如何科學(xué)地進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、如何科學(xué)地進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)   實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ?quot;教學(xué)大綱"要求學(xué)生掌握的一項(xiàng)基本能力。就是能使用恰當(dāng)?shù)姆椒?yàn)證簡(jiǎn)單的生物學(xué)事實(shí)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋和分析。此能力要求包括兩方面的內(nèi)容：一是能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證簡(jiǎn)單的生物學(xué)事實(shí)；二是能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出正確的解釋和分析。    實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ彩歉呖?quot;考試說明"要求學(xué)生掌握的一項(xiàng)基本能力（設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的能力）。此能力要求也包括兩方面的內(nèi)容：一是獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力（大綱歸定學(xué)生實(shí)驗(yàn)和教師演示實(shí)驗(yàn)），即理解實(shí)驗(yàn)原理、目的、要求、材料、用具；掌握實(shí)驗(yàn)的步驟、控制實(shí)驗(yàn)條件

2、、使用有關(guān)儀器、安全問題處理；觀察現(xiàn)象、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論；常規(guī)實(shí)驗(yàn)非常規(guī)做法。二是能根據(jù)要求靈活運(yùn)用已學(xué)過的自然科學(xué)理論、實(shí)驗(yàn)方法和儀器，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案并處相關(guān)的實(shí)驗(yàn)問題。用理、化、生三科實(shí)驗(yàn)中所學(xué)的知識(shí)去解決實(shí)際問題。實(shí)驗(yàn)所占比分為30%（基本不變，也可能在25%左右）。    實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是較高的能力要求，除要具備一定的知識(shí)基礎(chǔ)外，還需要具有一定的創(chuàng)造能力。所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上的，還應(yīng)具有一定的觀察和發(fā)現(xiàn)問題的能力。要提高這方面的能力，必須改變過去"背實(shí)驗(yàn)"的方法，親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，熟悉實(shí)驗(yàn)的操作步驟，弄清實(shí)驗(yàn)的原理，能運(yùn)用所學(xué)

3、知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，以此來驗(yàn)證或探究某一結(jié)論。只有這樣，才能促進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣?，促進(jìn)科學(xué)思維的形成和發(fā)展，才能真正對(duì)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)、內(nèi)容進(jìn)行舉一反三。    1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容    1.1 實(shí)驗(yàn)名稱 是關(guān)于一個(gè)什么內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)。    1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?要探究或者驗(yàn)證的某一事實(shí)。    1.3 實(shí)驗(yàn)原理 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)依據(jù)的科學(xué)道理。    1.4 實(shí)驗(yàn)對(duì)象 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的主要對(duì)象。    1.5 實(shí)驗(yàn)條件 根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理確

4、定儀器和設(shè)備；要細(xì)心思考實(shí)驗(yàn)的全過程。    1.6 實(shí)驗(yàn)方法與步驟 實(shí)驗(yàn)采用的方法及必需（最佳）操作程序。每一步驟都必須是科學(xué)的；能急時(shí)對(duì)儀器、步驟進(jìn)行有效矯正。    1.7 實(shí)驗(yàn)測(cè)量與記錄 對(duì)實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果應(yīng)有科學(xué)的測(cè)量手段與準(zhǔn)確客觀的記錄。    1.8 實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)及分析 能夠預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析導(dǎo)致的原因。    1.9 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的描述并給出一個(gè)科學(xué)的結(jié)論。    2 理科實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個(gè)原則 &#

5、160;  2.1 對(duì)照性原則-科學(xué)、合理的設(shè)置對(duì)照可以使實(shí)驗(yàn)方案簡(jiǎn)潔、明了，且使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更有說服力，包括3類：空白對(duì)照/相互對(duì)照/自身對(duì)照。具備可重復(fù)性。    2.2等量性原則-每次實(shí)驗(yàn)所加試劑的量要相等。    2.3單因子變量的原則。    3 理科實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的4性    3.1 科學(xué)性：這是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的首要原則（原理、操作、程序、方法正確）。     3.2 安全性：盡量避免危險(xiǎn)性操作（如果必須使用，要注明，防止環(huán)境污染和人身

6、傷害）。    3.3可行性：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)切實(shí)可行，所選取藥品、儀器、設(shè)備在中學(xué)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)能夠完成。    3.4 簡(jiǎn)約性：實(shí)驗(yàn)方案盡可能簡(jiǎn)易方便（用藥少/步驟少/時(shí)間短）。        總之，a.原理正確，b.效果明顯，c.裝置簡(jiǎn)單，d.操作安全（其它正確步驟多一步要扣分）。    4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路    4.1 明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)要求的基本條件；    4

