三变量四步法解生物实验方案设计题解读.doc

石油中学2009年度教育教学成果参评三变量四步法解生物实验步骤设计题宝鸡石油中学杨军仓三变量四步法解生物实验步骤设计题宝鸡石油中学 杨军仓内容摘要 本文通过对实验设计的分析，提出了一种切实可行的方法，有效的解决了学生在实验步骤的编写过程中出现的语无伦次，实验现象的预测不够全面，实验结果的分析缺乏条理性的问题，可操作性强，学生容易掌握，从而提高学生语言表达的条理性和严密性，提高学生对生物实验步骤设计题的解读能力。关键词 实验变量 反应变量 无关变量 三变量四步法正文能够设计简单的实验方案并处理相关的实验问题，是高考实验能力的较高要求。通过实验方案设计，不仅可以考查学生对实验的基本方法的掌握，也能较好的考查学生的分析综合能力，语言表达能力，创新思维能力，探究钻研能力，还能较好地体现当前教学改革，特别是考试改革的要求，因此，往往成为高考理综试题中的亮点题。实验方案设计题的能力要求高，难度较大，学生往往感到困难。往往表现在实验步骤的编写语无伦次，实验现象的预测不够全面，实验结果的分析缺乏条理性，充分暴露学生分析综合能力的欠缺和语言表达方面的不足。在高三的教学过程中本人摸索出一种解决实验步骤的编写缺乏条理性问题的方法三变量四步法。1三变量四步法适用的范围此方法适用于探究性实验的实验步骤的设计和验证性实验的实验步骤的设计。不适用于应用性实验步骤的设计。2三变量四步法解题的步骤21分辨确定三变量每个探究性实验和验证性实验内都有要验证或探究的因子，即自变量，就是本实验的实验变量；在实验变量的作用下出现的结果（或不能出现的结果）即为本实验的反应变量；其它与反应变量有关的因子或与反应变量无关的因子都是本实验所不研究的内容即为本实验的无关变量.分辨清三变量是解题的基础。例如，蝌蚪在发育过程中，前后肢的伸长，头部形态的改变，鳃的消失，尾部的消失，体形的变化等，都受甲状腺激素的影响。请根据实验材料设计实验，验证甲状腺激素能促进蝌蚪的发育。在本实验中需要验证的是甲状腺激素对蝌蚪生长发育的影响，甲状腺激素是自变量，是实验变量，蝌蚪的发育是结果，是反应变量，是通过前后肢的伸长，头部形态的改变，鳃的消失，尾部的消失，体形的变化等表现出来的，所以可以通过观察蝌蚪体形变化的速度，来衡量实验变量对反应变量的影响。而与蝌蚪生长发育有关的营养、水质、水温，以及与蝌蚪生长发育无关的培养容器的大小等因素不是本实验所研究的内容，所以均为本实验的无关变量。22分别处理三变量221对实验变量的进行控制实验变量的控制遵循单一变量原则，但有的实验是探究多个因子，不管是单个因子还是多个因子，都可通过加法创意或加法创意实现，即通过分组设置对照给不同组加上实验变量或减去实验变量的方法加以控制。两者之间的差异只不过是对照的组数上有差异而已。对照的组数根据实验变量的性质决定：如果是研究的实验变量与反应变量的关系为是不是（或能不能），则分一组（自身对照）或两组（空白对照）或三组（空白对照+条件对照）；如果是研究的实验变量能所引起的反应变量的最佳值问题，则分多组（相互对照）；如果是确定引起反应变量的因子是实验变量甲还是实验变量乙，或确定是实验变量甲而不是实验变量乙，则分三组（空白对照+空白对照）。222对无关变量干扰的进行排除无关变量干扰的排除遵循等量原则.等量原则要体现在实验过程的自始自终，等量原则的具体实施通过控制所有用生物材料要相同；所用实验器具要相同；所用实验试剂要相同；所用处理方法要相同来实现。所用生物材料要相同，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；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，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。