1、同妾一中嵩三年賣驗(yàn)設(shè)計(jì)專題一、生物實(shí)驗(yàn)的變量、原則生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意以下幾個方面的問題：1. 科學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)先確定實(shí)驗(yàn)變量在實(shí)驗(yàn)過程中，變量是指可被操縱的特定因素或條件。據(jù)其在實(shí)驗(yàn)中的作用，可分為兩類：(1) 自變量與因變量自變量指實(shí)驗(yàn)中山實(shí)驗(yàn)者操縱的因素或條件。因變量，指實(shí)驗(yàn)中山于實(shí)驗(yàn)變量引起的變化和結(jié)果。通常自變量是原因，因變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如在“唾液淀粉酶水解淀粉 ”的實(shí)驗(yàn)中， 所給定的低溫、適溫和高溫是自變量，而由于低溫、適溫和高溫條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是因變量，該實(shí)驗(yàn)即獲得和解釋溫度變化(自變量)與酶的

2、活性(因變量)的因果關(guān)系。(2) 無關(guān)變量無關(guān)變量指實(shí)驗(yàn)中除自變量外的影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素或條件。如：上述實(shí)驗(yàn)中除自變量以外，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(shí)驗(yàn)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)變量的任何一個或幾個因素或條件，對三個實(shí)驗(yàn)組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾，產(chǎn)生誤差。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作中，要盡量減少無關(guān)變量，而且不同的實(shí)驗(yàn)組中的無關(guān)變量應(yīng)完全相同，這樣就會避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異是由于無關(guān)變量引起的可能性，便于清晰地研究自變量與因變量的關(guān)系。2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則(1) 科學(xué)性原則所謂科學(xué)性

3、原則，是指實(shí)驗(yàn)的原理要符合科學(xué)原理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期有科學(xué)依據(jù),實(shí)驗(yàn)的各個環(huán)節(jié)不能偏離生物學(xué)基本知識和基本原理，以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。科學(xué)性原則具有兩個方面的含義。首先，必須保證實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不岀現(xiàn)科學(xué)性錯誤;其次，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要具有科學(xué)思想和科學(xué)方法的因素。(2) 平行重復(fù)原則任何實(shí)驗(yàn)必須有足夠的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，才能避免結(jié)果的偶然性，使得岀的結(jié)論準(zhǔn)確、 科學(xué)。平行重復(fù)原則要求控制某種因素的變化強(qiáng)度，觀察其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。(3) 單一變量原貝J該原則可使實(shí)富中的復(fù)雜關(guān)系簡單化，使結(jié)果更準(zhǔn)確。其含義是：不論一個實(shí)驗(yàn)有幾個實(shí)驗(yàn)變量，都應(yīng)做到一個變量對應(yīng)觀測一個反應(yīng)變量。實(shí)驗(yàn)中要盡可能避免無關(guān)變量及額外

4、變量的干擾。例如，在“探索淀粉酶對淀粉和蔗糖水解作用”的實(shí)驗(yàn)中，加入的淀粉和蔗糖是單一變量，而加入的淀粉酶的量、反應(yīng)溫度、pH則應(yīng)控制成相同條件，否則這些因素的差異將作為無關(guān)變量，干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。再如：某興趣小組為了研究陽光對大豆發(fā)芽的影響，而在兩個花盆里種了大豆，并設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：花盆陽溫水20充足11暗在這一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,C 20不充足A. 兩個花盆應(yīng)該放在向陽的地方B, 兩個花盆都應(yīng)放在暗處C. 兩個花盆的溫度不應(yīng)該一樣高D, 兩個花盆都應(yīng)該澆給充足的水這個實(shí)驗(yàn)要研究的是陽光對大豆發(fā)芽的影響，因此陽光應(yīng)該為自變量。根據(jù)單因子變量的原則，其他因素都應(yīng)相同，兩花盆該澆給同樣充足的

