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把握生物实验设计的精髓  

2008-05-22 21:40:16|  分类: 教学资料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                黑龙江省北安市第一中学 (164000  杨福波

在高考理综试题中,实验设计是最具有区分度和选拔性的题,是综合考查学生能力的重要途径,已成为命题的亮点。因此,掌握以下生物实验设计的一般原则和规律,是提高实验设计能力的重要手段。

实验设计题的命题形式可能续写实验步骤,纠正给予的实验步骤或独立设计实验方案等,设计一个较完整实验方案的步骤一般包括(1)了解题目要求;(2)明确实验目的;(3)分析实验原理;(4)熟悉实验器材;(5)确定实验思路;(6)设计实验步骤;(7)预测实验结果与分析;(8)得出实验结论。本文从实验设计的三个关键性问题谈实验设计的分析方法。

1  准确把握实验目的:

实验目的是整个实验设计的灵魂。在表述上常使用“观察、鉴别(鉴定)、验证、探究”等关键词。设计实验之前,首先从实验目的中可明确所要验证或探究的生物学事实,涉及的生物学知识有哪些。从而明确实验设计的方向。顺着实验目的又可确定实验变量(自变量),从而来体现对照原则。

1.1  确定单因子变量

单因子变量原则要求在实验组和对照组的实验中,实验变量不同,控制变量(无关变量)相同。这样得出的实验结果与单一变量之间就能形成一一对应关系,实验变量是实验所研究的对象。这个变量可从实验题目中获得启示给予确定。例如:“验证CO2是光合作用的必需原料”中,自变量是有CO2和无CO2。又如:“探究甲状腺激素的生理作用”实验中,自变量为有无甲状腺激素。找出并控制好自变量是实验成功的关键因素。

1.2  设置对照实验

对照原则要求在设置实验组的同时,设置一个相应的对照组,设置对照实验即可以排除无关变量的影响,又可以使实验结果更有说服力。确定了自变量后,通常用“加法”或“减法”来完成实验组和对照组设置。所谓“加法”就是给实验组加入变量,“减法”就是给对照组中去掉变量。

哪个是实验组,哪个是对照组,一般是随机的。因此在“验证CO2是光合作用的必需原料”实验中,实验组用NaOH吸收CO2,对照组用等量的蒸馏水。实验组和对照组除自变量不同外,无关变量诸如植株的生长状态,饥饿处理,光照强弱,温度高低等,实验组和对照组均相同,从而排除无关变量对实验的干扰。又如:证明生长素只能从顶端运输到基端,对照的设置应将顶端和基端互换。

    设计对照常用的方法有空白对照,条件对照,自身对照和相互对照。

空白对照:不给对照组任何处理因素。如:DNA鉴定实验中,向实验组A试管加0.0015mol/LNaCI溶液、DNA和二苯胺,对照组B试管中加入0.0015mol/LNaCI溶液和二苯胺,两试管一起进行水浴加热至沸腾,比较它们颜色变化。

条件对照:虽给对照组施以某种实验处理,但不是所研究的实验因素。如:“探究甲状腺激素的生理作用”实验中,实验组:饲喂掺有甲状腺激素的饲料。空白对照组:饲喂普通饲料。 条件对照组:饲喂掺有甲状腺激素抑制剂的饲料。

自身对照:指实验组和对照组在同一研究对象上进行。如:萨克斯证明光合作用需要光的实验中,实验组给以光照,对照组进行遮光都是在同一叶片进行。又如2005年全国卷Ⅱ30题。

相互对照:不单独设置对照组,而是几个实验组相互对照。如:比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率中,分别用过氧化氢酶和Fe3+催化过氧化氢的分解进行相互对照,说明酶的高效性。

2.       合理设计实验步骤

  在遵照实验原则,遵守实验原理的前提下,对实验过程进

行简洁、有序的叙述过程。是实验设计的重点。最好先画一草图,画出实验的大致过程,这样可避免实验步骤的遗漏,又可使实验步骤的先后顺序合理、有序的进行。不同的操作顺序导致不同的结果。如:“探索温度对酶活性的影响”实验中,若操作顺序为:淀粉+淀粉酶再水浴加热一段时间,淀粉酶在常温下就可分解淀粉,无法得出实验结果。结果的检测不能斐林试剂或班氏试剂,因水浴加热时会影响实验变量。再如:利用碘液检测淀粉酶是否将淀粉完全水解,若操作顺序为:淀粉+碘液+淀粉酶再水浴加热一段时间,这样操作碘与淀粉结合成蓝色络合物将影响淀粉酶对淀粉的水解,同时碘会影响酶的活性,即使蓝色褪去也只能说明淀粉酶将其络合物水解,无法排除碘对实验的影响。凡实验中涉及到两组或两组以上,应加以编号,以便于区分。在实验设计中,一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化描述时,尽可能用“定性”的语言表达。如:“至反应完全”“一段时间”“适宜温度”“适量的”。

3.       预测实验结果与结论

3.1 确定检测实验结果的方法:实验结果需要通过观测指标才能得到反应,如:身高、体重可作为动物生长的观测指标;显色反应可作为生化反应的观测指标;光合作用可利用产物(淀粉)遇碘变蓝来检测光合作用已经进行;水生植物可依气泡的产生量和产生速率检测光合作用等。

3.2 验证性实验具有明确的结果,通过实验加以验证。只写一个结果和应该得出的结论。探究性实验是未知事件进行探索,其结果往往有多种可能性,且一个结果对应一个相应的结论。因此通常要按三种情况预测。即实验组与对照组结果相同;实验组效应比对照组强;实验组比对照组效应弱。一般书写为“如果……说明……。结果的表达可用文字、表格、坐标曲线图等形式。实验结论要上升至体现科学规律。如:“验证CO2是光合作用的必需原料”实验中,预测结果:对照组叶片遇碘变蓝色,实验组叶片遇碘不变蓝。实验结论:CO2是光合作用的必需原料。

 

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