生物学实验设计思想和原则的教学反思.doc

发表于生物学教学2007年第9期生物学实验设计思想和原则的教学反思许 晖（浙江省温州中学 325014）摘 要 本文简要阐述了实验设计的思想和原则，并通过对几道学生错题的分析，反思了实验设计思想和原则在生物学实验设计教学中的重要性。关键词 实验设计 思想 原则加强中学生实验能力培养，既要重视分析推导能力，也要重视实验设计能力。实验设计具有综合性、灵活性和创造性。它一般要求考生根据给定的问题和条件设计实验方案，选择使用材料用具，预测分析实验结果。学生只有在掌握了实验设计思想和原则的基础上应用，才能以不变应万变，立于不败之地。1 变量思想自变量为其中某一项时，其他是无关变量光照温度CO2水肥因变量生长状况图1变量其实是一个数学概念。17世纪，人们开始研究运动着的物体和变化中的量，这样就有了变量的概念，被认为是数学发展史上的一个转折点。当一个变量x在其允许的变化范围内任意取定一个数值时，量y按照一定的法则总有确定的数值与它对应，则称y是x的函数。通常x叫做自变量，y叫做因变量。比如我们在以植物幼苗的生长状况为因变量进行实验研究时，环境中的自变量可以是光照、温度、CO2或水肥等因素中的一个。除自变量以外，实验中能够与自变量同时影响因变量变化，但与我们的研究目的无关的变量叫做无关变量（如图1）。例1 作物的生长中心（如花、种子、果实等）对有机物的需要量比其他器官大。研究发现，生长中心与光合作用速率之间是相互协调的。请设计实验证实作物的生长中心与叶片光合作用速率的关系。实验材料：正在抽穗的小麦等。方法步骤：第1步：控制适宜的光照、温度等环境因素不变，进行如图操作；第2步：光照1小时后， ；第3步： ；第4步： 。推测最可能的结果： 。反思 例1实验中的自变量是“生长中心”，因变量是“光合作用速率”，即生长中心存在与否对光合作用速率产生一定的影响。一些学生解题时虽已知道生长中心和光合作用速率之间是有密切联系的，但却没有读出题干中的隐含信息，即“生长中心需求促进光合作用速率”，结果是刚好把自变量和因变量判断反了。他们常会错误地去处理实验变量，如在第3步里改变装置中CO2含量、温度或光照强度等，然后再去观察记录生长中心大小的变化，导致实验研究内容不符合题意。可见，数学中变量思想的理解，有助于学生正确判断生物学实验中的自变量和因变量。2 单因子变量原则单因子变量原则是指实验中只确定一个自变量，控制其他实验因素不变，观察其对实验结果的影响。这样既便于对实验结果进行科学的分析，又能增加实验结果的可信度和说服力。如分析图2和图3可得出结论“植物死亡是因为没有CO2”，而分析图2和图4则不能得出相应结论。无CO2光照30水肥植物死亡图3无CO2无光照30水肥植物死亡图4CO2光照30水肥正常生长图2例2 请根据所提供的材料用具设计一个实验，验证“重力影响生长素的重新分配。”材料用具：若干相同的燕麦胚芽鞘尖端、若干相同的去掉尖端的胚芽鞘、一个实验支架（支架的材料托中，放置了6块已编号的相同琼脂块，相邻两个琼脂块之间用不透水的云母片完全割开）。请写出主要实验步骤：第一步： ；第二步： ；第三步： 。预期实验结果： 。反思 例2实验中的自变量是“重力”。将3个胚芽鞘尖端分别放置在实验支架材料托的琼脂块上以后，需将实验支架在黑暗条件下放置一段时间，预期结果是6个琼脂块中的生长素含量会各不相同。一些学生答题时没有说明是放在“黑暗条件”下的，这样就出现了“光”对实验的干扰。因为装置中3个胚芽鞘尖端接受单侧光的角度各不相同，单侧光也会影响生长素重新分配。结果是这些同学的实验设计中就有了2个自变量，即重力和单侧光。那么，如何防止出现类似解题错误呢？首先可检查有哪些主要的无关变量，其次是检查无关变量是否已做到严格控制。例3 1979年，我国在一个原始社会墓葬的随葬草篓内发现了保存完好的小麦粒。如果后来经播种种植证实，古代小麦仍具有基本正常的生长繁殖能力，则它能保存这么久的原因可能有环境干燥；隔绝空气；环境温度较低；具有耐贮存基因。为证实古代小麦是否具有耐贮存基因，请你设计一个实验进行探究，然后预测可能的结果并得出相应的结论。反思 例3实验中的自变量是“耐贮存基因”，因变量是“种子寿命”。显然，自变量在本实验中是不需做控制处理的，也没法控制。我们只需检测古代小麦所繁殖种子在不同年限里的发芽率，其寿命长短即可知道。一些学生见耐贮存基因作为变量无法人为改变，就转而去改变其他无关变量如空气、温度和湿度等，导致解题错误。可见，有些实验设计的目的只是通过检测因变量变化来分析自变量，而自变量本身却是不需做控制处理的。3 等量对照原则对照是实验控制的手段之一。为排除实验中无关变量对因变量的干扰，常常需要相对于实验组设置对照组，以说明因变量的变化结果不是因为无关变量的影响。遵循单因子变量原则，对照组与实验组比较只能有一个自变量，因此两个组的无关变量就必须“等量”了，故称等量对照原则。如取长势相同的植株饥饿处理后，以图3所示条件为实验组来验证“没有CO2植物光合作用不能进行”，就需设置图2所示条件的对照组，然后检测两组叶片内是否有淀粉生成。例4 科学研究中常用呼吸商（RQ=释放的二氧化碳体积/消耗的氧体积）表示生物用于有氧呼吸的能源物质的不同。测定发芽种子呼吸商的装置如下图。关闭活塞，在25下经20分钟读出刻度管中着色液移动距离。假设装置1和装置2的着色液分别向左移动 x和y(mm)，x和y值反映了容器内气体体积的减少。请回答：装置1 装置2(1)装置1的小瓶中加入NaOH溶液的目的是 。(2) x代表 值，y代表 值。(3)若测得x = 200(mm)，y = 30(mm)，则该发芽种子的呼吸商是 。(4)若要测定已长出一片真叶的幼苗的RQ值，则应将该装置放于何种条件下，为什么？(5)为使测得的x和y值更精确，还应再设置一组对照装置。对照装置的容器和小瓶中应分别加入 。设置对照的目的是： 。反思 例4实验中再设置一组对照装置的容器和小瓶中应分别加入“死的发芽种子和5mL蒸馏水”。一些学生错误认为应分别加入“死的发芽种子和5mL NaOH溶液”，是因为没有搞清楚再设置一组对照装置的目的是什么？即“为了排除装置1和2内因非生物因素（或物理因素）而引起的容积变化的干扰”，比如外界气压变化对装置1和2产生的影响。可见，不仅是实验中的自变量需控制好，其他的无关变量也需严格控制，甚至有时候还需再设置一个对照组对某一实验变量进行调校。4 语言表述要