7、.2 精心策劃實(shí)驗(yàn)方法、嚴(yán)格設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程、合理設(shè)置對(duì)照或變量，并引入科學(xué)的測(cè)量方法；     4.3 能夠做到有效預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、科學(xué)描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并得出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。    5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題    5.1 在掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理的基礎(chǔ)上確定實(shí)驗(yàn)方法。    5.2 嚴(yán)格遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則，準(zhǔn)確設(shè)置對(duì)照或變量。    5.3 注意實(shí)驗(yàn)程序的科學(xué)性、合理性。    5.4 對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確的觀察、測(cè)量、記錄

8、。    5.5 能夠預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其導(dǎo)致原因，并能夠得出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。    5.6 多分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)例。    6 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)例分析    6.1 "驗(yàn)證成熟植物細(xì)胞的滲透作用"實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例：    實(shí)驗(yàn)名稱：觀察馬鈴薯?xiàng)l的滲透吸水與滲透失水現(xiàn)象。    實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證成熟植物細(xì)胞的滲透作用。    實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時(shí)，植物細(xì)

9、胞通過滲透作用失水；反之則吸水。    實(shí)驗(yàn)對(duì)象：新鮮馬鈴薯?xiàng)l。    實(shí)驗(yàn)條件：0.8g/mL的蔗糖溶液、蒸餾水、大試管、有刻度的小燒杯、刀片、鑷子等。    實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則：對(duì)照、等量。    實(shí)驗(yàn)方法與步驟：      (1)制備3條長(zhǎng)度、寬度、體積都相同的新鮮馬鈴薯?xiàng)l。      (2)將其中的2條分別放入盛有等體積的蔗糖溶液與蒸餾水的燒杯中，另1條放入加塞的空試管

10、中。      (3)2h以后，通過比較的方法觀察薯?xiàng)l的長(zhǎng)度變化及蒸餾水、蔗糖溶液體積的變化。     實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)分析：可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：      (1)放入蒸餾水中的薯?xiàng)l長(zhǎng)度增加，而放入蔗糖溶液中的薯?xiàng)l長(zhǎng)度變小，且蔗糖溶液體積明顯大于蒸餾水體積。      (2)放入蒸餾水中的薯?xiàng)l長(zhǎng)度增加，而放入蔗糖溶液中的薯?xiàng)l長(zhǎng)度不變，且蒸餾水的體積小于蔗糖溶液體積。    

11、60; (3)放入蒸餾水中的薯?xiàng)l長(zhǎng)度不變，而放入蔗糖溶液中的薯?xiàng)l長(zhǎng)度變小，且蔗糖溶液體積大于蒸餾水體積。      (4)薯?xiàng)l的長(zhǎng)度及溶液的體積都沒有明顯的變化。    實(shí)驗(yàn)測(cè)量與記錄：將放入溶液中的薯?xiàng)l與試管中的薯?xiàng)l比較觀察，并比較燒杯中溶液的體積：放入蒸餾水中的薯?xiàng)l變長(zhǎng)、放入蔗糖溶液中的薯?xiàng)l變短，且燒杯中蔗糖溶液的體積比蒸餾水的體積大。     實(shí)驗(yàn)結(jié)論：放入蔗糖溶液中的薯?xiàng)l滲透失水，放入蒸餾水中的薯?xiàng)l滲透吸水。    6.2 (廣東、河南高考題)為證

12、實(shí)"二氧化碳是光合作用合成有機(jī)物必需的原料"，某同學(xué)制訂了下列實(shí)驗(yàn)方案：    (1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?略)    (2)實(shí)驗(yàn)材料和用具(略)    (3)實(shí)驗(yàn)方法和步驟      用一適當(dāng)大小的玻璃罩罩住一株生長(zhǎng)正常的盆栽綠色植物和一杯NaOH溶液，密封不漏氣。      將上述植物及裝置放在暗室中饑餓，消耗掉葉片內(nèi)貯藏的有機(jī)物。暗室內(nèi)裝有紅色安全燈。   

