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1、生物学是一门实验性学科，实验性是生物学的一个突出的特点。通过实验学生可以利用多种感官直接感知事物本身，增强直接经验，获得生动表象，以之作为形成概念、理解原理和掌握规律的依据。在当前以重视能力和素质考查为立意的高考改革中，对学生实验能力的考查要求愈加重视，从近几年的高考实验题题型变化来看，设计型实验题所占的比重越来越大。设计并完成实验是考查学生实验能力和创新能力的有效手段，是高考生物试题中的热点题型，又是失分最大的题，怎样才能做到不失分呢? 本人结合自身教学实践着重对高中生物实验设计题考察形式和类型进行归类，对这类试题的解法提出一些建议。 1. 应切实理解生物实验设计的四个基本原则1. 1 对照
2、性原则：在实验设计中，通常设置对照组，通过干预或控制研究对象以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。实验设计中可采用的对照方法很多，除了有条件对照、自身对照、相互对照之外，通常采用空白对照的原则：即不给对照组以任何处理因素。值得强调的是，不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的，实际上对对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素。1. 2 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。这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差;二是平衡各种条件，避免实验结果中由于不确定因素造成的偏差。1. 3 平行重复原则：平行重复原则，即控制某种因
3、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。1. 4 单因子变量原则：单因子变量原则，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。2 实验设计题类型及解析一般来说，常见的生物实验设计题可概括为以下两大类型：续写步骤型和独立设计型。其解题思路为：准确地把握实验目的确定实验变量设置实验变量理顺设计
4、思路表达实验步骤找准观察对象预测和分析结果得出实验结论。2. 1 续写步骤型题目给出实验目的和器材，让考生根椐实验原理设计或补全实验步骤，一般要预测和分析实验的结果。例如：2000 年全国高考理综。此类实验设计题一般题目已给出一定的解题思路，有的甚至已给出开始一个或多个实验步骤，只是要求考生设计或补全后续步骤并预测和分析相关结果，其答案也具有“半开放性” 的特点。例 1 血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏则血液不能凝固，草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用，请根据提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，验证钙离子在血液凝固中的作用
5、，并回答问题。一、实验材料和用具： (1) 家兔(2) 生理盐水(3)酒精棉(4) 适宜浓度的草酸钾溶液(5) 适宜浓度的氯化钙溶液(6) 试管、注射器(针管、针头 ) 二、实验步骤和实验结果：第一步：在 A、B 试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水。第二步：_。第三步：_，结果： _。第四步_，结果： _。三、问题：设置 B 管的目的是： _。四、小结：对照实验设计的原则： _。本题解析实验目的：验证钙离子在血液凝固中的作用。实验原理： 血液中的钙具有凝血作用; 草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应生成草酸钙。实验假设：假设钙离子在血液凝固中起作用。实验预期：钙离子促进血液凝固。实验变量
6、：钙离子。反应变量：血液是否凝固。无关变量：家兔的情况等。对照实验：A 与 B 组相互对照。实验用具：酒精棉，试管、注射器(针管、针头) 。实验材料：生理盐水，适宜浓度的草酸钾溶液，适宜浓度的氯化钙溶液。实验对象：家兔。主要操作步骤：第二步：用 70 %酒精棉消毒，用注射器取家兔血。第三步：立即将等量的新鲜血液分别加入到 A、B 两支试管中。根据题目所给的信息，由于 A 试管中有草酸钾，与血液中的钙离子结合生成了草酸钙，血液中没有了钙离子，预期血液将不会凝固;B 管中加入的是生理盐水，不影响血液中的钙离子，因此预期血液将发生凝固，所以实验结果是：A 管不凝固， B 管凝固。实验设计到此似乎已经
7、完成，但仔细审题会发现，题目中给出的适宜浓度的氯化钙溶液尚未用到。再仔细推敲前三步实验，可以发现，实验设计还不够严密，尚不能排除 A 管中血液不发生凝固不是草酸钾的直接作用，要排除这一疑问，应再增加一步实验，即在 A 管内继续加入钙离子，以进一步观察血液的凝固情况，如果血液发生了凝固。则证明第三步实验中 A 管血液不凝固不是草酸钾的直接作用。2. 2 独立设计型题目给出实验目的和器材，让考生寻求正确的原理和方法，设计出合乎题意的实验方案，主要考查考生对实验设计的总体把握能力。例如：2002 年生物高考上海卷 43 题。此类实验设计题答案具有“ 完全开放性”的特点，只要原理正确、方法得当，自圆其
8、说，能力中上的考生一般较易得分。但另一方面，正因为题目提示较少，开放性较大，能力较差的考生往往有海阔天空却无从下手的感觉。 例 2 (2002 年上海卷) 某生物学兴趣小组开展“ 不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”的课题研究。他们已将香烟和蒸馏水按照 1 ： 1 的重量比浸泡 24h ，过滤后的滤液作为原液。如果你是其中一员，请回答：1) 采用何种测定指标来确定香烟浸出液对水蚤有无影响? (只要 1 种指标) 。2) 做该实验时必备的实验器材_。3) 写出实验的主要操作步骤_ 。4) 设计一张表格用于在实验时记录数据。本题主要考查探究性实验的设计。基本解题思路如下：明确实验目的确定实验变量分析实
