生物实验设计“六依托”.doc

发表于中学生物教学2006年第4期4849生物实验设计“六依托”浙江省桐庐中学（311500） 徐玉华2006年考试说明中把能力要求的具体内容进行了归类，归纳成理解能力、实验与探究能力、获取信息的能力以及综合运用能力四个方面。而实验命题成了能力测试首选内容，并且不断创新，成为命题的一大亮点。1 实验题型、发展方向及特点1.1 实验题型出现多样化实验题按能力要求可划分为四大题型：（1）实验分析题型根据提供的实验方案，分析其中的步骤、现象、结果，作出解答。（2）实验方案的纠错或完善题型对实验方案中的错误或不完善处，进行改正、补充，使实验方案趋于完善。（3）实验设计题型（验证性实验；探究性实验）根据题目提供的条件，自行设计实验方案。（4）实验有关的综合类题型以实验为背景，主要涉及代谢、遗传和生态相关知识。1.2 实验题的发展方向为了培养创新能力，考查学生科学思维的过程，涉及实验的思路和实验方案设计等内容的开放性实验题将进一步加强。同时要特别注重以研究型课题为背景的实验分析和实验设计。1.3 实验设计“六依托”探究性研究的具体要求：“具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括确认变量、做出假设和预期、设计可行的研究方案、处理和解释数据、根据数据做出合理的判断等”。笔者认为所有实验设计的主要问题就是“六依托”，即细心审题、原理分析、材料分析、变量分析、结果分析和正确表达。2 生物实验设计题“六依托”的解题策略2.1 构建实验设计题“六依托”的解题模式 笔者对20002005年全国各地40余套生物高考卷中的实验题按题型进行分类汇编，并总结了实验设计题“六依托”的解题模式，如表1。掌握此模式，具有事半功倍的作用。表1 审题浏览试题 明确要求 挖掘条件 类型分析验证性实验题探究性实验题实验目的试题中已知，用线画出即可把试题中提出的问题变为陈述句实验假设不需要假设对探究问题提出一种可能性原理分析实验原理即实验所依据的科学道理，涉及到生物学及相关学科中的哪些方法和原理。要结合课本所学知识，并充分利用题中给出的实验条件，来确定实验原理。材料分析一般试题会给出材料用具，但完全开放性试题要求根据实验目的，自主选择实验材料和用具（原则：不要少用也不要多用）。变量分析步骤1获取实验中的变量（唯一不同的量 ），将材料用具用1、2、3等进行分组标号。步骤2不施加实验变量（自然条件或模拟自然条件）设为对照组；施加实验变量，设为实验组；（也可能是相互对照）控制无关变量，即其他条件相同。（考虑可操作性原则和重复原则）步骤3根据反应变量，反应或培养一段相同时间后，寻找具有可操作性的观察指标（特异颜色变化、沉淀反应；形态结构、生理特征变化等），或测定指标（生长发育速度、生化反应速度等）、记录数据。结果分析根据实验原理确定已知实验结果，并对实验结果进行准确描述对应假设，分类讨论：实验组和对照组无显著差异，实验变量无影响；实验组比对照组好，实验变量有利；实验组比对照组差，实验变量不利。（如果是相互对照，也分类讨论）实验结论对应实验目的做出肯定结论表达将实验分析的成果用语言、文字、图表曲线予以表达 检查检查实验设计及语言表达有没有科学性错误 2.2 实例分析下面着重以一道经典例题来探讨一下生物实验题的解题模式。例1 以下为生物学家格里菲斯在小鼠身上进行的肺炎双球菌转化的几个实验：将无毒性的R型活细菌注射入小鼠体内，小鼠不死亡；将有毒性的S型活细菌注射入小鼠体内，小鼠死亡；将加热杀死的S型细菌注射入小鼠体内，小鼠不死亡；将无毒性的R型活细菌和热杀死的S型细菌混合注射入小鼠体内，小鼠死亡，并在小鼠体内发现活的S细菌，分析回答：（1）实验说明_对小鼠无毒害作用；实验说明_。（2）该实验可以得出这样一个结论：在加热杀死的S型细菌中（由DNA、蛋白质、糖类、脂类等物质构成），很可能含有促成这一转化的遗传物质，但这种物质究竟是什么还不清楚。如果你生活在格里菲斯那个时代，请你在上述实验基础上再设计一个实验方案加以探索（写出实验假设、材料用具、主要步骤、预期结果和结论）。