2014高中生物全员培训资源01

1、2014高中生物全员培训资源01生物实验设计的方法和原则 张源洪（）威远县铺子湾镇中心校有人对某地区五所中学所做的“不同类型学校学生对生物学习内容兴趣的调查研究”结果可知学生对生物实验兴趣如何。五所学校综合“有兴趣”的前十项中仅有一个实验“可溶性糖，脂肪，蛋白质的鉴定”，占44.9%，重点中学“有兴趣”前十项中除此之外（比列为50.97%），还有“观察细胞的有丝分裂”，占42.53%。但非重点中学的“有兴趣”选项的前十项中没有实验。在回收的调查表中曾有学生这样写到：“不做实验，何来意见？”，二、影响实验教学的因素1、教育经费的不足制约着实验课的开展。2、受考查方式的影响。 3、教师和学生在思想

2、上认识不到位，教学创造性不高。 4、教材实验本身的性质，决定了某些实验在中学难以开展。 n 有些实验的药品较难买到，有些实验的药品较难买到，如：观察DNA和RNA在细胞中的分布，观察线粒体，低温诱导植物染色体数目的变化等；n 有些实验是由于实验条件限制而无法进行有些实验是由于实验条件限制而无法进行，如：探究影响酶活性的条件，探究酵母菌细胞的呼吸方式，生物体维持PH稳定的机制，探究培养液中酵母菌数量的变化；n 有些实验是由于实验时间较长，或野外活动有些实验是由于实验时间较长，或野外活动实施困难，实施困难，如：调查常见的人类遗传病，探究生长素类似物促进扦插条生根的最适浓度，用样方法调查草地中某种双

3、子叶植物的种群群密度，土壤中动物类群丰富度的研究等。怎样提高生物实验教学质量怎样提高生物实验教学质量 1、完善实验教学设施。2、更新观念，端正态度，提高认识。3、注重探究方法，提高实验探究的有效性。4、对实验失败的原因进行分析。 （一）是新课标的要求专业术语不够清晰专业术语不够清晰 。 专业术语擅自更改，专业术语擅自更改，语言表达不够到位，语言表达不够到位， 单一变量原则是处理实单一变量原则是处理实验中的复杂关系的准则之一验中的复杂关系的准则之一. 即控制其他因素不变而只改即控制其他因素不变而只改变其中某一变量，观察其对变其中某一变量，观察其对实验结果的影响实验结果的影响.变量，或称因子，是指

4、实验过程中所被操作的特定因素或条件。按性质不同，通常可分为两类：l.实验变量与反应变量 ；2.无关变量与额外变量 通常，实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如，在“温度对酶活性的影响”的实验中，所给定的低温(冰块)、适温(37)、高温(沸水浴)就是实验变量。而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是反应变量，该实验即在于获得和解释温度变化(实验变量)与酶的活性(反应变量)的因果关系。 两者关系：因果关系在“温度对酶活性的影响”的实验中，除实验变量(低温、适温、高温)以外，试管洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性

5、淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度，实验操作程度，温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温3组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对3个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。 例如：l.单组实验法 ：对一组(或一个)对象，既用A法，又用B法，顺序随机或轮流循环，这是生物实验常用的实验方法。例如：“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验，通常是将做好的洋葱紫色鳞片叶表皮细胞装片，先用蔗糖溶液做质壁分离观察，接着又用清水做质壁分离复原观察，这就是单组实验法。由于对象同一，无关变量影响也就被平衡

6、和抵消了。 2.等组实验法： 将状况相等的对象，分成两组或多组，一组用A法，另一组用B法，这也是生物实验常用的实验方法。例如：“植物激素与向性”实验，设计了5组实验，其对象是玉米幼苗，要求品种、萌发期、粗细、大小、长势等状况都是相同的，这就是等组实验法，对无关变量的影响起到了平衡和消除作用。例如： 如如“比较过氧化氢酶和铁离子催比较过氧化氢酶和铁离子催化效率化效率”实验实验 “探究温度对酶活性的影响探究温度对酶活性的影响”实实验验 如如“观察植物细胞的质壁分离观察植物细胞的质壁分离和复原和复原”的实验中，看到的质壁分的实验中，看到的质壁分离或复原的细胞和开始时正常的洋离或复原的细胞和开始时正常