5、水，這樣既保證了單一變量，又使大豆不會因?yàn)槿彼绊懓l(fā)芽。而如果兩個花盆都澆水不足，兩個花盆中的大豆就會因?yàn)槿彼拱l(fā)芽不良，也會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗。因此，在考慮單因了變量原則時，還應(yīng)盡量使常量能夠滿足實(shí)驗(yàn)成功的條件。（4 ）對照原則對照原則是中學(xué)實(shí)驗(yàn)中最常用的原則，如有關(guān)酶的高效性、專一性和影響酶活性的條件的實(shí)驗(yàn)，觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)都采用了對照。通過設(shè)置對照實(shí)驗(yàn),既可排除無關(guān)變量的干擾，又可增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說服力。在一個對照實(shí)驗(yàn)中，可包括實(shí)驗(yàn)組和對照組。實(shí)驗(yàn)組是接受自變量處理的結(jié)果已知的對象組，對照組是不接受自變量的處理的結(jié)果未知的對象組。常用的對照組類型有以下幾種：空白對照對

6、照組為不作任何處理的對象組。如“探索影響淀粉酶活性的條件 ”實(shí)驗(yàn)中，1號試管加1 mL蒸僭水，2號、3號試管分別加等量的 NaOH HC1溶液，1號試管即 為典型 的空白對照組；用小狗做活體材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明動物生長激素的分泌器官及作用時，用不做任何處理的小狗作對照，與切除了腦垂體的小狗進(jìn)行比較。自身對照實(shí)驗(yàn)與對，蠢在同一對象上進(jìn)行，不另設(shè)對照組。如“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)，既是典型的自身對照一實(shí)驗(yàn)處理前的對象狀況為對照組，實(shí)驗(yàn)處理后的對象變化為實(shí)驗(yàn)組。條件對照給實(shí)驗(yàn)組某種處理，給對照組另一條件的處理。如在驗(yàn)證唾液淀粉酶發(fā)揮作用的最適溫度的實(shí)驗(yàn)中的 0笆和80 °C下的對照

7、。再如在 “驗(yàn)證甲狀腺激素促進(jìn)幼小動 物 發(fā)育”的實(shí)驗(yàn)中，存在以下實(shí)驗(yàn)組和對照組。甲組：飼喂甲狀腺激素（實(shí)驗(yàn)組）乙組：飼喂甲狀腺激素抑制劑（條件對照組）丙組：對蝌蚪不作任何處理（空白對照）相互對照指不另設(shè)對照組，而是利用幾個實(shí)驗(yàn)組相互對照。如驗(yàn)證溫度對唾液淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中60 °C、（ TC、37 °C之間的對照；驗(yàn)證 pH對唾液淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中， 不同pH溶液之間的對照。【例】為了證實(shí) “甲狀腺激素及甲狀腺抑制劑對蝌蚪發(fā)育的影響”，某同學(xué)制定下列方案：a. 取兩個玻璃缸分別編號為1號、2號；b. 在兩個玻璃缸中，分別加入等量（且適量）的水和新鮮水草，然后在每個

8、玻璃 缸中分別放入10條發(fā)育狀況不同的蝌蚪；c. 向 1 號缸投放含甲狀腺制劑的飼料， 2 號缸投放含甲狀腺抑制劑的飼料；d. 每天分別向兩缸中投放一些飼料；e. 每隔一段時間觀察一次，觀察時用小網(wǎng)將蝌蚪撈出放在培養(yǎng)皿中，再將培養(yǎng)皿放在坐標(biāo)紙上（ 1 mmXl mm）, 觀察并且測量蝌蚪的體長變化（前肢和后肢的生長情況，尾的變化等）。上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中，有一些明顯的設(shè)計(jì)缺陷或不足，請你修改 并完 善該設(shè)計(jì)方案。（1）該設(shè)計(jì)方案的明顯缺陷是 , 因此， a 過程應(yīng)該為（只需陳述修改內(nèi) 容， 下同） ;c 過程應(yīng)該為 o（2） 方案中存在著引起實(shí)驗(yàn)誤差的不妥之處， b 過程的不妥之處應(yīng)該改 為；

