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高考生物实验设计专题新余四中胡红兰2007、10实验设计题——要求同学们依据一定的实验目的，设计实验过程，预测实验结果的试题。这类高考题的出现有利于培养同学们的科学素质和创新精神。1.实验的目的要求一、实验设计元素6.结论5.实验现象和数据4.实验步骤3.实验思路2.实验原理二、实验设计的步骤1、观察---------------------发现问题2、提出问题----------------提出实验要求3、假说（可有多个）------确立实验原理4、实验（引出实验设计原则）------------------------------设计实验的思路和步骤5、结论（数据处理）以表格形式出现，并对结果预测一般为三个方面：（1）正相关（2）负相关（3）无关---------------记录实验现象和数据；分析得出实验结论三、实验设计的原则1、科学性原则所谓科学性是指实验的目的要明确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科的基本原则。2、可行性原则可行性原则是指在设计生物学实验时，从实验原理、实验实施到实验结果的产生都有可行性3、简便性原则设计实验时，要考虑到实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验药品比较便宜，实验操作比较简单，实验步骤较少，实验时间较短。4.随机性原则：实验设计中的随机化原则，是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。5、单一变量原则单一变量原则：即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致实验变量:指实验中由实验者所操纵给定的因素或条件反应变量:实验中由于实验变量而引起的变化和结果无关变量:其他对反应变量有影响的因素干扰变量;由无关变量引起的变化和结果例如:在验证温度对酶活性的影响实验中人为给定的温度是实验变量,酶活性的改变为反应变量,其他的如PH、底物的量、试管的干净程度、唾液的新鲜程度和稀释浓度等称为无关变量，由他们引起的酶活性的改变成为干扰变量无论实验中有多少个变量，都应做到一个实验变量对应一个反应变量，确保单一变量的操作规范、尽可能控制无关变量，减少干扰变量。这样既便于对实验结果进行科学的分析，又增加试验结果的可信度和说服力问题：在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解“实验中，单一变量、反应变量、无关变量、干扰变量分别是什么单一变量：加入的蔗糖和淀粉反应变量：砖红色沉淀的产生无关变量：淀粉酶的量、反应温度、PH等干扰变量：由无关变量引起的变化和结果例：某生物学小组为了研究阳光对大豆发芽的影响，在两个花盆里种了大豆，并设计了如下实验花盆阳光温度水Ⅰ光照20℃充足Ⅱ暗室20℃不充足在这一实验中应该改正的错误是（）A两个花盆都应放在向阳的地方B两个花盆都应放在黑暗的地方C两个花盆的温度不应该一样高D两个花盆都应该给浇充足的水D例：下面是鉴定胃蛋白酶的专一性实验设计，试分析该实验设计是否符合单一变量原则，能否达到预期的实验效果？实验材料胃蛋白酶温度PH观察现象瘦肉块50ml稀释液37℃7.0瘦肉块与土豆块能土豆块50ml稀释液37℃7.0否消失不能，因为胃蛋白酶的最适PH是1.5-2.2因此，运用单一变量原则时，还要尽量使常量能满足实验成功的条件6、对照性原则对照是实验控制的手段之一，目的还是消除无关变量对实验结果的影响．实验组：接受实验变量处理的对象组对照组：不接受实验变量处理的对象组常见的对照类型有：①空白对照②条件对照③自身对照④相互对照７、等量原则在实验中，除实验变量以外，对实验组和对照组施加的影响是相同，以消除无关变量对结果的影响，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，常态下的等量．如探索PH对酶活性的影响时，单一变量是PH，除PH之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量，而且是要适宜的量，如对温度的控制不但要相同，而且要适宜，即要给予酶活性所需的适宜温度，而不能控制在低温或高温条件下的等量８、平行重复原则平行重复原则，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。上述随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行重复的原则就是为解决这个问题而提出的。复习建议：理清解题的思路，强化针对性训练。★设计题的解题思路1、准确地把握实验目的2、细心地弄清设计要求3、精心地策划实验方法4、合理地设计操作过程5、严格地设置对照实验6、准确地预测实验结果7、简明地组织语言文字四、设计题的解题思路1、准确地把握实验目的实验目的是整个实验设计的灵魂，所有实验步骤的设计都要围绕实验目的这个核心来进行。2、细心地弄清设计要求3、精心地策划实验方法实验方法的策划是整个实验设计的精髓，是一个好的实验设计最富创意的闪光之处，也是搞好实验设计的关键所在。如:有关光合作用的设计是验证光合作用产生氧气还是吸收二氧化碳?