生物實驗設(shè)計題的解題思路與技巧的淺議

1、生物實驗設(shè)計題的解題思路與技巧的淺議高考實驗題的創(chuàng)新設(shè)計,正在由驗證性實驗向探究性實驗的方向突破和發(fā)展,并將成為今后1段時間內(nèi)實驗命題的方向和熱點。那么,如何才能答好生物實驗設(shè)計題,取得優(yōu)秀的分數(shù)呢?這就必須了解1份完整的實驗方案的設(shè)計,掌握實驗設(shè)計的基本思路和技巧,在理科綜合實驗?zāi)芰y試中就能夠做到有據(jù)可依,有法可循,總體考慮,綜合分析,到達事半功倍,獲得高分的效果。本文結(jié)合自己近幾年的教學實踐,談?wù)勆飳嶒炘O(shè)計題的基本解題思路與技巧。1. 什么是實驗設(shè)計所謂實驗設(shè)計,就是要生設(shè)計實驗原理,選擇實驗器材,安排實驗步驟,設(shè)計數(shù)據(jù)處理的方法及分析實驗的現(xiàn)象等。但在理科綜合能力測試中由于受時間和卷

2、面的限制,實驗設(shè)計能力考查無法面面俱到,或者是考查實驗步驟的設(shè)計、續(xù)寫或修改,或者是實驗現(xiàn)象的觀察和分析,或者是實驗數(shù)據(jù)的加工和實驗結(jié)果的分析,或者是考查實驗結(jié)果的預(yù)期與討論,或者是實驗裝置的檢驗或改良等等。2. 實驗設(shè)計的基本內(nèi)容設(shè)計1個較完整的實驗方案1股應(yīng)包括：明確實驗?zāi)康?確定實驗變量-分析實驗原理-提出實驗假設(shè)-落實實驗用品-設(shè)計實驗步驟f預(yù)測實驗結(jié)果-得出實驗結(jié)論3. 實驗設(shè)計的基本解題思路明確實驗?zāi)康?分清實驗類型明確實驗?zāi)康木褪且濉白鍪裁础钡膯栴},即探究或者是驗證什么生物學現(xiàn)象或原理。明確實驗?zāi)康牟拍苊鞔_運用哪1原理進行實驗設(shè)計,才能明白實驗設(shè)計中哪1因素是實驗變量。例如“

3、設(shè)計實驗驗證煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA而不是蛋白質(zhì)”。此實驗原理或?qū)嶒炈悸放c教材中“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗”、“噬菌體侵染細菌實驗”的實驗原理相同,因此采用教材中相似的實驗設(shè)計思想：將煙草花葉病毒的RNAffi蛋白質(zhì)分開，單獨觀察它們的作用。再如“探索溫度對酶活性影響的實驗”,探討的問題是溫度與酶活性之間的關(guān)系,那么在實驗設(shè)計中,“溫度”這1因素應(yīng)是實驗變量。實驗設(shè)計1般有兩種類型:驗證性實驗設(shè)計和探究性實驗設(shè)計。驗證性實驗具有明確的結(jié)果,通過實驗加以驗證;而探究性實驗的現(xiàn)象和結(jié)果是未知的或不確定的，應(yīng)針對多種可能分別加以考慮和分析，得到相關(guān)的結(jié)論。如20XX年高考廣東卷第37題“探究淀粉和碘

4、液能否通過人工膜”;20XX年安徽春季高考卷第21題“探究光的有無對種子萌發(fā)的影響”就屬于探究性實驗設(shè)計。找出兩類變量,確定對照類型找出兩類變量在實驗過程中,變量是指可被操縱的特定因素或條件。據(jù)其在實驗中的作用,可分為兩類:實驗變量與反應(yīng)變量:實驗變量,也稱為自變量,指實驗中由實驗者操縱的因素或條件。反應(yīng)變量,又稱因變量,指實驗中由于實驗變量引起的變化和結(jié)果。通常實驗變量是原因,反應(yīng)變量是結(jié)果,2者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如在“唾液淀粉酶水解實驗中,所給定的低溫、適溫和高溫是實驗變量,而由于低溫、適溫和高溫條件的變化,唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化,這就是

5、反應(yīng)變量,該實驗即獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應(yīng)變量）的因果關(guān)系。無關(guān)變量與額外變量:無關(guān)變量也稱控制變量,指實驗中除實驗變量外的影響實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果的因素或條件。額外變量也稱干擾變量,指實驗中由于無關(guān)變量引起的變化和結(jié)果。顯然額外變量會對反應(yīng)變量起干擾作用。如:上述實驗中除實驗變量以外,試管的潔凈程度、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度、實驗操作程序、溫度處理的時間長短等,都屬于無關(guān)變量。如果無關(guān)變量的任何1個或幾個因素或條件,對3個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定,則會對實驗結(jié)果造成干擾,產(chǎn)生誤差。在實驗設(shè)計和操作中,要盡量減少無關(guān)變量,而且