7、的洋葱表皮细胞为同一对象葱表皮细胞为同一对象 如如“证明绿色植物光合作用需证明绿色植物光合作用需要光要光”的实验中，对同一个叶片进的实验中，对同一个叶片进行一半遮光一半曝光的处理行一半遮光一半曝光的处理 如如“验证甲状腺激素的验证甲状腺激素的作用作用”实验实验对照组对照组的蝌蚪不做任何处理，的蝌蚪不做任何处理，让其正常生长让其正常生长实验组实验组的蝌蚪的蝌蚪饲喂甲状腺激素饲喂甲状腺激素以观察甲状腺激素的作用以观察甲状腺激素的作用对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比。既可排除无关变量的影响，又可增加实验结

8、果的可信度和说服力。 在实验中，为了排除无关在实验中，为了排除无关条件的干扰，常常要设立对条件的干扰，常常要设立对照实验。所谓对照实验是指照实验。所谓对照实验是指有一个关键条件不同，而其有一个关键条件不同，而其他实验条件都相同的情况下他实验条件都相同的情况下所进行的一组实验，以此了所进行的一组实验，以此了解条件与结果之间的关系，解条件与结果之间的关系，增强实验结论的可靠性。增强实验结论的可靠性。 一般来说一般来说, ,实验组，是接受实实验组，是接受实验变量处理的对象组验变量处理的对象组; ;对照组，对对照组，对实验假设而言，是不接受实验变实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组，这样，从理论

9、量处理的对象组，这样，从理论上讲，由于实验组与对照组的无上讲，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，故实验关变量的影响是相等的，故实验组与对照组两者之差异，则可认组与对照组两者之差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。样的实验结果是可信的。 空白对照： 指不做任何实验处理的对象组。 在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂，一起进行沸水浴，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，增强了说服力。 例如：例例1 （2005

10、年北京春季理综试题） 为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下试验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是（ ） 实验组 对照组 黑暗中培养 在光下培养 生长良好 生长不良 A B C D 如如“观察植物细胞的观察植物细胞的质壁分离和复原质壁分离和复原”的实验的实验中，看到的质壁分离或复中，看到的质壁分离或复原的细胞和开始时正常的原的细胞和开始时正常的洋葱表皮细胞为同一对象洋葱表皮细胞为同一对象 如如“证明绿色植物光证明绿色植物光合作用需要光合作用需要光”的实验中，的实验中，对同一

11、个叶片进行一半遮对同一个叶片进行一半遮光一半曝光的处理光一半曝光的处理3)条件对照：虽然给对照组施以部分实条件对照：虽然给对照组施以部分实验因验因 素，但不是所要研究处理的因素。素，但不是所要研究处理的因素。“动物激素饲喂小动物”的实习实验，采用等组实验法，其实验设计方案是： 甲组：饲喂甲状腺激素(实验组)； 乙组：饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组)； 丙组：不饲喂药剂(空白对照组)； 显然，乙组为条件对照。该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照、更能充分说明实验变量甲状腺激素能促进动物的生长发育。 例如：不含生长素的琼脂块65琼脂块43台灯2纸盒1玉米幼苗植物生长素与向光性关系