9、d 過程的不妥之處應(yīng)該改為【解析】本題考查了甲狀腺激素和甲狀腺抑制劑的生理作用。應(yīng)設(shè)兩組對照實(shí) 驗(yàn)， 一組為條件對照，在飼料中加入甲狀腺抑制劑 . 一組為空白對照，只加入普通飼 料。通 過對照組和實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，才能充分說明實(shí)驗(yàn)組中所施加的因素一一 甲狀腺激 素的生理作用，否則只用條件對照無法說明問題。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循單一變量的原則，對實(shí)驗(yàn)條件要嚴(yán)格控制，如蝌蚪的大小，投放飼料和藥劑的量，否則實(shí) 驗(yàn)不易成功。【答案】（ 1）該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的明顯缺陷是缺少空白對照；在 a 過程再加 1 個 玻璃缸編為 3 號（或：取三個玻璃缸分別編號為 1 號、 2 號、 3 號）； c 過程應(yīng)為： 在 3

10、號缸內(nèi)，投放和 1 號、2 號缸數(shù)目大小相同的蝌蚪、普通的飼料，不加任何藥 劑，作 為空白對照，來增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可信度和說服力。（ 2） b 過程中“發(fā)育狀況不同 的蝌蚪” 應(yīng)改為“同時孵化出的發(fā)育狀況相同的蝌蚪 ” ；d 過程中的“一些飼料” 應(yīng)改為“等 量飼料”。【評價】本題以 “甲狀腺激素促進(jìn)幼小動物發(fā)育 ”的知識為背景，綜合考查了 實(shí) 驗(yàn)設(shè)計(jì)的兩個基本原則一一 “對照原則”和“控制單一變量原則 ”。還考查了學(xué) 生應(yīng) 用生物學(xué)基本知識分析和解決有關(guān)問題的能力。二、生物實(shí)驗(yàn)的基本題型分析1、續(xù)寫實(shí)驗(yàn)步驟及其預(yù)測結(jié)論的題型這類題目的題干中已經(jīng)提供了比較多的信息，基本上劃定了答題的模式，目的 明

11、確，前面的方法步驟等信息已為續(xù)答作了鋪墊，只要明確題目中的自變量和因變量，然后設(shè)計(jì)對照組，再根據(jù)有關(guān)原理分析，一般就能比較正確地寫出答案。2、獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的題型 這類題型是與研究性學(xué)習(xí)相配套的，要求學(xué)生要具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，對實(shí)驗(yàn) 過 程有所體驗(yàn)，考查的過程性要求主要體現(xiàn)在課題的選擇及理山闡述、研究方法的理解和運(yùn)用、研究成果的類型選擇等。題目有一定的開放性，便于考生發(fā)揮個性特 長。3、評價和糾正給定的實(shí)驗(yàn)步驟的題型試題中既有合理成分，又有不合理成分，干擾因素較多，要求在吸取原有設(shè)計(jì)的合理成分的基礎(chǔ)上，提出自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。這表面上是考查對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分析與評價能力，實(shí)質(zhì)上是全面檢測設(shè)計(jì)生物

12、學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的能力，同時還考查考生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神方面的水準(zhǔn)。三、完整實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)名稱、目的 :要探究或者驗(yàn)證自變量和因變量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)原理 : 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)依據(jù)的科學(xué)道理、自變量的控制方法、因變量的獲取手段 材料用具：包括實(shí)驗(yàn)材料、儀器或試劑等 實(shí)驗(yàn)的操作步驟：涉及到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想、器材、藥品的使用、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則的體現(xiàn)、 對實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果應(yīng)有科學(xué)的測量手段與準(zhǔn)確客觀的記錄。實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測及分析：能夠預(yù)測可能岀現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析導(dǎo)致的原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的描述并給出一個科學(xué)的結(jié)論。四、實(shí)驗(yàn)題解題的基本思路及技巧解實(shí)驗(yàn)題的基本模式1. 認(rèn)真研究課題，找岀其中的實(shí)驗(yàn)變量和反應(yīng)變量

13、。2. 構(gòu)思實(shí)驗(yàn)變量的控制方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的捕獲手段。3. 確定保持的方法。4. 在注意各個實(shí)驗(yàn)組無關(guān)變量一致和實(shí)驗(yàn)步驟關(guān)聯(lián)性的前提下準(zhǔn)確表達(dá)實(shí)驗(yàn)的步驟。“五步法”：a)實(shí)驗(yàn)材料、藥品的預(yù)處理b)等量分組并編號c)設(shè)置單變量d)相同且適宜條件下培養(yǎng)e)觀察記錄具體因變量【典例】（2005年廣東，39 ）研究性學(xué)習(xí)小組典同學(xué)在某電鍍廠排水口采集重金屬污染 液1000ml,利用以下實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究不同濃度重金屬污染液對水稻種了萌發(fā)和生長對影響。實(shí)驗(yàn)材料和器材：水稻種了；試管；培養(yǎng)皿；紗布；尺了（100mm ；蒸循水；恒溫光照培養(yǎng)箱（溫度設(shè)定為 28 C光照強(qiáng)度為2000LUX）；（實(shí)驗(yàn)材料和器

