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1专题一生物实验及设计基础一、网络导学包括必修和选修教材考试大纲规定的17个常规实验及实验设计的原则、方法与解题思路。二、考纲提示实验能力是高考“考试说明”要求学生掌握的一项基本能力（设计和完成实验的能力）。此能力要求也包括两方面的内容：一是独立实验的能力（大纲归定学生实验和教师演示实验），即理解实验原理、目的、要求、材料、用具；掌握实验的步骤、控制实验条件、使用有关仪器、安全问题处理；观察现象、分析数据、得出结论；常规实验非常规做法。二是能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和分类生物实验设计生物实验按实验对象结构层次和知识范围按实验过程设计试题按认知层次设计试题离子分子水平、亚细胞细胞水平、个体水平、种群水平、生态系统水平分析结果、确定控制条件、预测结果、设计实验方案识记层次、理解层次、综合应用层次输出整合应用教材实验（17个）新实验素材表达思维寻找合适的原理、器材、方法等获取信息思维形式的输出答案原则（4个）①科学性②可行性③简约性④可重复性一般程序假设预期实验观察、收集数据分析、推论交流、写实验报告明确目的要求→联系基本原理→找出变量元素→设置实验对照→构思控制方法→选择实验器材→严格操作程序→捕获实验事实→分析实验结果→规范表述结论◆分析实验、数据处理◆预测实验现象、原因、结果◆提出假设2仪器，设计简单的实验方案并处相关的实验问题。（一）实验方法要素及处理要素关系的基本原则1．假设与假设验证原则实验的第一个要素：“假设”；第一项原则是“假设验证”原则。第一个要素：假设第一项原则：假设验证原则假设：较概括的假定预期：较具体的推断验证：用事实证实或证伪科学实验遵循的程序准则：假设——预期——验证2．变量与单一变量原则实验的第二个要素：“变量”；第二项原则是“单一变量”原则。第二个要素：变量第二项原则：单一变量原则①实验变量(自变量)②反应变量(因变量)实验目的在于操纵自变量，获取因变③无关变量(控制变量)④额外变量(干扰变量)实验关键在于控制无关变量，减少干扰变量一个实验变量对应观测一个反应变量。如A实验变量对应观测A反应变量，不可混入B反应变量。单一变量原则，有两层意思：一是确保“单一变量”的实验观测，即不论有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量；二是确保“单一变量”的操作规范，即实施中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。3．控制与平稳控制原则实验的第三个要素是“控制”，第三项原则是“平衡控制”原则。第三个要素：控制第三项原则：平衡控制原则①严格操纵控制实验变量与反应变量②力求平衡抵消无关变量与额外变量①单组法：对同一对象，既用A法，又用B法②等组法：对象状况相等，甲用A法，乙用B法③轮组法：甲组：A法→B法乙组：B法→A法1通过实验控制，尽量消除实验误差，以取得较为精确的实验结果。4．对照与实验对照原则实验的第四个要素是“对照”；第四项原则是“实验对照”原则。第四个要素：对照第四项原则：实验对照原则设置对照，进一步消除无关变量对实验结果的影响，以增加实验结果的可信度①空白对照：指明不做任何实验处理的对照组。②自身对照：实验与对照在同一对象上进行。③条件对照：给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理。④相互对照：几个实验组相互对照。5．捕获解释与真实客观原则实验的第五个要素是“捕获”和“解释”；第五项原则是“真实客观”原则。第五个要素：捕获与解释第五项原则：真实客观原则捕获：捕捉、记录由实验变量而引起的反应变量的变化和结果，即捕获事实。解释：论证、说明实验变量与反应变量的因果关系，并推出结论，即解释事实。捕获解释事实、现象、数据，一定要实事求是，客观真实，力戒主观臆造（二）实验设计的基本内容、三个原则、实例和备考策略1.实验设计的基本内容（1）实验名称是关于一个什么内容的实验。13（2）实验目的要探究或者验证的某一事实。（3）实验原理进行实验依据的科学道理。（4）实验对象进行实验的主要对象。