9、验原理提出实验假设落实实验用品设计实验步骤预测实验结果得出实验结论。本题解析实验目的：探究不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响。实验原理：烟草细胞中所含烟碱、焦油等对动物有毒害作用(生物学科知识定位) ，通过测定不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响，如：单位时间内的死亡率或相同的水蚤全部死亡所需要的时间等任一种明确的、可量度的指标进行评价。实验假设：假设香烟浸出液中含有烟碱等有毒物质，对水蚤生命活动有重大影响。实验预期：香烟浸出液浓度越高，单位时间内水蚤死亡率越高。实验变量：不同浓度的香烟浸出液。反应变量：水蚤的单位时间内水蚤死亡率的变化等。无关变量：水温、PH 值、水蚤的数量等对照实验：空白对照(蒸馏水
10、) 。实验用具： 显微镜、秒表(计时工具 ) 、量筒、烧杯、载玻片、盖玻片等。实验材料：香烟浸出液、蒸馏水实验对象：水蚤设计实验过程：材料准备与前处理分组、编号对不同(或同一) 对象施以不同的处理(对照原则) 结果观察( 预测) 、记录并根据结果(现象) 进行分析主要操作步骤：(1) 材料准备：用蒸馏水稀释烟草浸出液原液，配成 3 种不同浓度的溶液。(2) 分组、编号：准备 4 组生活状况相同的相等数目的适量水蚤。(3) 对不同对象作不同处理(控制变量、设置对照等 ) ：用 3 种不同浓度的烟草浸出液和蒸馏水(对照) 分别处 4 组生活状况相同等数适量水蚤，观察和记录一定时间内水蚤在蒸馏水及不
11、同浓度烟草浸出液中水蚤死亡率，重复 3 次。(4) 结果预测，设计表格，记录数据。(5) 观察结果，分析数据，做出结论。3 理论联系实际，教师应引导学生进行相关实验题的复习训练3. 1 夯实实验基础理论知识能力测试是建立在基础知识掌握的基础上的，复习时注重对课本分组实验、演示实验、说明实验和隐含实验等基础理论知识全面再现、巩固和提高。实验是对教材中的假说、观点、规律等内容的验证和探索研究，是教材内容的迁移和延伸，它离不开教材的理论基础，因此要在复习时强化与教材有关内容的联系，形成实验理论和教材内容的有机统一。 3. 2 注重对学生实验能力的培养在实验复习教学中要求学生掌握大纲和教材规定的实验，
12、了解实验目的、原理、步骤，会控制条件，会使用仪器，会观察和分析实验现象、解释实验结果(数据) 并得出实验结论，能够根据要求设计简单的实验方案。在此基础上应培养学生的八方面意识：即动手操作意识、安全意识、规范化意识、环保意识、质量意识、定量意识、创新意识、质疑意识; 4 种能力：即图示实验观察分析能力、过程实验补充能力、现象实验描述能力、文字实验说明能力。3. 3 强化解实验题技能的训练对学生解实验题技能的训练，应强化审题能力、识图分析能力、答题能力、文字表达能力的训练;注重解题思路和解题方法的指导;培养学生的创新意识和发散思维能力。总之，要做好生物实验设计，就必须弄清楚实验设计的基本原则。这也
13、恰是学生正确解实验设计题的关键理论。当然，学生在解基础生物实验设计题时，还既要掌握答题的基本思路(准确地把握实验目的确定实验变量设置实验变量理顺设计思路表达实验步骤找准观察对象预测和分析结果得出实验结论) ，同时又要了解生物实验设计题中的一般规律，并结合实践多训练，才能提高实验设计题题解能力。探究性实验和验证性实验的例析一 探究性实验与验证性实验的比较l、概念（1 ）探究性实验：指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。（2 ）验证性实验：指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为
14、目的的重复性实验。2、比较表探究性实验 验证性实验实验目的 探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系 验证研究对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系实验假设 假设一般采用“ 如果 A，则 B” 的形式表述，是根据现有的科学理论、事实对所要研究的对象设想出一种或几种可能性的答案、解释 因结论是己知的，因此不存在假设问题（或已有实验过程、结果，在提出假设时，通过验证，得出假设是正确的）实验原理 因探究内容而异 因验证内容而异实验过程 应有的实验步骤实际上并未完成，因探究内容而异 应有的实验步骤，可以是曾经做过或尚未做过的，因验证内容而异实验的分组：有实验组和对照组。如果实验中是一个自变量
15、，则分成 2 组（有时也分成 3组） ，即自变量改变与否；如果是二个自变量，则分成 3 组，即 1、2 组的设立是改变其中的一个自变量，第 3 组是两个自变量改变与否； 实验组和对照组的设计是对自变量的处理，对无关变量的应设置在相同的条件下，以免影响自变量对实验的效果。故从实验材料中分析出自变量是实验的关键。实验现象 未知，可以不描述 已知，应准确描述实验结果预测 对应假设，分类讨论。一般需讨论“如果出现结果 会怎样，如果出现结果或又会怎样”，一般有多种可能的结果。但有时也会出现“预测最可能的结果” 的问题此种情况应根据已有知识推测最合理的结果。 与实验假设一致（不可与探究性的结果预测相混）实验结论 根据可能的实验结果，进行分析。 对应实验目的做出肯定结论3 解答技巧及策略 此类实验需要对某些生物学现象作出合理化的假设并通过设计实验进行验证。如教材中“比较过氧化氢酶与 Fe3+的催化效率”、 “探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”、 “温度对酶活性的影响”、 “植物向性运动