14、材對數(shù)量 不限）。根據(jù)給岀對實(shí)驗(yàn)材料和器材，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法和步驟，預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果并作岀分析（1）方法和步驟：o（2）結(jié)果預(yù)測和分析：o【解答步驟】1、研究課題，找岀其中的實(shí)驗(yàn)變量和反應(yīng)變量。由于本探究實(shí)驗(yàn)的目的是：不同濃度重金屬污染液對水稻種子萌發(fā)和生長對影響。故實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)變量為重金屬污染液的濃度，反應(yīng)變量為水稻種子的萌發(fā)和生長情況。2、構(gòu)思實(shí)驗(yàn)變量的控制方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的捕獲手段。題目中已經(jīng)給岀了 1000ml重金屬污染液，為了獲得不同濃度的污染液，可以對詞污染液進(jìn)行稀釋處理（如分別稀釋10、100、1000、10000倍等，為了保 證結(jié)果的可靠性最好多稀釋幾組。）；對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果也就是反應(yīng)變量

15、一一水稻種了的萌發(fā)情況，可以利用尺了量取萌發(fā)的水稻種了的根或幼苗長度獲得（此方法需通過分析實(shí)驗(yàn)器材獲得）。3、確定保持各個實(shí)驗(yàn)組無關(guān)變量一致的方法。根據(jù)所學(xué)知識分析能夠影響水稻種子的萌發(fā)情況的其它因素：種子自身的優(yōu)劣，溫度，光照等。確定保持各個實(shí)驗(yàn)組中這些因素一致性的方法。種子優(yōu)劣的控制：挑選子粒飽滿、大小一致的水稻種子 250 粒（為保證實(shí)驗(yàn) 準(zhǔn)確性，此數(shù)據(jù)不可太小），隨機(jī)分成 5 組。溫度的控制：利用恒溫光照培養(yǎng)箱，保持各實(shí)驗(yàn)組溫度為 28 笆。 光照的控制：同樣利用恒溫光照培養(yǎng)箱，保持各實(shí)驗(yàn)組光照強(qiáng)度為 2000Lux 。 其它因素的控制：培養(yǎng)皿，紗布等盡可能等用相同型號，材質(zhì)等，同時最

16、好 還要設(shè)置一個空白對照（就是用水來代替一定濃度的污染液）。4、在注意實(shí)驗(yàn)步驟關(guān)聯(lián)性的前提下按“ 五步曲 ”準(zhǔn)確表達(dá)實(shí)驗(yàn)的步驟。綜合考慮整個實(shí)驗(yàn)步驟，注意步驟等銜接性，合理使用這些常用的表達(dá)詞匯： 適 宜、適應(yīng)、等、相同、等量、各、分別、顯著差異、一段時間等，精確的表達(dá)整個實(shí)驗(yàn)步驟。以下是本題的參考答案：（ 1） 方法和步驟：用蒸循水將重金屬污染液逐級稀釋10、 100、 1000、 10000 倍（由于本題中所給 實(shí)驗(yàn)器材無法改變?nèi)芤?PH,所以這里不考慮溶液 PH的變化），獲得 4中不同濃度的污 染液。挑選了粒飽滿、大小一致的水稻種了 250 粒，隨機(jī)分成 5 組， 50 粒/組。取 5只

