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1、生物学实验设计的相关理论和方法-生物教学总结宋建陵广东省广州市六中（510300 ） It;?xml:namespacepref ix=ons=，urn:schemas-microsoft- com: off ice: off ice，/“创新是一个民族的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动 力”，指导学生进行生物学实验设计，是生物学教学中培养 学生创新能力的一条有效途径。本文结合具体事例谈谈如 何指导学生设计生物学实验。1生物学实验设计的含义在进行生物学实验前，实验者 根据一定的目的和要求，运用生物学的知识和原理，对实 验过程中的材料、方法、步骤等全部方案的制定。2生物学 实验设计的类型根据课题要求
2、，实验设计分为全部过程的 设计和部分过程的设计两种类型。根据题目所给条件，又 可分为开放型实验设计和限制型实验设计。如：“设计一个 实验，验证ATP是生物直接的能源物质”属于开放型、全 部过程的实验设计。近年来，广东省及上海市的高考生物 学试题中的实验题则属于限制型、部分过程的实验设计。3 设计生物学实验应遵循的原则3. 1科学性原则实验目的明 确，实验原理正确，实验材料和方法选择恰当，实验步骤 安排合理，实验设计的思路符合生物学基本知识和基本原 理。3. 2简便性原则实验材料容易获得，实验装置比较简 化，实验药品比较便宜，实验操作比较简单，实验步骤比 较简短，实验现象比较明显。3. 3严谨性
3、原则要使设计的 实验方案具有严谨性，必须要做到：有效控制实验变量、 设立对照实验，合理安排实验步骤、正确书写设计方案等。 3. 3. 1控制实验变量遵循“单因子变量原则”，即控制其 他因素不变，而只改变其中某一因素，观察其对实验结果 的影响。例如：现提供编号为A、B、C的三支试管、淀粉、 碘液以及将温度控制在37C、0C、100C的3只水浴锅。 请根据以上材料和条件，写出实验步骤3及其以后的实验 步骤，以证明温度对酶的催化活性的影响。实验步骤：步骤1：制备5ml淀粉溶液并冷却至常温。步骤2：收取唾液若干。步骤3：写出实验结果本实验所设定的3个温度37C、0 C、100C就是实验 因子，随着温度
4、条件的变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应 也发生变化，这就是反应因子。在实验步骤的设计上应根 据所给出的3个不同温度、3支试管，设计为3组实验（其 中0 C、100C组为对照实验），并对3组实验要在预先 37C、0C、10 0C条件下做实验处理。同时要设计相应的 表格，用于观察记录不同温度条件下的变化和结果。（“实验步骤”及“实验结果”略）生物学实验设计的相关理论和方法-生物教学总结3. 3. 2设置对照实验遵循“消除无关因子原则”。对 照是实验控制的手段之一，通过设置对照实验，可消除无 关因子对结果的影响，增加实验结果的可信度和说服力。 按形式和内容不同，对照可以分为以下几种类型：-一空 白对照
5、和条件对照空白对照是指不做任何处理的对象组。 条件对照是指给对象施以某种实验处理，但这种处理是作 为对照意义的。例如：设计甲状腺激素能促进蝌蚪的生长 发育的实验：将15条同时孵化的同种蝌蚪（体长均为15）, 随机分为3组（每组5条），在相同水质、饲料、温度条件 下饲养。A组加入甲状腺激素，B组加入甲状腺抑制剂，C 组不加任何药物。在饲养和实验的10-12天中，按时用标 尺测量并观察蝌蚪的生长变化情况。在这个实验设计中，A组为实验组，B、C为对照组， 其中，B组为条件对照，C组为空白对照。通过条件对照、 空白对照的设置，更能充分说明实验因子一一甲状腺激素 能促进蝌蚪的发育。-相互对照和自身对照相