（5）实验条件根据实验原理确定仪器和设备；要细心思考实验的全过程。（6）实验方法与步骤采用的方法及最佳操作程序。每一步必须是科学的；能及时对仪器、步骤进行有效矫正。（7）实验测量与记录对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。（8）实验结果预测及分析能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。（9）实验结论对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。2.实验设计的实例分析“验证成熟植物细胞的渗透作用”实验设计实例：Ⅰ实验名称：观察马铃薯条的渗透吸水与渗透失水现象。Ⅱ实验目的：验证成熟植物细胞的渗透作用。Ⅲ实验原理：当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞通过渗透作用失水；反之则吸水。Ⅳ实验对象：新鲜马铃薯条。Ⅴ实验条件：0.8g/mL的蔗糖溶液、蒸馏水、大试管、有刻度的小烧杯、刀片、镊子等。Ⅵ实验设计的基本原则：对照、等量。Ⅶ实验方法与步骤：(1)制备3条长度、宽度、体积都相同的新鲜马铃薯条。(2)将其中的2条分别放入盛有等体积的蔗糖溶液与蒸馏水的烧杯中，另1条放入加塞的空试管中。(3)2h以后，通过比较的方法观察薯条的长度变化及蒸馏水、蔗糖溶液体积的变化。Ⅷ实验结果预测分析：可能出现的实验结果是：(1)放入蒸馏水中的薯条长度增加，而放入蔗糖溶液中的薯条长度变小，且蔗糖溶液体积明显大于蒸馏水体积。(2)放入蒸馏水中的薯条长度增加，而放入蔗糖溶液中的薯条长度不变，且蒸馏水的体积小于蔗糖溶液体积。(3)放入蒸馏水中的薯条长度不变，而放入蔗糖溶液中的薯条长度变小，且蔗糖溶液体积大于蒸馏水体积。(4)薯条的长度及溶液的体积都没有明显的变化。Ⅸ实验测量与记录：将放入溶液中的薯条与试管中的薯条比较观察，并比较烧杯中溶液的体积：放入蒸馏水中的薯条变长、放入蔗糖溶液中的薯条变短，且烧杯中蔗糖溶液的体积比蒸馏水的体积大。Ⅹ实验结论：放入蔗糖溶液中的薯条渗透失水，放入蒸馏水中的薯条渗透吸水。3.实验设计题的分类解析验证性实验的基本内容（1）实验题目（2）实验原理即完成实验所用的理论依据（3）目的要求通过实验要解决的问题（4）材料用具（5）方法步骤（为加强说服力，有时往往对实验要设立“实验组”和“对照组”。设计对照实验时切记：只有遵循“单一变量”原则，这样才有对照价值。补充实验步骤时，对每一步有必要先打腹稿然后下笔，并要编号清楚（如⑴……⑵……，表达清晰。）（6）实验结果（预测实验现象）验证性实验由于有明确的实验目的，预测的结果是科学的、合理的、惟一的。有实验（题目）中需要记录实验结果，这就要搞清楚记录什么？如何记录？①用文字描述：略。②表格的设计：要理清设计思路：Ⅰ.首先要读懂题目要求在表格“工作区”记录的内容。（题目中有明确的要求）Ⅱ.其次要明确表格的第一列写什么？第一行写什么？注意在第一列或第一行中肯定要写组别，即实验组和对照组（相互对照中组数可能更多）。Ⅲ.再绘制表格（切记：表格“工作区”是预4留给所设计的实验中记录到的数据，而不是要学生造出数据来填入其中。因此只要设计完成一张空白表格即可。设计表格时，要先在草稿纸上画出表格轮廓，再写入答题纸中。）Ⅳ.表格设计好后，切勿忘记给表格添上题注（即表格名称）。③坐标图的设计：要理清横轴的含义？纵轴的含义？纵横轴的单位？曲线的走势？关键点？④分析实验结果：用书本理论分析实验结果。（7）实验结论联系实验目的得出结论。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。（8）讨论①对实验操作的理论、具体细节等进行讨论。②也可讨论与实验无直接关系但有一定联系的其他知识。注意：验证性实验中，实验目的、实验（或预测）结果和实验结论三者是一致的。结果是指通过实验所观察到的实验现象或通过实验直接得到的“成果”。验证性实验中，由于要验证的结论是肯定的，因此无实验假设。在验证实验中，如果实验记录作为题目条件已出现，那么就可得到肯定的实验结论。探究性实验的基本内容（1）实验课题如试题需要学生写出实验课题，那对课题的文字描述大多渗透在题干的字里行间，仔细阅读便可领会。