17、相同的培養(yǎng)皿，墊上相同大小的紗布；其中4 只加入等體積的不同濃度 重金屬污染液，另一只培養(yǎng)皿加入等體積等蒸餡水作為對照。在每只培養(yǎng)皿的紗布上，均勻放置 50 粒水稻種子。將 5 只培養(yǎng)皿置于恒溫光照培養(yǎng)箱培養(yǎng)；每天實(shí)驗(yàn)組（前4 組）補(bǔ)充等量的相 應(yīng)濃度重金屬污染液，對照組補(bǔ)充等體積的蒸餡水。1 周后統(tǒng)計(jì)各組的發(fā)芽率；用尺子測量幼苗株高（或根長），計(jì)算其平均值。（ 2）結(jié)果預(yù)測和分析：不同濃度的重金屬污染液對水稻種子的萌發(fā)均有抑制作用，隨著濃度的增加，萌發(fā)率逐漸降低；不同濃度的重金屬污染液對水稻幼苗的生長均有抑制作用，隨著濃度的增加，株高（或根長）逐漸降低。五、附錄1. 實(shí)驗(yàn)材料的常用處理方法和

18、技術(shù) 熟悉常用的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，理解每種方法和技術(shù)的適用情況并熟練掌握其操作技能，以便在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時能進(jìn)行遷移和利用。主要包括以下幾個方面：光學(xué)顯微鏡觀察。適用于觀察生物微觀結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞結(jié)構(gòu)，包括光鏡下看到的各種細(xì)胞器。要求學(xué)生熟練掌握顯微鏡的使用技術(shù)。制作臨時裝片、切片和涂片。適用于顯微觀察，凡需在顯微鏡下觀察的生物 材料，必須先制成臨時裝片、切片和涂片。對于這些材料要求薄而透明，在制作臨時裝片時要展平放置于水中，不得重疊；蓋蓋玻片時從一側(cè)輕輕地斜放上去，防止產(chǎn)生氣泡，若不小心產(chǎn)生了氣泡，則可以在蓋玻片的一側(cè)滴加清水，在蓋玻片的另一側(cè)用 吸水紙吸引，引走氣泡。如 “觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原

19、 ”中要制作洋 蔥表皮細(xì) 胞的臨時裝片 , “在生物組織中脂肪的鑒定 ”中要制作花生種了的切片等等。研磨、過濾。適用于從生物組織中提取物質(zhì)，如酶、色素等，要求學(xué)生熟練 掌握研磨、過濾的方法，如研磨時要先將生物材料切碎，然后加入摩擦劑（常用二氧 化硅）、提取液及其必要物質(zhì)，充分研磨之后，往往要進(jìn)行過濾，以除去渣滓，所用過濾器具則根據(jù)需要或根據(jù)試題中提供的器材加以選用，如可用濾紙、紗布、脫脂 棉、 尼龍布等等。課本上涉及到研磨和過濾的地方有兩處：一是研磨發(fā)芽的小麥，過濾制得淀粉酶；二是在提取和分離葉綠體色素時，研磨葉片，過濾得到濾液。概括加快研磨速度的方法，是加入一定量的 SiO2, 山于過濾只是

20、粗略地去掉渣滓，因此為了提高速度并使實(shí)驗(yàn)明顯，一般不選用濾紙，而是選用脫脂棉。解離技術(shù)。用于破壞細(xì)胞壁，分散植物細(xì)胞，制作臨時裝片。 恒溫技術(shù)。適用于有酶參與的生化反應(yīng)，以及用熱酒精脫去葉片中的色素等。一般用水浴或恒溫箱。 紙層析技術(shù)。紙層析法是利用物質(zhì)隨層析液在濾紙上的擴(kuò)散速度不同的原理,達(dá)到將物質(zhì)分離的目的。適用于溶液中物質(zhì)的分離。主要步驟包括制備濾紙條，畫 濾 液細(xì)線，層析分離。層析液一定含有兩種以上的溶劑，不同的層析液有不同的層析效果。注意事項(xiàng)： 經(jīng)分離的物質(zhì)要有一定的顏色或經(jīng)過藥品處理后能顯示出一定的顏色； 層析液不能沒過樣品； 層析實(shí)驗(yàn)要在層析液走完濾紙后結(jié)束； 要 加蓋。植物葉片生成淀粉的鑒定。適用于光合作用的有關(guān)實(shí)驗(yàn)，主要步驟包括饑餓、 光照、酒精脫色、加碘。同位素示蹤技術(shù)。同位素示蹤技術(shù)可用于物質(zhì)代謝以及其他實(shí)驗(yàn)中以了解物 質(zhì)來源或去向，或者