6、不同的實驗組中的無關(guān)變量應(yīng)完全相同,這樣就會防止實驗結(jié)果的差異是由于無關(guān)變量引起的可能性,便于清晰地研究實驗變量與反應(yīng)變量的關(guān)系。實驗中的無關(guān)變量很多,必須嚴格控制,要平衡和消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響,對照實驗的設(shè)計是消除無關(guān)變量影響的有效方法。確定對照類型通過設(shè)置對照實驗,既可排除無關(guān)變量的干擾,又增強了對實驗結(jié)果的可信度和說服力。在1個對照實驗中,可包括實驗組和對照組。實驗組是接受自變量處理的對象組,對照組是不接受自變量處理的對象組,1般是隨機決定的。如“探究光對種子萌發(fā)的影響”,接受光處理的種子是實驗組,不接受光處理的種子為對照組。設(shè)置對照通常有以下4種方法:空白對照:設(shè)計1個不加任何

7、實驗處理的對照組。即不給對照組做任何處理因素。自身對照:指實驗組與對照組都在同1研究對象上進行,即不另設(shè)對照組。如“植物細胞質(zhì)壁別離和復(fù)原的實驗”是典型的自身對照實驗,這種對照實驗的關(guān)鍵是比較實驗前后的變化。條件對照:給實驗組某種處理,給對照組另1條件的處理。如在“驗證甲狀腺激素促進幼小動物的個體發(fā)育”的實驗中,存在以下實驗組和對照組。甲組:飼喂甲狀腺激素（實驗組）乙組:飼喂甲狀腺素抑制劑（條件對照組）丙組:對蝌蚪不做任何處理（空白對照組）相互對照:指不另設(shè)置對照組,而是利用幾個實驗組相互對照。如證明植物根向地生長實驗中不同方向放置的玉米種子之間的對照。根據(jù)實驗要求,但凡涉及確定變化因素之間的

8、因果關(guān)系的實驗中,1般都需要設(shè)計對照實驗。了解常用對照的類型,有利于學生在實驗設(shè)計時針對不同的情況加以設(shè)置。理解實驗原理實驗原理決定著實驗中主要實驗步驟的設(shè)計及相應(yīng)實驗試劑的選擇。如“設(shè)計實驗驗證唾液淀粉酶是蛋白質(zhì)”的實驗。這1實驗的實驗原理同教材中常規(guī)實驗“生物組織中蛋白質(zhì)的鑒定”實驗原理相同,因此可用雙縮脲試劑與唾液的呈色反應(yīng)來驗證這1問題,明確了這1原理之后,也就明確了其主要實驗步驟與“蛋白質(zhì)成分的鑒定”類似。提出假設(shè)和預(yù)期假設(shè):是“可能會怎么樣”,并對可見現(xiàn)象提出1種可檢測的解釋。具體為：提出假設(shè)-尋找證據(jù)-符合事實（不符合事實）-假設(shè)成立（假設(shè)不成立）。預(yù)期:在檢測提出的假設(shè)以前,先

9、提出實驗的預(yù)期結(jié)果（1個假定的結(jié)果）,假設(shè)預(yù)期沒有實現(xiàn),則說明假設(shè)不成立;假設(shè)預(yù)期得到實現(xiàn),則假設(shè)成立。恰當選取實驗材料正如孟德爾選擇豌豆作為實驗材料是其遺傳實驗成功的原因之11樣,正確的選材決定著實驗的成敗。實驗的選材是受實驗原理、實驗?zāi)康闹萍s的。如“生物組織中可溶性復(fù)原糖的鑒定”實驗?zāi)康氖氰b定組織中存在可溶性復(fù)原糖,因而,取材應(yīng)注意含糖量要高。鑒定的原理是“復(fù)原性糖與斐林試劑的呈色反應(yīng)”,為使呈色反應(yīng)易于觀察,所選材料最好無色透明;又如“葉綠體中色素的種類及顏色”實驗,所選材料應(yīng)當是色素含量高的材料（新鮮菠菜）;“植物細胞質(zhì)壁別離與復(fù)原實驗”的選材應(yīng)注意兩點:1是所選材料必須有大液泡存在;

