生物实验设计题的解题思路与技巧的浅议_生物论文
实验题的创新设计,正在由验证性实验向探究性实验的方向突破和发展,并将成为今后1段时间内实验命题的方向和热点。那么,如何才能答好实验设计题,取得优秀的分数呢?这就必须了解1份完整的实验方案的设计,掌握实验设计的基本思路和技巧,在理科综合实验能力测试中就能够做到有据可依,有法可循,总体考虑,综合分析,达到事半功倍,获得高分的效果。本文结合自己近几年的教学实践,谈谈生物实验设计题的基本解题思路与技巧。
1.什么是实验设计
所谓实验设计,就是要求设计实验原理,选择实验器材,安排实验步骤,设计数据处理的方法及分析实验的现象等。但在理科综合能力测试中由于受时间和卷面的限制,实验设计能力考查无法面面俱到,或者是考查实验步骤的设计、续写或修改,或者是实验现象的观察和分析,或者是实验数据的加工和实验结果的分析,或者是考查实验结果的预期与讨论,或者是实验装置的检验或改进等等。
2.实验设计的基本内容
设计1个较完整的实验方案1般应包括:①明确实验目的→②确定实验变量→③分析实验原理→④提出实验假设→⑤落实实验用品→⑥设计实验步骤→⑦预测实验结果→⑧得出实验结论
3.实验设计的基本解题思路
3.1明确实验目的,分清实验类型
明确实验目的就是要弄清“做什么”的问题,即探究或者是验证什么生物学现象或原理。明确实验目的才能明确运用哪1原理进行实验设计,才能明白实验设计中哪1因素是实验变量。例如“设计实验验证烟草花叶病毒的遗传物质是rna而不是蛋白质”。此实验原理或实验思路与教材中“肺炎双球菌转化实验”、“噬菌体侵染细菌实验”的实验原理相同,因此采用教材中相似的实验设计思想:将烟草花叶病毒的rna和蛋白质分开,单独观察它们的作用。再如“探索温度对酶活性影响的实验”,探讨的问题是温度与酶活性之间的关系,那么在实验设计中,“温度”这1因素应是实验变量。
实验设计1般有两种类型:验证性实验设计和探究性实验设计。验证性实验具有明确的结果,通过实验加以验证;而探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的,应针对多种可能分别加以考虑和分析,得到相关的结论。如今年高考广东卷第37题“探究淀粉和碘液能否通过人工膜”;今年安徽春季高考卷第21题“探究光的有无对种子萌发的影响”就属于探究性实验设计。
3.2 找出两类变量,确定对照类型
3.2.1找出两类变量
在实验过程中,变量是指可被操纵的特定因素或条件。据其在实验中的作用,可分为两类:
实验变量与反应变量:实验变量,也称为自变量,指实验中由实验者操纵的因素或条件。反应变量,又称因变量,指实验中由于实验变量引起的变化和结果。通常实验变量是原因,反应变量是结果,2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“唾液淀粉酶水解实验中,所给定的低温、适温和高温是实验变量,而由于低温、适温和高温条件的变化,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。
无关变量与额外变量:无关变量也称控制变量,指实验中除实验变量外的影响实验现象和实验结果的因素或条件。额外变量也称干扰变量,指实验中由于无关变量引起的变化和结果。显然额外变量会对反应变量起干扰作用。如:上述实验中除实验变量以外,试管的洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度、实验操作程序、温度处理的时间长短等,都属于无关变量。如果无关变量的任何1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,则会对实验结果造成干扰,产生误差。在实验设计和操作中,要尽量减少无关变量,而且不同的实验组中的无关变量应完全相同,这样就会避免实验结果的差异是由于无关变量引起的可能性,便于清晰地研究实验变量与反应变量的关系。实验中的无关变量很多,必须严格控制,要平衡和消除无关变量对实验结果的影响,对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。
3.2.2确定对照类型
通过设置对照实验,既可排除无关变量的干扰,又增强了对实验结果的可信度和说服力。在1个对照实验中,可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组,对照组是不接受自变量处理的对象组,1般是随机决定的。如“探究光对种子萌发的影响”,接受光处理的种子是实验组,不接受光处理的种子为对照组。设置对照通常有以下4种方法:
空白对照:设计1个不加任何实验处理的对照组。即不给对照组做任何处理因素。