（1）化学物质的检测方法如：①淀粉——碘液②还原性糖——③CO2——④乳酸——⑤O2——⑥无O2——⑦蛋白质——斐林试剂、班氏试剂PH试纸余烬复然火焰熄灭被蛋白酶分解Ca（0H）2溶液或酸碱指示剂（2）实验结果的显示方法如：①光合速度——O2释放量或CO2吸收量或淀粉产生量②呼吸速度——O2吸收量或CO2释放量或淀粉减少量③原子途径——放射性同位表示踪④细胞液浓度大小——质壁分离⑤细胞是否死亡——质壁分离⑥甲状腺激素作用——动物耗氧量，发育速度等⑦生长激素作用——生长速度（体重变化，身高身长变化）⑧胰岛素作用——动物活动状态⑨菌量——菌落数或亚甲基蓝褪色程度（3）实验条件的控制方法①增加水中氧气——泵入空气或吹气或放入绿色植物②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水③除去容器中CO2——NaOH溶液④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境⑤除去叶中叶绿素——酒精加热⑥除去光合对呼吸干扰——给植株遮光⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光⑧血液抗疑——加入柠檬酸钠⑨线粒体提取——细胞匀浆离心⑩骨的脱钙——盐酸溶液4、合理地设计操作过程基本的实验方法选定以后，紧接着就要编定具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理规范、切实可行，否则也会造成很大的失分。5、严格地设置对照实验如何设置对照实验呢？所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全对等的实验。对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全对等”。具体来说有如下四个方面：①所用的生物材料要相同即所用的生物材料的数量、质量、长度、体积来源和生理状况等个方面特点要尽量相同或至少大致相同②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③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④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,看起来似乎毫无意义的但最好还是要作同样的处理6、准确地预测实验结果实验设计的最后往往还需要预测实验结果，在结果预测上要全面准确．而在这一环节上，学生往往会出现各种各样的错误．例如：①测交结果预测，除了全黑，有白有黑外，还有全白．②加碘后，“不变蓝”不等于“无色”或“没有颜色变化”；另外“不变”也不能说成“无现象”．③用亚基蓝做菌量检测是，不能把“褪色”说成“无色”；同理在做交换吸附实验时也不能把“褪色”说成“白色”或“无色”．7、简明地组织语言文字如：①步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说，并加以编号。②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。③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。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。A选材：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）B编组标号。研究对象、器皿等要编组标号，设立实验组和对照组；C实验处理。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），则不能再配制了。D、培养（或饲养）、观察、记录观察记录实验现象和实验数据表格的设计：要理清设计思路：①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）②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）。③再绘制表格（切记：表格“工作区”是预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。）表格设计好后，切勿忘记给表格添上题注（即表格名称）。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？E、实验结果分析或者预测实验现象:要弄清题目的目的是“验证型的”还是“探究型的”。如果是“验证型的”实验，则要根据所学知识和原理，分析得出应有的实验结果和推出相应的结论,(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，则要根据原理、目的，预测出可能的结果和推出相应的结论(此时一般有几个不同结果及相应的结论).预测结果“三步曲”a实验预测①验证性实验如“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。②探究性(预测结果“三步曲”)实验如“探究……”预测的实验结果不惟一，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。b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描述、表格、坐标曲线等方式描述。注意:预测实验结果或分析实验结果二者是有区别的：①预测实验结果——根据实验原理和事物间的相互关系，进行理性分析，从而预先猜测可能是什么样的结果、有几种结果可能性，都要事先预测到；②分析实验结果——是从结果出发去寻找事物间的相互关系，或者推导出一般性的结论或规律等。它是分析应有的实验结果，对意料之外的结果乃至失败的情况作出恰当的分析和推论。二者是相反的两个过程：因此解决此类问题时要根据题意注意用词的科学性和准确规范性。当然无论是预测实验结果还是分析实验结果，都要既考虑最后的结果，也要考虑中间步骤的结果。F、实验结论通过现象、结果的分析，概括出规律性的问题，结论一般就是实验的目的。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。这一规范并非一成不变，在运用时掌握基本原则，灵活处理，才能以不变应万变。实验设计不是教材实验的简单再现，它来源于教材又与教材有别，体现了“源于教材，高于教材”的命题思路。特别注意的事项:(1)题目中所给予的实验试剂和材料要充分运用(2)除非题目条件允许,一般不能随意添加材料(3)遵循实验设计的原则实验设计的类型开放型：只给出课题，自选材料、试剂、用具等，设计实验方案。限制型：给出课题、原理、材料、试剂、用具等，设计实验方案。改进