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1实验设计(二课时)一、高考能力要求1、具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。2、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、作出假设和预期，设计可行的研究方案，处理和解释数据，根据数据作出合理的判断等。二、生物科学探究的一般程序科学探究的一般过程可简单地用下图表示：1．提出问题，确定实验课题2.设计实验方案3.预期结果4.分析数据5．得出结论三、生物实验设计应遵循的基本原则1．科学性原则实验是人为控制条件下研究事物（对象）的一种科学方法：是依据假设，在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。科学研究的过程本身就是科学，并不是说研究的结论才是科学方法。因此，在实验设计中必须有充分的科学依据。科学性原则包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。2．对照性原则只有比较才能看出差异，只有通过对照才能验证我们的推论，因此，在实验设计中，要设置对照组。科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。（1）对照的类型类型设置对照实验实例空白对照不给对照组以任何处理如果验证甲状腺激素的作用，则对照组动物不做任何处理，让其自然生长自身对照实验组和对照组都植物细胞质壁分离和复原实验，在同一装片中先2是在同一实验对象上进行后进行。对照组即正常的洋葱表皮细胞和实验组即质壁分离和复原的细胞是同一组细胞。条件对照给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组（饲喂甲状腺激素），乙组为条件对照（饲喂甲状腺激素抑制剂）；不饲喂药剂的是空白对照组。相互对照不单独设对照组，而是几个实验组相互对照植物向重力性生长的向性实验中将玉米种子放置在不同的方向（2）“实验组”与“对照组”的确认一个实验通常分为实验组和对照组（控制组）。实验组是施加实验变量处理的被试组，对照组是不施加实验变量处理的对象组。两者对无关变量的影响是相等的，两组之间的差别，被认为是来自实验变量的结果。例如：验证“光是植物生长的必要条件”实验分为两组。A组处在光照下，B组处在黑暗中，则A组为对照组，B组为实验组。3．单因子变量原则和等量性原则此两个原则都是在设计对照实验时必须坚持的原则。所谓单因子变量原则，强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量，只有这样当实验组和对照组出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的，从而证明实验组所给实验因素的作用，因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置，至于将谁作为变量则很容易确定，即要验证谁则把谁作为变量，也就是要把所要验证的中心条件作为变量。等量性原则与单因子变量原则是完全统一的，只不过强调的侧面不同。单因子变量原则强调的是实验变量的单一性，而等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同，以平衡和消除无关变量对结果的影响，需要强调的是这些无关变量在进行严格控制时，不但要等量，而且是在适宜条件下的等量，常态条件下的等量。4．平行重复原则即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。任何实验必须有足够实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。平行重复原则要求控制某种因素的变化强度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。在实验中可以通过在一组实验中同时处理多个材料来体现重复性原则。5．随机性原则实验设计中的随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做是由于：3①可以消除或减少系统误差；②平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。四、实验设计的基本模式实验设计往往是解答实验题的难点，但只要理清思路，找准方法和突破口，也能化难为易。实验的设计可遵循以下步骤进行。1．了解题目要求：认真读题，从题中找出答案。2．写出实验名称或确定实验课题：指出是什么实验，判断出是“验证性实验”还是“探究性实验”。所谓实验课题的选定就是实验者首先要确定一个有一定价值的研究课题，明确通过实验要解决什么问题。3．作出假设：“假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。如果你的基本预测是肯定的，你的假设就是肯定的假设；如果你的基本预测是否定的，你的假设就是否定的假设。4．写出实验目的：弄清该题要验证或探究的是什么样的生物学事实。即明确实验要解决什么问题。一般在题干中有“验证……”、“证明……”、“探究……”，其后内容就是实验的目的。有些实验需要对其去粗取精，提炼要点。5．写出实验原理：就是完成该实验的理论依据是什么，这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法，以及所依据的科学原理。另外提供的实验仪器的使用方法和原理也应考虑在内。此过程要求学生利用储备知识独立分析、运用。对所学知识运用要求较高，这是完成实验设计题目的关键。6．写出实验操作过程：大多数题目要求写出实验步骤，这是学生束手无策失分较多的地方。总结下面一条书写模式，能够使书写条理，思路清晰。（1）分组标号：根据实验要求选择适宜的材料和器材，选材应保持条件相同（如：日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠）。将实验分为实验组和对照组；可以分两组，也可以分若干组，每组进行明确的标记，如用甲、乙、丙，或者是A、B、C或者1，2，3，总之让人一看对实验组一目了然。