223对反应变量的进行测量反应变量的测量实质是实验结果的观察与记录，这一环节一定要写明确测量的反应变量的时间；测量的性状或指标；测量的工具；是直接测量反应变量？还是间接测量？这一步骤最常见的错误就是只写观察，不写观察的对象，时间，用具，往往让人感觉到表达不到位。因为观察的时间、用具往往影响反应变量的可靠性。23分步编写四步骤分别作好了三变量的处理分析后就进行实验步骤的编写，实验步骤分四步编写：第一步，描述编号分组，处理材料。如试管（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。如果所给的材料未经处理，材料的处理过程一般也写在第一步。第二步，叙述实验变量的控制，即各组对实验变量的不同处理。第三步，表述无关变量的排除，即对各分组的后续相同的处理。第四步，阐述反应变量的测量，即用什么工具在什么时间观察什么变化。总之，三变量四步法的解题思维过程可用下表总结，并可直接用于实验步骤编写或为实验步骤编写打草稿。确定三变量实验变量无关变量反应变量操作步骤描述编号分组，处理材料甲（对照）乙叙述控制实验变量表述排除无关变量阐述测量反应变量实验现象（结果）分析结果（说明）在编定具体的操作细节时，要合理规范、切实可行，否则也会造成很大的失分。如：实验材料分组要随机进行。向试管中的溶液加入试剂后要不要振荡试管呢？酶促反应的试管如何加热？是直接加热，还是水浴保温？使甲状腺制剂、胰岛素、生长激素进入动物体内的方法应如何操作？是饲喂，还是注射？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。3例题示范例12004年全国理综卷II胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。为了验证“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，请以小白鼠为实验对象设计实验步骤，预测和解释实验应出现的结果，并写出实验结论。（一）实验材料和用具：正常实验小白鼠2只，生理盐水，用生理盐水配制的适宜浓度的胰高血糖素溶液，班氏糖定性试剂，注射器，试管，烧杯等。（二）实验步骤：（实验提示：采用腹腔注射给药，给药剂量不作实验设计要求；给药1小时后，用注射器在小鼠膀胱处穿刺取尿液。）（三）实验结果的预测、解释和结论：分析：本实验为验证性实验，其验证的是胰高血糖素具有升高血糖的作用，所以胰高血糖素的高低为实验变量，血糖浓度的高低为反应变量，其它与血糖浓度高低有关还是无关的因素均不是本实验研究的问题均是无关变量。所以以图表分析如下：确定三变量实验变量无关变量反应变量操作步骤描述编号分组，处理材料甲（对照）乙给两只小鼠分别编号甲，乙叙述控制实验变量注射生理盐水注射用生理盐水配制的胰高血糖素溶液表述排除无关变量同样条件下培养，取两只试管也编号甲，乙为尿糖鉴定作准备。阐述测量反应变量给药1小时后，测量尿液中是否含有葡萄糖实验现象（结果）分析结果（说明）根据上述表写出实验步骤如下：分别给两只小白鼠编号甲、乙。给甲组鼠腹腔注射生理盐水，给乙组鼠腹腔注射等量的用生理盐水配制的适宜浓度的胰高血糖素溶液。取两只试管分别编号甲、乙，分别加入的班氏糖定性试剂。给药1小时后，分别用两只注射器在小鼠膀胱处穿刺取尿液加入相对应的试管中，水浴加热，并观察溶液是否有砖红色出现。例2 质粒是基因工程中常用的运载体，存在于许多细菌及酵母菌等生物中。请根据原理和材料用具，设计实验选择运载体质粒，明确质粒的抗生素基因所控制的抗菌素的类别。实验原理：作为运载体的质粒，需有标记基因，这一标记基因是抗菌素抗性基因，故含有抗菌素抗性的细菌，其质粒才可用作运载体。材料用具：青霉素，四环素的10万单位溶液，菌种试管，灭菌的含细菌培养基的培养皿，酒精灯，接种环，一次性注射器，蒸馏水，恒温箱等。