6、互对照是指不另设对照组,而是几个实验组相互比较。自身对照也是不另设对照组， 实验与对照在同一对象上进行。例如：设计一个实验方案, 证明：N、P、K是水稻生长发育必需的矿质元素。从实验的准确性、严谨性的角度来考虑，本实验应该 设立相互对照：分别配置完全培养液、缺N、P、K （其余 成分与完全培养液相同）的培养液；在4组培养液中分别栽 培4株同样的水稻，在相同的条件下培养一段时间后，观 察水稻生长发育的情况。通过与完全培养液中水稻生长发 育状况的比较，说明这3种元素对水稻生长的必要性。要 使实验更严谨，还可以设计自身对照：在表现缺乏症的水 稻培养液中分别加入所缺乏的元素，观察其缺乏症是否会 消失或
7、得到改善。3. 3. 3书写实验方案除了将实验方案包括的内容完整 地、准确地书写出来以外，还要注意语言表达的形象化和 直观性，尽量用简图（表）、曲线、流程图（线）来表示实 验的步骤和结果。4实验设计的内容一个完整的实验设计方 案一般包括以下内容4. 1实验题目要求设计的实验课题。 4. 2原理假设源于已知的生物学基本原理或对未知现象的 一种假定性解释。4. 3器材选择选择所需的实验材料、药 品、试剂、用具等。4. 4实验步骤包括实验的顺序、实验 现象的观察记录、实验数据的收集整理等。4. 5结果预测 预测实验的结果，如果实验结果与假设相符，则证明假设 成立。否则，则说明假设不成立。5生物学实验
8、设计的相关 理论和方法-生物教学总结实验设计的方法实验设计的常用方法有5. 1 “移植嫁 接法”一一利用已有或类似的实验原理、方法、步骤等， 加以改造，设计出新的实验方案。例如“验证根对矿质元 素离子吸收的部位”就需要“移植嫁接”“观察根对矿质元 素离子的交换吸附现象”的实验方案。5. 2 “逆向思维法” 一一类似于数学中的“反证法”，从课题要求入手，进行逆 向思维，去设计实验方案。5. 3 “反复尝试法”一一这是 多种方法、多样手段的综合运用。例如：设计验证新鲜 猪肝中含有大量的过氧化氢酶”的实验方案时，器材的 选择、步骤安排，类似于“酶的催化作用”实验；确定 实验方法(对照实验)、选择试剂
9、(H202 )及相关器材需要 用逆向思维；用什么方法检验02也要反复考虑。6实验 设计举例例1请设计一个实验，证明ATP是生物直接的能源物 质。(1) 实验题目：A TP是生物直接的能源物质(2) 实验假设：ATP中的能量可以直接用于发光(3) 器材试剂：培养皿、试管，活萤火虫(取下尾部 发光器，捣碎备用)，ATP制剂、0.1%葡萄糖溶液、生理盐 水、蒸憾水。(4)实验步骤：(见下表)试管步骤待发光器熄灭时，立即进行步骤步骤结果预测A捣碎的发光器、生理盐水ATP制剂5ml恢复发光B捣碎的发光器、生理盐水0 . 1%葡萄糖溶液5ml不再发光C捣碎的发光器、生理盐水生物学实验设计的相关理论 和方法-生物教学总结蒸憎水5 ml不再发光(5)结论：ATP是生物直接的能源物质例2请设计一个实验，将一株盆栽幼苗培育成具有特 定形状的植物。实验设计方案见下表：方案一方案二方案三实验原理茎的向光性茎的背地性外力牵拉 器材用具盆栽幼苗、包装纸盒(50cmX 50cm)盆栽幼苗、绳子生物学实验设计的相 关理论和方法-生物教学总结盆栽幼苗、木桩、绳子实验步骤包装纸盒一侧上方开一正方形小孔(5cmX5c m),罩住花盆，置于空旷处。将花盆侧放在地上或倒吊花盆用绳子一端缚住幼苗顶端，牵拉，使其弯曲，另一端 固定在木桩上。结果预测一段时间后，盆栽植物弯曲生长。生物学实验设计的相关理论和方法-生物教学总