10、2是為了便于觀察,所選材料的細胞液最好有1定顏色。細心研究實驗條件和器材完成這1實驗所必需的理化條件及生物學處理方法。如光照、溫度、PH值、酶、緩沖劑、離心等。認真研究實驗裝置設(shè)計的嚴密性和合理性;在實驗設(shè)計中,用具及材料的選擇是10分重要的,要根據(jù)實驗所提出的問題和要求,命題者所提供的器材,準確判斷和選取實驗所需的用具及材料。合理設(shè)計實驗步驟實驗步驟的構(gòu)思1股是：材料準備與前處理-分組、編號-對不同（或同1）對象施以不同的處理（對照原則）-結(jié)果觀察（或預(yù)測）、記錄-根據(jù)結(jié)果（現(xiàn)象）進行分析,得出結(jié)論實驗步驟有1定的順序,要注意實驗步驟的關(guān)聯(lián)性和實驗操作的程序性。實驗步驟的前后順序1般不能顛倒

11、,特別是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同的操作順序?qū)е虏煌慕Y(jié)果并影響實驗的嚴密性。如“PH值對酶活性的影響”實驗，操作時必須先將酶分別置于不同的PH值中，再加入淀粉溶液。又如“復(fù)原性糖鑒定實驗”中，先將斐林試劑甲液和乙液混合以形成Cu（OH）2后,再加入組織樣液中,而“蛋白質(zhì)的鑒定實驗”中，先加入雙縮月尿試劑A液（NaOH以創(chuàng)造堿性環(huán)境，再加入B液。再如利用碘液檢測淀粉酶是否將淀粉完全水解,如果操作順序為:淀粉+碘液+淀粉酶,再水浴加熱1段時間。這樣操作碘與淀粉結(jié)合呈藍色絡(luò)合物將影響淀粉酶對淀粉的水解,同時碘液會影響酶的活性。即使藍色褪去也只能說明淀粉酶將絡(luò)合物水解,無法排除碘對實驗的影響,使實驗的嚴密性欠缺

12、。如在“探索溫度對酶活性影響”的實驗中,應(yīng)“將3支試管先分別放入37、0、沸水中5分鐘后再加淀粉酶”還是“先向3支試管中加入唾液后再將3支試管分別放入37、0、沸水中”呢?外表看兩種操作無多大差異,其實前者的操作是正確的,因為如果先向盛有淀粉溶液的試管中加入唾液,此時唾液中淀粉酶對3支試管中淀粉均起消化分解作用。在實驗步驟的構(gòu)思或表述中1定要遵循科學性原則、可操作性原則、對照性原則、單因子變量原則。觀察和收集數(shù)據(jù):在實驗方案中要事先設(shè)計定時觀察的內(nèi)容和觀察的次數(shù),同時應(yīng)按要求進行觀察,并將觀察的現(xiàn)象和結(jié)果如實地記錄下來。預(yù)測和分析實驗結(jié)果,得出結(jié)論:對記錄的數(shù)據(jù)（包括現(xiàn)象、結(jié)果）,進行整理分析

13、,1般常用的表達方法有文字描述、表格、坐標曲線、畫出觀察圖象等,然后進行推導(dǎo)得出結(jié)論。4. 實驗設(shè)計中的注意技巧實驗組別的編號：凡實驗中涉及到兩組或兩組以上，需用1、2、3或A、B、C或甲、乙、丙等加以編號便于區(qū)分實驗現(xiàn)象的觀察:找準實驗觀察的對象并準確描述。如“比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率”實驗中，觀察的實驗現(xiàn)象為氣泡的大小和氣泡產(chǎn)生的速率；又如測定植物光合作用及其強度,依不同的實驗材料等因素確定觀察現(xiàn)象。假設(shè)水生植物可依氣泡的產(chǎn)生量或產(chǎn)生速率;離體葉片假設(shè)事先沉入水底可依單位時間內(nèi)上浮的葉片數(shù)目;植物體上的葉片可依指示劑(如碘液)處理后葉片顏色的深淺。再如20XX年上海卷H43題“不

14、同濃度香煙浸出液對水蚤的影響”請答復(fù)：(1)采用何種指標來確定香煙浸出液對水蚤的影響？(4)設(shè)計1張表格用于實驗時記錄數(shù)據(jù)。此題就考查如何確定實驗觀察的對象。實驗結(jié)果的表達:針對實驗現(xiàn)象,分析單1實驗變量對結(jié)果的影響并選用文字、表格、坐標曲線圖等形式進行具體、準確表達。如上述上海卷H43題也考查以表格形式來記錄數(shù)據(jù),呈現(xiàn)結(jié)果。在預(yù)期實驗結(jié)果時,注意驗證性實驗具有明確的實驗結(jié)果和結(jié)論;而探究性實驗的現(xiàn)象和結(jié)果是未知的或不確定的,應(yīng)針對多種可能分別加以討論和分析，得到相應(yīng)的結(jié)論。如20XX年高考廣東卷第37題“探究淀粉和碘液能否通過人工膜”,其預(yù)期結(jié)果就有4種可能。對照實驗的科學性對照實驗中除變量