13、60;  饑餓一定時(shí)間后，自暗室中取出，照光若干小時(shí)，使其充分進(jìn)行光合作用。      取一葉片，放人盛有酒精的燒杯中，水浴加熱，使葉綠素溶于酒精中。      將已脫綠的葉片取出，平鋪在一個(gè)培養(yǎng)皿中，用碘液，檢測(cè)有無葡萄糖的特異顏色反應(yīng)出現(xiàn)。     該實(shí)驗(yàn)方案有幾項(xiàng)明顯錯(cuò)誤，請(qǐng)指出錯(cuò)誤并改正。    誤解 對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案的分析片面或缺乏必要的實(shí)驗(yàn)分析能力而誤答。    診斷 錯(cuò)因：忽視了平時(shí)的生

14、物實(shí)驗(yàn)操作和訓(xùn)練。正確思路：實(shí)驗(yàn)中無對(duì)照實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)中不能用紅色安全燈，因?yàn)樯啬軌蛭占t光，進(jìn)行光合作用，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；淀粉遇碘變藍(lán)是淀粉等特有的顏色反應(yīng)，而不是葡萄糖的顏色反應(yīng)。鑒定還原糖(葡萄糖)的存在應(yīng)用的試劑是班氏試劑。     正確答案是：(1)實(shí)驗(yàn)步驟中暗室內(nèi)用"紅色安全燈"是錯(cuò)誤的，應(yīng)改為綠色安全燈(此項(xiàng)不改，僅在對(duì)照中提到也給分)；(2)實(shí)驗(yàn)步驟中的"葡萄糖"是錯(cuò)誤的，改為淀粉；(3)未設(shè)對(duì)照。對(duì)照的作法是：a裝置同題干中的步驟，但玻璃罩內(nèi)用同一種生長(zhǎng)狀況相同的另一株植物代替題干中的植物；用一杯清水代替NaO

15、H溶液。b將上述植物及裝置放在暗室中饑餓，消耗掉葉片內(nèi)貯藏的有機(jī)物。暗室內(nèi)裝有綠色安全燈。c重復(fù)題干中的步驟、。d重復(fù)改正后的題干中的步驟。    需要注意的是：對(duì)于實(shí)驗(yàn)分析要求從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。主要指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必須有充分的科學(xué)依據(jù)，在某些實(shí)驗(yàn)中要有對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件的一致性和可重復(fù)性。在實(shí)驗(yàn)中除要設(shè)計(jì)的變量外，其他條件都要一致，并且一個(gè)實(shí)驗(yàn)不能只看一次的結(jié)果，必須有足夠的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，才能判斷出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。實(shí)驗(yàn)器材的選擇。實(shí)驗(yàn)中材料用具的選擇是非常重要的，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)所提出的問題和要求，聯(lián)系命題者所提供的器材，準(zhǔn)確判斷和篩選實(shí)驗(yàn)所需的用具及材料。

16、準(zhǔn)確表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。    6.3 (上海高考題)據(jù)藥理研究，一種茅草的根內(nèi)含有降血糖的因子及多種有益于健康的成分，某公司將它開發(fā)成一種保健飲料。該產(chǎn)品是否適用于糖尿病患者，生物學(xué)興趣小組的同學(xué)以此作為研究課題，請(qǐng)你完成下面的實(shí)驗(yàn)鑒定報(bào)告。    (1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?鑒定一種茅草的根是否含有還原性糖和淀粉。    (2)實(shí)驗(yàn)原理 還原性糖可用            試劑，淀粉可用 

17、;            試劑來檢測(cè)。    (3)實(shí)驗(yàn)器材 一種茅草的根、所需試劑、刀片、載玻片、酒精燈、試管夾、火柴、滴管。    (4)實(shí)驗(yàn)步驟：      鑒定還原性糖：                 

18、;                          。      鑒定淀粉：                  

19、60;                            。    (5)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象                  

20、;                                。    (6)結(jié)果分析              &

21、#160;                                   。    (7)在鑒定還原性糖的實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)注意：        &#

22、160;                 。    誤解 對(duì)該實(shí)驗(yàn)所涉及的基本實(shí)驗(yàn)原理和鑒定糖類物質(zhì)的方法不熟而造成誤答。    診斷 錯(cuò)因：本題考查實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，要求學(xué)生設(shè)計(jì)完成研究某種保健飲料是否適合用于糖尿病患者的實(shí)驗(yàn)，并寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。有些同學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰η啡?，?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性：正確思路：從實(shí)驗(yàn)?zāi)康目梢钥闯?，該?shí)驗(yàn)實(shí)際上是鑒定茅草根內(nèi)是否含有還原性糖和淀粉，聯(lián)系教材中的