12、的实验示意图4)相互对照：不单独设立对照组，而是几个实验组对照。不含生长素的琼脂块65琼脂块43台灯2纸盒1玉米幼苗植物生长素与向光性关系的实验示意图不含生长素的琼脂块65琼脂块43台灯2纸盒1玉米幼苗植物生长素与向光性关系的实验示意图不含生长素的琼脂块65琼脂块43台灯2纸盒1玉米幼苗植物生长素与向光性关系的实验示意图不含生长素的琼脂块65琼脂块43台灯2纸盒1玉米幼苗植物生长素与向光性关系的实验示意图不含生长素的琼脂块65琼脂块43台灯2纸盒1玉米幼苗植物生长素与向光性关系的实验示意图不含生长素的琼脂块65琼脂块43台灯2纸盒1玉米幼苗植物生长素与向光性关系的实验示意图 根据原理对实验作出

13、假设，并对可能产生的现象作出预测，充分利用实验材料设计实验思路 仔细阅读题目，从题干中仔细阅读题目，从题干中提取以下信息：本实验研究提取以下信息：本实验研究的问题、实验提出的假设。的问题、实验提出的假设。 实验原理是指导实验过程关实验原理是指导实验过程关键步骤的理论依据，也是最键步骤的理论依据，也是最后根据实验结果判断假设是后根据实验结果判断假设是对还是错的根据。结合所学对还是错的根据。结合所学知识、题目中给出的背景材知识、题目中给出的背景材料及其他基本条件如器材、料及其他基本条件如器材、试剂等，分析实验原理。试剂等，分析实验原理。 基本模式：基本模式：1、选材编号：、选材编号：2、控制变量；

14、、控制变量；3、设置对照；、设置对照；4、观察记录。、观察记录。 预测应出现的实验结果预测应出现的实验结果（验证性实验）或可能出现（验证性实验）或可能出现的多种实验结果（探究性实的多种实验结果（探究性实验），并科学地加以描述。验），并科学地加以描述。 根据观察到的现象和记录的根据观察到的现象和记录的数据，归纳出一般性判断，数据，归纳出一般性判断，可用文字、图表、绘图等方可用文字、图表、绘图等方法作简单总结法作简单总结本实验最后要达到的目的。实验的依据与思路。根据实验目的和提出的假设，来具体设计实验的方法步骤。在实验的方法步骤设计中，必须遵循对照的原则。 在实验方案中要事先设计定量观察的次数，同

15、时应按要求进行观察，并将观察到的现象和结果如实记录下来。有的实验还需要采集数据。对实验记录下来的现象、结果、数据进行整理、分析。有的可以用图表表示出来。即在检测一个假设之前，先提出实验的预期结果。如果预期没有实现，则说明假设不成；如果预期得到实现，则假设成立。 即对可见现象提出的一种可检测的解释。提出假设寻找证据符合事实假设成立不符合事实假设不成立 1、材料是否要制取或处理？怎样选择？ 2、是否要分组编号？3、对不同（同一）对象施加不同的处理？4、结果观察（预测）、记录并分析例如：总结： 验证前人的科学研究过程验证前人的科学研究过程和结论，而这种结论在课本中和结论，而这种结论在课本中已讲过。已

16、讲过。验证实验的结果是明验证实验的结果是明确的，是不需要讨论的确的，是不需要讨论的. 解析解析: :实验目的：验证叶片在光合作用和呼吸作用过程实验目的：验证叶片在光合作用和呼吸作用过程 有气体的产生和消耗有气体的产生和消耗两组变量两组变量蒸馏水和蒸馏水和NaHCO3溶液（溶液（CO2）日光灯和暗培养箱（光照）日光灯和暗培养箱（光照）两支试管之间的单因子实验变量：两支试管之间的单因子实验变量：CO2的有无的有无检测实验结果的方法：检测实验结果的方法： 观察叶片的沉浮观察叶片的沉浮浮：叶肉细胞间隙有浮：叶肉细胞间隙有O2（光照（光照:光合呼吸）光合呼吸）沉：叶肉细胞间隙无沉：叶肉细胞间隙无O2（黑