实验课题的格式有：“×××××××××××研究”、“×××××××××××实验”“××××××××××的影响”（2）实验原理完成实验所应用到的理论依据。有的是书本学到的理论知识，有的在题目中作为条件出现。（3）实验目的大多是写做了该实验后要解决的问题。（4）材料用具：包括实验材料、仪器、试剂等，有时省略。大多数试题是作为条件提供给学生。（5）实验假设指用来说明某种现象但未经证实的论题，也就是对所提出问题所作出的参考答案。如果要学生写出来，请参阅实验课题的名称，但要比实验课题的名称在文字上写得更具体一些。（6）实验步骤的设计（即实验设计方案或曰实验设计思路）涉及到：①实验设计思想②器材药品③实验步骤（要体现单一变量对照原则）。故要设立“实验组”和“对照组”。设对照组时，只需明确写出单一变量内容，其余条件（无关变量，如培养条件等）用“其他……条件与（甲）对照组相同”即可。④观察记录（图表、曲线等。表格的设计要求同验证性实验）（7）实验预测及分析探究性实验是对本不知道，现在需要知道的实验现象或结果进行探究。即使我们能用掌握的理论知识作出科学的、唯一的预测，但由于我们是作理论上的实验设计，因此实验预测应该是开放性的，即要写出所有可能出现的实验现象或结果。探究性实验不象验证性实验能得出一个肯定的结论，往往有几种预测结果，相应的就有几种可能的结论。（8）讨论讨论的是与实验直接有关的内容，也可能是与该实验内容有关的其他知识。实验设计题的内容虽然较多，但在实际考试中由于种种原因，如试题考查内容、试卷长度等，内容往往是不完整的，主要由试题设计者来决定，选取其中主要部分对学生进行考查。4.实验设计的三个原则（1）对照性原则——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。“实验组”与“对照组”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，如2005年春季高考3题中为研究光对幼苗生长的影响时实验变量应为撤掉光照，因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组，而自然状态（即来接受实验变量处理）的小麦幼苗应为对照组，通过对照组能增强实验的信度。按照对照方式的不同可分为4种：①空白对照：即不作任何实验处理的对照组。例如，在还原糖鉴定实验中留一部分样液不加入斐林试剂，以作对照。②相互对照：即不设控制组，只在几个实验组之间相互对比。例如，在植物激素与向性的设计实验中，55个实验组的相互比较。在实验中要找出一个最佳效果点，就要采取相互对照进行实验。③条件对照：即给对象施加某种实验处理，虽不是检验假设需要的，但更能充分说明实验变量的对照。例如，动物激素饲喂小动物的实验方案中：饲喂甲状腺激素的为实验组；饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组；不饲喂药剂的是空白对照组。④自身对照：即实验与对照在同一对象上进行。例如，将过氧化氢酶加入过氧化氢溶液中证明酶是生物催化剂可催化过氧化氢水解，即自身对照，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。再如:在探究温度(或pH)对酶催化活性影响实验中温度(或pH)(0度、50度,100度)为条件对照。清水(软水)、河水(硬水)对加酶洗衣粉影响中，清水(软水)、河水(硬水)为相互对照。用缺素营养液培养的出现缺素症状的植株加入某元素后恢复正常为自身对照。（2）等量性原则——每次实验所加试剂的量要相等。（3）单因子变量的原则。实验变量剖析：在实验过程中变量是指可被操纵控制的在性质和数量上可以变化的特定因素或条件，具体分析如下：①实验变量与反应变量：a．实验变量是研究者主动操纵的条件和因子，是作用于实验对象的刺激变量（也称自变量），自变量须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。b．反应变量（又称因变量），是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，反应变量是研究是否成功的证据，应具可测性和客观性。c.二者关系：实验变量是原因，反应变量是