15、外,其他條件應(yīng)相同,同時要確保實驗的正常進行。如20XX年理綜高考卷第23題”驗證鎂是植物生活的必需元素”,實驗1的設(shè)計思路為對照組:蒸餾水,實驗組:蒸餾水+Mg2+。該實驗不能到達目的是由于蒸餾水中缺乏植物必需礦質(zhì)元素而使兩組植物均不能正常生長(即不能保證實驗的正常進行)。甲乙乙甲AABABB圖1圖2排除實驗因素對結(jié)果的干擾,如上述實驗2、3設(shè)計思路:在土壤浸出液中加入或不加入Mg2+,同樣不能到達實驗?zāi)康氖且驗橥寥澜鲆褐泻蠱g2+不能排除Mg2+寸實驗結(jié)果的干擾。其實該實驗變量由Mg2+t無變成了多少，這也是錯誤的。又如20XX年理綜高考卷第27題”驗證背根具有傳入功能，”，在背根上取

16、兩點分別給予電刺激之前,必須將這兩點間的背根剪斷,以排除實驗因素（即背根上相連兩點）的相互干擾。語言的準確描述在實驗設(shè)計中,學生1般在時間、溫度、物質(zhì)的量上難以做到準確的量化描述,故盡可能用“定性”的語言表達,在實驗步驟表述中巧用以下詞語:如“1段時間”、“適宜的溫度”、“適量的”、“1定量的”、“等量的”、“相同條件下”、“適宜條件”等。注意防止“詞不達意”。如圖1,有些學生描述為“分別在甲、乙兩試管中加入A、B物質(zhì)”,如此表達則成了圖2的含義,顯然與圖1不符。準確的描述應(yīng)為“在甲乙兩支試管中分別加入A、B物質(zhì)”或“在甲試管中加入A物質(zhì),乙試管中加入B物質(zhì)。”總之,解生物實驗設(shè)計題時,既要掌

17、握答題的基本思路（準確地把握實驗?zāi)康拇_定實驗變量設(shè)置實驗變量理順設(shè)計思路表達實驗步驟找準觀察對象預(yù)測和分析結(jié)果得出實驗結(jié)論）,同時又要了解實驗設(shè)計中的注意技巧,并結(jié)合實踐多訓練,定能提高實驗設(shè)計能力。例（20XX年上海卷）某生物學興趣小組開展“不同濃度香煙浸出液對水蚤的影響”的課題研究。他們已將香煙和蒸餾水按照1:1的重量比浸泡24h,過濾后的濾液作為原液。如果你是其中1員,請答復(fù):1） 采用何種測定指標來確定香煙浸出液對水蚤有無影響?（只要1種指標）。2） 做該實驗時必備的實驗器材是3） 寫出實驗的主要操作步驟4） 設(shè)計1張表格用于在實驗時記錄數(shù)據(jù)。【思路方法】此題主要考查探究性實驗的設(shè)計。

18、基本解題思路如下:明確實驗?zāi)康?確定實驗變量-分析實驗原理-提出實驗假設(shè)落實實驗用品-設(shè)計實驗步驟-預(yù)測實驗結(jié)果-得出實驗結(jié)論實驗?zāi)康?探究不同濃度香煙浸出液對水蚤的影響。實驗原理:煙草細胞中所含煙堿、焦油等對動物有毒害作用（生物學科知識定位）,通過測定不同濃度香煙浸出液對水蚤的影響,如:每分鐘心跳次數(shù),單位時間內(nèi)的死亡率或相同的水蚤全部死亡所需要的時間等任1種明確的、可量度的指標進行評價。實驗假設(shè):假設(shè)香煙浸出液中含有煙堿等有毒物質(zhì),對水蚤生命活動有重大影響。實驗預(yù)期:香煙浸出液濃度越高,單位時間內(nèi)水蚤死亡率越高（或心跳次數(shù)越慢）。實驗變量:不同濃度的香煙浸出液。反應(yīng)變量:水蚤的運動速度、單位時間內(nèi)水蚤死亡率（心跳次數(shù)）的變化等。無關(guān)變量：水溫、PHffi、水蚤的數(shù)量等對照實驗:空白對照（蒸餾水）搜集相關(guān)資料信息:香煙的成分、水蚤的生物學特征（在實際開展研究性學習時應(yīng)當了解這方面的情況,但應(yīng)試答題時不1定要搞清）。實驗用具:顯微鏡、秒表（計時工具）、量筒、燒杯、載玻片、蓋玻片等。實驗材料:香煙浸出液、蒸餾水實驗對象:水蚤設(shè)計實驗過程：材料準備與前處理-分組、編號-對不同（或同1）對象施以不