17、暗（黑暗:呼吸消耗呼吸消耗O2）实验原理实验原理:光照下光照下,叶片光合作用产生叶片光合作用产生O2,叶片上浮叶片上浮; 黑暗中黑暗中,叶片呼吸作用消耗叶片呼吸作用消耗O2,叶片下沉叶片下沉.单一变量原则即单一变量原则即对象相同，条件不同；对象相同，条件不同；对象不同，条件相同。对象不同，条件相同。 本实验是验证性实验本实验是验证性实验,结果是明确的，是不需要结果是明确的，是不需要讨论的讨论的. 设计中应注意的问题：设计中应注意的问题：如例题是：证明甲状腺激素能促进动物的个体发育。如例题是：证明甲状腺激素能促进动物的个体发育。 第四步，设计对照实验。第四步，设计对照实验。第三步，改变条件第三步

18、，改变条件X，设计一个使，设计一个使P不发生或程度发生改变的实验，亦有不发生或程度发生改变的实验，亦有简单的事实简单的事实 说明。说明。第二步，满足条件第二步，满足条件X，设计一个能使，设计一个能使P发生的实验，并用简单的事实说明。发生的实验，并用简单的事实说明。第一步，实验准备，包括必要的实验器材及实验药品的准备。第一步，实验准备，包括必要的实验器材及实验药品的准备。第五步，观察实验现象，得出实验结果。第五步，观察实验现象，得出实验结果。第六步，分析实验结果和数据，得出实验结论。第六步，分析实验结果和数据，得出实验结论。探究性实验设计的完整思路：探究性实验设计的完整思路：例如： 实验目的和实

19、验结果带有不确实验目的和实验结果带有不确定性，要通过实验或研究得出结论定性，要通过实验或研究得出结论,探究性实验的结果是未知的，可能探究性实验的结果是未知的，可能是多种多样的，是需要讨论的，是多种多样的，是需要讨论的，（即便是知道也要装作不知道）格（即便是知道也要装作不知道）格式是若式是若A则则B。负相关负相关正相关正相关甲甲不同不同pH的酸雨对小麦种子萌发率的影响程度不同（或相同）。的酸雨对小麦种子萌发率的影响程度不同（或相同）。 (2)工业生产中产生的工业生产中产生的SO2是酸雨（是酸雨（PH5.6）形成的主要原因之一。）形成的主要原因之一。 有人设计实验研究酸雨对植物的毒害作用。实验过程

20、如下图所示（除有人设计实验研究酸雨对植物的毒害作用。实验过程如下图所示（除图中特别说明的外，其他条件甲、乙均相同）：图中特别说明的外，其他条件甲、乙均相同）： 实验结果表明，实验结果表明，“酸雨酸雨”使植物叶片变黄，而对照实验中的植物没有使植物叶片变黄，而对照实验中的植物没有变黄。变黄。该实验说明该实验说明“酸雨酸雨”对植物的生长发育有影响。对植物的生长发育有影响。 参照上述装置和试剂以小麦种子为实验材料尝试设计实验，参照上述装置和试剂以小麦种子为实验材料尝试设计实验，探究探究2种种不同不同pH的酸雨对种子萌发率的影响。的酸雨对种子萌发率的影响。 探究的问题探究的问题：不同：不同pH的酸雨对小麦种子萌发率的影响。的酸雨对小麦种子萌发率的影响。 作出的假设作出的假设：_ 实验步骤实验步骤（简要叙述）：（简要叙述）： 实验预期结果与分析实验预期结果与分析（实验预期结果多种多样，写出其中（实验预期结果多种多样，写出其中3种种并加以分析）：并加以分析）： 用上述实验装置和试剂，采用两种用上述实验装置和试剂，采用两种pH5.6的的“酸雨酸雨”进行实验，设置清水对照；进行实验，设置清水对照； 在三个花盆中播种同样数量（例如在三个花盆中播种同样数量（例如50粒）粒）的小麦种子；的小麦种子； 在相同而适宜的环境中培养；在相同而适宜的环境中培养