23、有關(guān)實(shí)驗(yàn)，有無還原性糖可以用班氏試劑鑒定，有無淀粉可用革蘭氏碘液鑒定。根據(jù)教材中鑒定梨中還原性糖的實(shí)驗(yàn)步驟，寫出鑒定茅草根中還原性糖的實(shí)驗(yàn)操作步驟，注意在將載玻片放在酒精燈火焰上加熱時(shí)，為防止載玻片因加熱不勻而爆裂，應(yīng)在火焰上來回移動(dòng)；根據(jù)鑒定淀粉的實(shí)驗(yàn)步驟，寫出鑒定茅草根中淀粉的實(shí)驗(yàn)操作步驟。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，若有還原性糖、淀粉的存在，回答應(yīng)出現(xiàn)什么顏色變化。若沒有還原性糖、淀粉的存在，將出現(xiàn)什么顏色，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。    正確答案是：(2)班氏試劑；革蘭氏碘液。(4)將一種茅草的根切成薄片(或壓碎)，放于載玻片上，滴加12滴

24、班氏試劑。將載玻片放在酒精燈上加熱，觀察顏色變化。將一種茅草的根切成薄片(或壓碎)，放于載玻片上，滴加12滴革蘭氏碘液，觀察顏色變化。(5)、(6)學(xué)生可以有幾種不同的回答，但一定要求觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果分析相一致(如：觀察到的有紅黃色，說明有還原性糖存在；如沒有紅黃色，說明沒有還原性糖存在。如有藍(lán)色或藍(lán)紫色出現(xiàn)，說明有淀粉存在；如沒有藍(lán)色或藍(lán)紫色出現(xiàn)，說明沒有淀粉存在) 。(7)載玻片在火焰上加熱時(shí)要來回移動(dòng)，以免加熱不勻而爆裂。    6.4 現(xiàn)有如下材料：3支試管(編號(hào)分別是A、B、C)、淀粉、碘液以及將溫度控制在37、O和100的3個(gè)水浴鍋。 

25、   (1)請(qǐng)根據(jù)以上提供的材料及條件，寫出實(shí)驗(yàn)的步驟3及其以后的實(shí)驗(yàn)步驟，以證明溫度對(duì)酶的催化活性的影響。    實(shí)驗(yàn)步驟：    步驟1：制備5ml淀粉溶液并冷卻至常溫。    步驟2：收取唾液若干。    步驟3：        (2)寫出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：            

26、;                        。    (3)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果：                     

27、0;                。    誤解 對(duì)實(shí)驗(yàn)的無關(guān)變量的控制考慮不足，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果而出錯(cuò)。    診斷 錯(cuò)因：本題同樣涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，但給出了具體的材料及條件，要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作的步驟，并預(yù)期結(jié)果，分析原因。有些同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的嚴(yán)密性和合理性把握不夠，從而導(dǎo)致步驟不全或敘述不確切。正確思路：首先明確本實(shí)驗(yàn)的原理是"溫度能影響酶的活性"。實(shí)驗(yàn)條件分別給出了

28、3組不同的溫度，所給的試管也是3支，因此在設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí)顯然該設(shè)計(jì)為3組實(shí)驗(yàn)，利用溫度分別為37、O和100的環(huán)境條件。    正確答案是：(1)步驟3：取3支試管各加入2mL可溶性淀粉；步驟4：將A、B、C3支試管分別放置于37、O和100的水浴鍋中，維持lOmin；步驟5：各加入1mL新鮮唾液，搖勻后，保持各自溫度lOmin；步驟6：各加1滴碘液檢驗(yàn)，觀察溶液顏色變化。(2)A試管不變藍(lán)。B、C試管均變藍(lán)。(3)A試管所處溫度條件適于酶的活性發(fā)揮，淀粉被唾液淀粉酶分解成麥芽糖，后者遇碘液不變藍(lán)。B、C試管所處溫度過低或過高，酶無催化活性或喪失活性，淀粉不被分解，遇碘液變藍(lán)。說明酶的催化作用應(yīng)具備適宜的溫度。    7 【練習(xí)1】某同學(xué)由溫度能影響酶的活性聯(lián)想到溫度能否影響甲狀腺素的活性。為了探索這一問題，他做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)步驟(1)、(2)、(3)中各有一處錯(cuò)誤或不妥之處，請(qǐng)改正并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論。實(shí)驗(yàn)步驟:    (1)取三只相同的潔凈玻璃缸，編