方法步骤：预测结果：分析：本实验为探究性实验，其探究的是细菌质粒是否携带以及所携带的抗药性基因的种类，要用带有某种药物的培养基作为选择培养基来鉴定，所以培养基中药物（青霉素，四环素）种类就是实验变量，某种细菌能否在选择培养基上生存就为反应变量，其它与某种细菌能否在选择培养基上生存因素均不是本实验研究的问题均是无关变量。所以以图表分析如下：确定三变量实验变量无关变量反应变量操作步骤描述编号分组，处理材料甲（对照）乙丙取三个灭过菌的含细菌培养基的培养皿并标号1，2，3号叙述控制实验变量加1ml蒸馏水加1ml青霉素液加1ml四环素液表述排除无关变量接等量的接种，在相同的条件下培养阐述测量反应变量24小时后，观察有无菌落分布实验现象（结果）分析结果（说明）根据上述表写出实验步骤如下：取三个含细菌培养基的培养皿并标号1，2，3号。在酒精灯旁，用三支注射器分别注人1ml蒸馏水，青霉素液，四环素液，并使之在培养基表面分布均匀。将接种环酒精灯上灼烧，并在酒精灯旁对三个培养基接等量的同种菌。在相同的条件下培养24小时后，观察有无菌落分布。例3根据下列提供的材料和要求完成实验。一天中白天和黑夜的相对长度叫光周期。人们把每天昼夜的相对长度影响植物的生长发育的现象称光周期现象。不同植物开花所需要的日照长度是不同的。有的植物开花必须大于一定的日照时数（长日照植物），这个一定的日照时数称为临界日长。短日照植物短于临界日长时，如果缩短日照长度则可提早开花。长日照植物在超过临界日长则光照越长开花越早。菠菜是长日照植物，临界日长是13小时。现给你生长健壮且花芽尚未分化出来的盆栽菠菜若干盆，暗室多个，电灯若干只，钟表等。请你设计一个实验证明长日照植物花芽形成是受短黑暗刺激，而不是长日照影响的结果。（1） 实验步骤（2） 实验预期结果及结论分析：本实验为验证性实验，其验证的是菠菜的开花是受短黑暗，而不是成日照的刺激，所以实验变量有两个:短黑照（短于24-13=11小时）；长日照（长于13小时）。菠菜花芽是否开花就是本实验的反应变量，其它菠菜花芽是否开花有关的营养，温度以及与是否开花无关的因素均不是本实验研究的问题均是无关变量。所以以图表分析如下：确定三变量实验变量无关变量反应变量操作步骤描述编号分组，处理材料甲（对照）乙丙选取15盆长势相似，生长良好的花芽尚未分化出来盆栽菠菜，分成甲，乙，丙三组，每组5盆叙述控制实验变量15小时光照+8小时黑暗15小时光照+15小时黑暗 8小时光照+8小时黑暗表述排除无关变量在各自的光周期下连续培养若干天阐述测量反应变量观察花芽是否开花实验现象（结果）分析结果（说明）根据上述表写出实验步骤如下：选取15盆长势相似，生长良好的花芽尚未分化出来盆栽菠菜随机分成三组，每组5盆分别放在暗室甲、乙、丙中培养。甲暗室菠菜15小时光照+8小时黑暗交替处理；乙暗室菠菜15小时光照+15小时 黑暗交替；丙暗室菠菜8小时光照+8小时黑暗交替处理。在各自的光周期下连续培养若干天。观察花芽是否开花。 总之，在利用三变量四步法解生物实验步骤设计题时，分辨三变量是基础，处理三变量的过程是关键，过程编写的四步就是围绕三变量的处理过程，有时可根据不同的题目而简化为三步。如果材料不需要处理，步骤编号分组，处理材料步骤可与步骤控制实验变量合并，总步骤设计为三步，像例1，就可将，步合并。三变量四步法应用起来条理性强，可操作性强，学生容易掌握，从而提高语言表达的条理性和严密性，提高学生对生物实验步骤设计题的解读能力。7 读书的好处1、行万里路，读万卷书。2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。3、读书破万卷，下笔如有神。4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。达尔文5、少壮不努力，老大徒悲伤。6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。颜真卿7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。8、读书要三到：心到、眼到