差异，从孟德尔对遗传学定律的研究中便不难发现实验的重要性，并且从中了解科学研究的基本过程通常分为以下几步：1.观察:观察是科学研究方法的第一步，这里的观察，是在处于自然常态条件下进行。对事物进行观察时必须周详，并将它记录下来。而尤为重要的是要保持客观的态度。2.提出问题： 在观察的基础上提出有意义的值得探讨的问题得探讨，因此，进行研究时，不仅要提出问题，而且要提出确切的问题。此外，对问题的表述，也要清楚而正确。缩和舒张而移3.假说： 科学方法的第三步是假设。假设，也称假设或猜测，指用来说明某种现象但未经证实的论题，也就是对所提出的问题所作出的假说。假设一般分为两个步骤：第一步，提出假设，即依据发现的事实材料或已知的科学原理，通过创造性思维，提出初步假定；第二步，作出预期(推断)，即依据提出的假设，进行推理，得出假定性的结论；实验预期是较具体的推断。 一个问题常有多个答案，但通常只有一个是正确的。因此，假设是对还是错，还需要加以验证，即依据假设或预期，设计实验方案，进行实验验证。4.实验： 实验是验证假说和解决问题的最终途径，指在人为控制的条件下研究事物的变化的一种方法。这是科学方法的最大特色，也是科学方法中最困难的一步。如何求证假设可充分展现研究者的才华。在科学实验中，要注意实验变量。变量，或称因子，是指实验过程中所被操作的特定因素或条件。按性质不同，通常可分为两类： l.自变量和因变量 2.无关变量与额外变量III生物高考实验试题考查内容 1、考查实验原理和方法的试题 实验修订本生物教材列出了基本实验的实验原理，如生物组织中蛋白质的鉴定原理是蛋白质与双缩脲试剂发生作用，可以产生紫色反应。根据与某些化学试剂所产生的颜色反应，可鉴定生物组织蛋白质的存在。这些是书本上已有的知识，要弄清实验原理，在理解的基础上加以应用。但有些实验必须从主要的实验材料和用具中获取信息来解题。2.考查发现问题能力的试题 没有问题或问题情境，不可能激发创造性的思维活动。要用问题激发探索欲望，发现问题、提出假设，要求善于发现自然现象中的问题，并通过分析，准确把握问题的性质和研究的意义，经过思考提出假设。 3、考查观察实验、提出假设能力的试题 高考中常有将许多科学家成功的探索自然的实验发现改编成的试题，如通过观察植物向光性的现象，发现植物弯曲生长的问题，经过思考提出生长的原因是植物产生生长素的假设，从而可通过实验证明该假设的正确。在科学研究过程中，发现问题之后能否提出合适的假设是至关重要的，合适的假设往往是最终结论的前提。 4、考查设计实验和完成实验能力的试题 设计实验的能力即为验证提出的假设而设计相应的实验。包括实验方法的选定、原理的设计、实验材料和设备的选择、实验装置的安排、可变因素和可控因素的预测以及实验结果的预测等。完成实验能力是指在准确把握设计思想的基础上，正确使用仪器设备，合理安排时间和步骤，选择合适的观察方法和记录时间的方法，消除干扰因素，减少实验误差，使实验结果客观准确。5、全面考查实验基本知识的试题 此类实验试题同时考查了生物学基本原理、概念、实验目的、材料、操作、方法步骤等多方面知识，或者对实验现象的观察分析、实验设计和结果预测等多方面综合运用。 IV难点知识剖析 （一）、生物高考实验设计基本题型 1、续写实验步骤的题型 这类题目的题干中已经提供了比较多的信息，基本上划定了答题的模式，目的明确，前面的方法步骤等信息已为续答作了铺垫，只要明确题目中的实验变量和反应变量，然后设计对照组，再根据有关原理分析，一般能比较正确地写出答案。 2、评价和纠正给定的实验步骤的题型 试题中既有合理成分，又有不合理成分，干扰因素较多，要求在吸取原有设计的合理成分的基础上，提出自己的实验设计思路。这表面上是考查对实验设计的分析与评价能力，实质上是全面检测设计生物学实验方案的能力。3、独立设计实验方案的题型 这类题型是与研究性学习相配套的，要求学生要具有严谨的科学态度，对实验过程有所体验，考查的过程性要求主要体现在课题的选择及理由阐述、研究方法的理解和运用、研究成果的类型选择等。题目有一定的开放性，便于考生发挥个性特长。 （二）、生物实验设计题应对策略 1.生物高考实验设计的三种题型在形式上有一定的差异，答题中却有共同点，要认真研究课题，找出其中的实验变量和反应变量，其次是构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获手段，最后选择适宜的实验材料，在注意实验步骤关前提下表达实验的方法步骤。在实验方法和步骤设计中最重要的是对变量控制。2.重视课本实验的复习。考试说明明确提出了，要求“理解所学实验的实验内容，包括实验原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技术”。3.挖掘课本知识点中所蕴含的实验因素。生物学的每一个知识结论都是在观察、实验的基础上得出的，都包含培养实验能力的基点，在平时的复习中要注意多挖掘知识结论中所蕴含的科学思想和方法。例：生长素的发现过程中，涉及生长素产生的部位、感光的部位、反应的部位、运输的方向等。这些都可以思考如何设计实验来证明。 4、要注意考试大钢中提出要“理解探索性实验的一般方法：能够制订课题研究的初步计划”的要求，高考实验命题中也出现了从验证向探究变化的趋势，因此，要认真思考和完成教材中有关研究性学习的内容，切实提高自身进行探究研究的能力。