2.2.1 细心审题是关键审题程序具体内容浏览试题要浏览一下整个试题，注意试题每小题分数的分配情况及实验题类型，做到心中有数。例1第（1）小题属于实验分析题型；第（2）小题属于实验设计题型。明确要求要确实弄清楚每小题的题意，搞清楚题目所给予问题，明确题目要求。第（1）小题给出实验步骤和结果，要求分析相关问题；第（2）小题仅给出实验目的，要求设计实验。挖掘条件一般而言，条件隐蔽的问题难度较大，必须看清有关的线索，找出隐蔽条件，问题才能迎刃而解。第（1）小题的第一空格答案来源于题干；第二空格可以通过四组实验对比分析得出结论。第（2）小题出现“遗传物质是什么还不清楚”等条件，说明本实验属于探究性实验；出现“在上述实验基础上”等条件，说明可以借鉴第（1）小题的实验材料等，还可以借鉴课本相关原理。2.2.2 四种分析是核心 类型分析探究性实验题（以第（2）小题为例）原理分析（实验假设）借用课本转化实验的原理：R型菌 + S型菌中的转化因子 S型菌 + R型菌R型菌 + S型菌中的非转化因子 R型菌假设S型菌中DNA是转化因子。（也可以假设S型菌中蛋白质是转化因子。）材料分析生物材料：R型菌、S型菌；其他材料用具：培养皿、接种环等微生物鉴定和菌体成分分离所必须的材料和用具。（通常要求具体化）变量分析根据实验目的可以判定，本实验的实验变量是什么物质作为转化因子，可能是DNA、蛋白质、糖类、脂类中某一种物质。结果分析先确定一个具有可操作性的观察指标：四个培养皿中菌落的类型。然后根据观察指标，预测实验结果：1号培养皿中观察到R型菌和S型菌的菌落，其他3个培养皿中只观察到R型菌的菌落；2号培养皿中观察到R型菌和S型菌的菌落，其他3个培养皿中只观察到R型菌的菌落；3号和4号培养皿与此类似。2.2.3 正确表达是保障在实验解题时，语言表达能力欠佳具有一定的普遍性。实验分组编号使实验设计有条不紊。一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化描述，尽可能用“定性”的语言表达。如“一段时间”、“适宜的温度”、“适量的”、“一定量的”等。实验设计中适时出现“其他培养条件相同”、“培养一段相同时间后”等都是很好的得分点。3 精选例题例2 给你两个大小相同的萝卜（新鲜的），10%的盐酸、蔗糖、蒸馏水、显微镜、玻片、小刀、烧杯、吸水纸等材料用具。请从中选用部分器材，用最简单的方法，设计一个小实验，验证植物细胞吸水和失水的原理。你准备选用的实验材料和器具是 。操作过程是（写出要点即可） 。过一段时间后，你所观察到的实验现象是 。实验结论是 。参考答案：（1）两个大小相同的萝卜（新鲜的）、蔗糖、蒸馏水、小刀、烧杯。 （2）用小刀在两个萝卜上分别挖一个大小相同的洞（或孔）； 一个洞内加蒸馏水，另一个洞内加入蔗糖溶液； 观察洞内溶液液面的变化情况。 （3）加蒸馏水的萝卜的洞内液面逐渐下降，加蔗糖溶液的萝卜的洞内溶液液面逐渐上升。 （4）植物细胞细胞液浓度大于外界溶液浓度时，植物细胞通过渗透作用吸水；反之，植物细胞通过渗透作用失水。例3 考古队在古墓中挖掘出的陪葬品中有一罐小麦粒，为了解这批小麦粒目前的生理状况，研究性学习小组进行了下列实验（如图所示）：（1）该实验是通过测量古代小麦的 来了解其目前生理状况的。红墨水细玻璃管橡皮塞广口瓶NaOH颗粒窗纱袋（内装小麦粒）布满小孔的软塑料片凡士林抹缝密封（2）该实验的对照组应选用（只填单一变量） 。（3）该实验进行一定时间后，若实验装置中， 说明古代小麦仍有生命力。（4）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，则它能保存数百年的原因可能是：环境干燥；隔绝空气；环境温度较低；具有耐贮存基因。要想证实古代小麦是否具有耐贮基因，他们设计了一个实验进行探究，请你设计实验步骤，然后预测可能的结果并得出相应的结论。参考答案：（1）细胞呼吸（有氧呼吸）（2）等量、干燥的死小麦粒（3）实验组的红墨水左移明显大于对照组（4）实验步骤：第一步：将古代小麦所繁殖的种子晒干，分成若干等份，贮藏在普通的贮粮环境中，同时用普通小麦种子作对照。第二步：第二、三、四年，每年将对照组和实验组各取1份种子作发