自身对照:指实验组与对照组都在同1研究对象上进行,即不另设对照组。如“植物细胞质壁分离和复原的实验”是典型的自身对照实验,这种对照实验的关键是比较实验前后的变化。
条件对照:给实验组某种处理,给对照组另1条件的处理。如在“验证甲状腺激素促进幼小动物的个体发育”的实验中,存在以下实验组和对照组。
甲组:饲喂甲状腺激素(实验组)
乙组:饲喂甲状腺素抑制剂(条件对照组)
丙组:对蝌蚪不做任何处理(空白对照组)
相互对照:指不另设置对照组,而是利用几个实验组相互对照。如证明植物根向地生长实验中不同方向放置的玉米种子之间的对照。
根据实验要求,凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中,1般都需要设计对照实验。了解常用对照的类型,有利于学生在实验设计时针对不同的情况加以设置。
3.3理解实验原理
实验原理决定着实验中主要实验步骤的设计及相应实验试剂的选择。如“设计实验验证唾液淀粉酶是蛋白质”的实验。这1实验的实验原理同教材中常规实验“生物组织中蛋白质的鉴定”实验原理相同,因此可用双缩脲试剂与唾液的呈色反应来验证这1问题,明确了这1原理之后,也就明确了其主要实验步骤与“蛋白质成分的鉴定”类似。
3.4提出假设和预期
假设:是“可能会怎么样”,并对可见现象提出1种可检测的解释。具体为:提出假设→寻找证据→符合事实(不符合事实)→假设成立(假设不成立)。
预期:在检测提出的假设以前,先提出实验的预期结果(1个假定的结果),若预期没有实现,则说明假设不成立;若预期得到实现,则假设成立。
3.5恰当选取实验材料
正如孟德尔选择豌豆作为实验材料是其遗传实验成功的原因之11样,正确的选材决定着实验的成败。实验的选材是受实验原理、实验目的制约的。如“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”实验目的是鉴定组织中存在可溶性还原糖,因而,取材应注意含糖量要高。鉴定的原理是“还原性糖与斐林试剂的呈色反应”,为使呈色反应易于观察,所选材料最好无色透明;又如“叶绿体中色素的种类及颜色”实验,所选材料应当是色素含量高的材料(新鲜菠菜);“植物细胞质壁分离与复原实验”的选材应注意两点:1是所选材料必须有大液泡存在;2是为了便于观察,所选材料的细胞液最好有1定颜色。
3.6细心研究实验条件和器材
完成这1实验所必需的理化条件及生物学处理方法。如光照、温度、ph值、酶、缓冲剂、离心等。认真研究实验装置设计的严密性和合理性;在实验设计中,用具及材料的选择是10分重要的,要根据实验所提出的问题和要求,联系命题者所提供的器材,准确判断和选取实验所需的用具及材料。
3.7合理设计实验步骤
实验步骤的构思1般是:材料准备与前处理→分组、编号→对不同(或同1)对象施以不同的处理(对照原则)→结果观察(或预测)、记录→根据结果(现象)进行分析,得出结论
实验步骤有1定的顺序,要注意实验步骤的关联性和实验操作的程序性。实验步骤的前后顺序1般不能颠倒,特别是关键环节。不同的操作顺序导致不同的结果并影响实验的严密性。如“ph值对酶活性的影响”实验,操作时必须先将酶分别置于不同的ph值中,再加入淀粉溶液。又如“还原性糖鉴定实验”中,先将斐林试剂甲液和乙液混合以形成cu(oh)2后,再加入组织样液中,而“蛋白质的鉴定实验”中,先加入双缩脲试剂a液(naoh)以创造碱性环境,再加入b液。再如利用碘液检测淀粉酶是否将淀粉完全水解,如果操作顺序为:淀粉+碘液+淀粉酶,再水浴加热1段时间。这样操作碘与淀粉结合呈蓝色络合物将影响淀粉酶对淀粉的水解,同时碘液会影响酶的活性。即使蓝色褪去也只能说明淀粉酶将络合物水解,无法排除碘对实验的影响,使实验的严密性欠缺。如在“探索温度对酶活性影响”的实验中,应“将3支试管先分别放入37℃、0℃、沸水中5分钟后再加淀粉酶”还是“先向3支试管中加入唾液后再将3支试管分别放入37℃、0℃、沸水中”呢?表面看两种操作无多大差别,其实前者的操作是正确的,因为如果先向盛有淀粉溶液的试管中加入唾液,此时唾液中淀粉酶对3支试管中淀粉均起消化分解作用。
在实验步骤的构思或表述中1定要遵循性原则、可操作性原则、对照性原则、单因子变量原则。
3.8观察和收集数据:在实验方案中要事先设计定时观察的内容和观察的次数,同时应按要求进行观察,并将观察的现象和结果如实地记录下来。
3.9预测和分析实验结果,得出结论:对记录的数据(包括现象、结果),进行整理分析,1般常用的表达方法有文字描述、表格、坐标曲线、画出观察图象等,然后进行推导得出结论。
4.实验设计中的注意技巧
4.1实验组别的编号:凡实验中涉及到两组或两组以上,需用1、2、3……或a、b、c……或甲、乙、丙……等加以编号便于区分
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