V实验设计方案的内容一个比较完整的实验设计方案，一般包括以下内容。1.实验题目2.假设，即对可见现象提出的一中可检测的解释。提出问题寻找证据：符合事实则假设成立，不符合事实则假设不成立。3.预期，即在检测一个假设之前，先提出实验的预期结果，如果预期没有实验，则说明假设不成立；如果假设得到实现，则假设成立。4.实验，根据实验目的和提出假设来具体设计实验的方法和步骤，在实验的方法步骤的计中，必须遵循对照的原则。对照的常用方法有以下几种。空白对照：不给对照组任何处理因素。条件对照：虽然给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究的处理因素。自身对照：对照和实验都在同一研究对象上进行。相互对照：不单设对照组，而是几个实验组相互对照在实验中要注意“变量”的控制，一般只确认一个变量，即对实验结果有影响的变量5.观察和收集数据。在实验方案中要事先设计定时观察的内容和观察的次数，同时应按要求进行观察并将观察到的现象和结果如实记录下来，有的实验还要采集数据。6.分析。对观察记录下来的现象，结果，数据进行整理分析。有的可以用图表表示出来。7.推论，即根据实验事实进行推论，得出结论的过程。8.交流，即写出书面实验报告。例题一：（2007淮南市二模试卷）根据给定的材料，分析回答：一生物兴趣小组的同学发现：某植物即可以用种子繁殖，也可以用根扦插繁殖，生长在向阳背风处，叶型为全缘型，生长在向阳背风处则为缺型。同学们为了验证“该植物的不同叶型是手环境因素的影响而形成的“，设计了如下2个实验：实验一： 分别选取叶型全缘型和缺刻型的两株植株，各取其一些根，扦插培养成两组幼苗，分别移栽于甲、乙两花盆中 将甲、乙两花盆分别放置于向阳背风处和向风隐蔽处培养，其他条件均相同且适宜 一段时间后，观察两盆植株的叶型。实验二： 取叶全缘型植株上的种子，萌发成幼苗后栽种于甲、乙两花盆中。将甲花盆放置于向阳背风处，乙花盆放置向风隐蔽处培养，其他条件均相同且适宜一段时间后，观察两盆植株的叶型。请回答：实验一能否达到实验目的-原因-实验二能否达到实验目的-原因-若以上两个实验均不能达到实验目的，请你设计一个可行的方案：-写出该实验所依据的实验原理-分析：本题考查了设计实验中的实验原理，实验步骤，以及实验设计中关于变量的问题。遇到这样的题目，首先要理清给定的材料内容，然后联系教材确定生物的表现型受基因和环境因素的共同作用影响结果，（本题还考查了无性生殖和有性生殖的特点。）而难点之处就是隐藏了一个变量“基因型”，很多同学都忽略这个隐藏的变量而出现答题失误。答案：不能，这两株幼苗由不同性状的母本无性繁殖得到，又在不同的环境中，无法确定出现不同的性状是遗传物质不同还是环境的不同造成的不能，种子的形成是有性生殖的过程，基因重组能引起种子的基因不同。 取叶全缘型植株的根或缺刻型植株的根，扦插培养成幼苗后栽种于甲、乙两花盆中。将甲花盆放置于向阳背风处，乙花盆放置向风隐蔽处培养，其他条件均相同且适宜一段时间后，观察两盆植株的叶型 扦插是无性繁殖，后代保持亲本的性状，遗传物质相同。 种子是有性生殖，基因重组可能后代的基因不同生物的性状受环境或生物性状是由基因和环境共同作用的结果。例题二：现有一种植物种子，已经知道它的萌发手水分，温度和氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关。为了探索光的有无对该种子的萌发的影响，请你依据所给材料和用品设计实验方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。材料和用品：数量充足的铺有滤纸的培养皿、无菌水、表面消过毒的种子等。一：方法步骤：- 二：预测可能的实验结果及得出相应的结论 - -分析：本题考查了设计实验中的实验步骤，预测实验结果，得出结论。（本题单一变量光因素）从材料了解种子的萌发受水分，温度，氧气的影响，但光因素不确定。在做本实验设计中要保证实验变量“光”。在实验组和对照组中唯一不同的处理是否给予光照，其他条件均相同且适宜。答案：一：取A、B两培养皿倒入适量的水，将数量相同的种子分别放入2组培养皿中将A放于黑暗的环境中，B组放于有光的环境中，培养过程中使2组水分，温度，氧气的状况适宜且相同。二： A组萌发B组不萌发-光抑制该植物种子的萌发 A组萌发B组也萌发-该植物种子的萌发不受光的影响 A组不萌发B组萌发-光该植物种子的萌发的必要条件总结：实验解题思路1.审准实验目的和原理-明确验证的生物学事实，依据的原理是什么？2.找出变量-自变量或因变量，以及与该实验无关变量，然后构思实验变量的控制方法和实验结果的获得手段。3.实验对象-实验所需的材料用具4.实验条件-完成该实验所需的理化条件和处理方法。5.设计实验步骤-遵循科学性，可操作性，对照设计，单一变量原则。使实验有可信度和说服力。6.记录分析实验方法和步骤-对该实验结果的预测并得到相应的结论总之:开放性的设计实验是一个全新的课题，怎样使学生在短的时间内掌握其方法，均在积极探索之中，但实验设计总的基本原则是不变的。就是要把科学性、合理性、实用性、严谨性、一致性、可重复性等有机结合起来