便于实验的观察、统计、比较和叙述。常用语言：选择长势相同，大小相似的同种植物随机等量分组，分别编号为A、B、C……取两支试管，分别编号为甲、乙，各加入等量的某溶液、选择年龄、体重（性别）、健康状况相同的某种动物随机等量分组，分别编号为1，2，3……（2）实验处理：根据实验的要求分别对实验组和对照组施加单一变量，除实验变量外，对实验组和对照组的培养、饲养等条件应要相同，即控制无关变量。后面步骤中要用到的东西，如果题目没有给出，则必须在前面的步骤中准备好，如实验中要用蔗糖液，而题目中只给出蔗糖，我们就要先配制好蔗糖液；题目中如果已经给好（如给的是配好的试剂），则不必再配制了。（3）培养（或饲养）、观察、记录：对于植物实验和某些动物实验，分别进行实验处理后，要进行一段时间的培养，才能出现结果。而有些实验进行实验处理之后，就可以观察出现的现象。要仔细观察实验组与对照组出现的差异，记录实验现象和实验数据。47．实验结果、结论的预测与分析有些实验的结果可以直接用肉眼观察出来，而很多实验是化学反应类型，肉眼观察不到，应该考虑加入指示剂，借助颜色变化或仪器辅助观察，实验结果可采用文字表述、表格、坐标曲线等方式描述。（1）实验结果的预测：实验结果是由实验变量而引起的变化，而实验结论是根据实验结果作出的一种推论。一个正确的实验设计应达到实验目的，即得出的结论就是实验目的。特别注意弄清实验的目的是“验证”还是“探究”。如果是验证型的实验，如“验证……”、“证明……”都可预测到与实验目的一致的结果。联系实验目的的得出结论。结论是合理的、科学的、肯定的。不少结论是在实验要验证的内容中寻找。（此时一般只有一个结果和相应的结论，且结论与实验目的相对应）。若是探究型的实验，如“探究……”预测的实验结果不唯一，大多有三种可能：“变量促进结果；变量抑制结果；变量与结果无关”，或“全肯定，全否定；一肯定一否定”等。（2）观察变量的确定：因变量与观察变量有时是不同的，对于因变量不能直接观察的，应该通过相应手段转换，将因变量间接展现出来，便于观察。如细胞分裂中染色体可以通过染色、借助显微镜观察，呼吸强度可通过测定密闭装置中气压变化来表现等。（3）实验结论的归纳提炼：实验结果是实验所得到的直观现象，如测得的有关数据，实验对象呈现的特殊颜色、气味、形态、生理等方面的变化，因此实验结果应是对实验现象的直接陈述。而实验结论是在实验结果的基础上，根据已有知识的合理迁移，通过推理和判断，得出的关于生命现象最本质的认识，如“鉴定葡萄糖是可溶性还原糖”的实验中，葡萄糖与斐林试剂共热煮沸后出现砖红色沉淀，这是实验结果；“葡萄糖是可溶性还原糖”则是实验结论。[例1]为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据所给的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。（1）材料和用具：两组日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。（实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作考试要求，室温恒定）（2）方法与步骤（3）结果预测与分析[例2]新华社2007年8月12日报道，英国研究人员发现，人体中一种重要激素，即所谓的“瘦素”，能够控制人的食欲，注射后，食欲会下降，从而对人体是否发胖起到至关重要的作用。某校生物兴趣小组想利用以下材料，设计实验探究“瘦素”能否控制动物的食欲以及是否具有减肥作用，请你帮他们完成下列实验设计和预测实验结果并分析。实验目的：材料用具：大鼠若干只、普通饲料、一定剂量的“瘦素”溶液、生理盐水，其他所需条件均满足。步骤设计：（请简要写出）第一步：；第二步：；5第三步：；第四步：一段时间后，观察大鼠的食欲状况，称量并统计各组大鼠的体重。实验结果预测与分析：（至少写出三种情况）①；②；③。练习1为了研究酶的有关特性，取两支洁净的试管并编号为A、B，各注入2ml体积分数3%的H2O2溶液；再向A管滴入2滴3.5%FeCl3溶液，向B滴入2滴质量分数20%的肝脏研磨液；堵住管口，轻轻振荡；用点燃但无火焰的卫生香检验；观察并记录结果。(1)本实验课题名称是。(2)本实验的主要目的是探索。(3)如果两支试管的现象不明显，从实验材料分析，原因可能是。(4)过氧化物酶也能催化H2O2的分解，产生的[O]能使溶于水的无色焦性没食子酸氧化生成橙红色沉淀。为了鉴定马铃薯块茎是否含有过氧化物酶，设计了如下实验。参照图中所给信息，回答下列问题：①3号试管内加入的物质是②设计2号试管作为对照的具体目的是。③如果2号试管未产生颜色反应，则出现橙红色沉淀的是第号试管。练习2为了研究环境因子光照、CO2的不足分别对光合作用的影响，可将叶片用打孔器打取小圆片，并使之下沉于水中，在不同条件下根据叶圆片上浮所需时间的长短推测光合作用的相对强弱。请回答：(1)浸没于水中的叶圆片上浮的原因是：(2)实验假设：(3)实验组1：取三角瓶，编号A，加入新制冷开水；再加入一定量NaHCO3粉末，令其在水中溶解；用黑纱布包裹三角瓶后，适宜温度下水浴保温，放入下沉小叶圆片10片，将三角瓶置于日光灯下；记录叶片上浮所需时间或一定时间内上浮叶片数。请写出实验组2设计的主要思路：(4)设计记录实验结果的表格。6练习3：某同学在做微生物实验时，不小心把圆褐固氮菌和酵母菌混在一起。该同学设计下面的实验，分离得到纯度较高的圆褐固氮菌和酵母菌。(1)实验原理：(2)材料用具：（略）(3)主要步骤：①制备两种培养基，一种是无氮培养基，另一种是含青霉素的培养基，将两种培养基各自分成两份，依次标上A、a和B、b。②分别向A、B培养基中接种混合菌，适宜条件下培养3-4天。③分别从A、B培养基的菌落中挑取生长良好的菌并分别接种到a,b培养基中，适宜条件下培养3-4天。(4)请回答：①本实验中，根据上述原理配制的培养基属于培养基。如依照其化学成分也称培养基。②实验步骤中第③步的目的是。③青霉素抑制圆褐固氮菌的生长繁殖，其作用机理是破坏或抑制其细胞壁的形成。请据此推测青霉素不影响酵母菌等真菌生长繁殖的原因是。练习4：请根据如右图所示的实验装置，探究小麦的麦穗与叶片光合作用速率的关系，完成实验设计和分析。(1)实验原理：光合作用的速率大小可通过来确