逍遥学能 2015-11-14 09:47
一、实验设计的基本内容
1、实验名称:是关于一个什么内容的实验。
2、实验目的:要探究或者验证的某一事实。
3、实验原理:进行实验依据的科学道理。
4、实验对象:进行实验的主要对象。
5、实验条件:完成该实验必备的仪器、设备、药品条件。
6、实验方法与步骤:实验采用的方法及必需的操作程序。
7、实验测量与记录:对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确的记录。
8、实验结果预测及分析:能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。
9、实验结论:对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。
二、实验设计的基本原则
1、科学性原则
所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。如:淀粉酶水解淀粉的顺序问题。
2、单一变量原则
(1)变量:或称因子，是指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:
①实验变量与反应变量
实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。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。
②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以外的影响实验现象或结果的因素或条件。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变量有干扰作用，例如，上述实验中除实验变量(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。实验的关键之一在于控制无关变量或减少额外变量，以减少误差。
(2)单一变量原则
在实验设计中仅仅改变实验中的某一项变量，其它因子不变，在此条件下，观察、研究该变量对实验材料和实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要做到前后一致。当然还有多变量综合研究的原则，这在高中生物实验设计中涉及的较少。
3、对照性原则
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，即可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。
通常，一个实验总分为实验组和对照组。实验组，是接受实验变量处理的对象组:对照组，也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组，至于哪个作为实验组，哪个作为对照组，一般是随机决定的，这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验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，这样的实验结果是可信的。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型:
①空白对照:指不做任何实验处理的对象组。例如，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。
②自身对照:指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。单组法和轮组法，一般都包含有自身对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验，就是典型的自身对照。自身对照，方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。
③条件对照:指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。例如。“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);
虽然，乙组为条件对照。该实验即设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照、更能充分说明实验变量--甲状腺激素有促进动物的生长发育。
④相互对照:指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照，在等组实验法中，大都是运用相互对照，如“植物的向性”的等组实验中，5个实验组采用的都是相互对照，较好的平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果更具有说服力。
4、可重复性原则
指的是控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。目的在于尽可能消除非处理因素所造成的实验误差，体现实验的科学性。
5、简约性和可行性原则
是指实验材料容易获得，实验装置简化，实验药品便宜，实验操作简便，实验效果明显并能在较短时间内完成。从实验目的、实验原理到材料用品的选择、实验操作等，都要符合实验者的一般认知水平，满足现有的条件，具有实验和完成实验的可能性。
三、实验设计基本思路
1、准确把握实验目的:看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果，是探究性实验还是验证性实验。
2、明确实验原理:要解决题目所给的问题，要用到生物学上什么原理。
3、确定实验思路:根据原理对实验作出假设，并充分利用实验材料设计实验思路。
4、精心设计实验步骤:根据以上实验目的、原理和思路，设计合理的实验装置和实验步骤操作步骤。并设置好实验组和对照组，遵循单一变量原则。并将观察到的现象如实记录下来。
5、准确预期实验结果并分析
注意:在叙述实验步骤及预期结果时，语言文字要简明。实验步骤一般不宜连续描述，往往要分段叙说;试管、烧杯等要给予编号。
四、实验设计的题型
1、设计实验方案型
给出实验用具、材料、药品、实验目的，或只给实验目的，实验器材自选，设计实验方案。
2、改错型
分析已有实验设计方案中不科学性，并提出改进。
3、补充完善型:对已有的实验设计进行补充和完善。
4、析因型:对已有的实验设计方案的某些步骤、结果等进行分析。
(二)、生物高考实验试题考查内容
1、考查实验原理和方法的试题
实验修订本生物教材列出了基本实验的实验原理，如生物组织中蛋白质的鉴定原理是蛋白质与双缩脲试剂发生作用，可以产生紫色反应。根据与某些化学试剂所产生的颜色反应，可鉴定生物组织蛋白质的存在。这些是书本上已有的知识，要弄清实验原理，在理解的基础上加以应用。但有些实验必须从主要的实验材料和用具中获取信息来解题。
2、考查发现问题能力的试题
问题是启动思维活动的“阀门”，没有问题或问题情境，不可能激发创造性的思维活动。要用问题激发探索欲望，发现问题、提出假设，要求善于发现自然现象中的问题，并通过分析，准确把握问题的性质和研究的意义，经过思考提出假设。
3、考查观察实验、提出假设能力的试题
高考中常有将许多科学家成功的探索自然的实验发现改编成的试题，如通过观察植物向光性的现象，发现植物弯曲生长的问题，经过思考提出生长的原因是植物产生生长素的假设，从而可通过实验证明该假设的正确。又如，弗来明对青霉素的早期研究过程，重点突出在科学研究过程中。发现问题之后能否提出合适的假设是至关重要的，合适的假设往往是最终结论的前提。
4、考查设计实验和完成实验能力的试题
设计实验的能力即为验证提出的假设而设计相应的实验。包括实验方法的选定、原理的设计、实验材料和设备的选择、实验装置的安排、可变因素和可控因素的预测以及实验结果的预测等。完成实验能力是指在准确把握设计思想的基础上，正确使用仪器设备，合理安排时间和步骤，选择合适的观察方法和记录时间的方法，消除干扰因素，减少实验误差，使实验结果客观准确。
5、全面考查实验基本知识的试题
此类实验试题同时考查了生物学基本原理、概念、实验目的、材料、操作、方法步骤等多方面知识，或者对实验现象的观察分析、实验设计和结果预测等多方面综合运用。生物实验的考查形式已不再是重复课本的实验步骤，近几年高考几乎找不到课本实验的简单重复。它们与生产、生活实际相联系，但又属于实验基本知识。能全面考查学生掌握实验基本知识的情况。
三、难点知识剖析
(一)、生物高考实验设计基本题型
1、续写实验步骤的题型
这类题目的题干中已经提供了比较多的信息，基本上划定了答题的模式，目的明确，前面的方法步骤等信息已为续答作了铺垫，只要明确题目中的实验变量和反应变量，然后设计对照组，再根据有关原理分析，一般就能比较正确地写出答案。
2、评价和纠正给定的实验步骤的题型
试题中既有合理成分，又有不合理成分，干扰因素较多，要求在吸取原有设计的合理成分的基础上，提出自己的实验设计思路。这表面上是考查对实验设计的分析与评价能力，实质上是全面检测设计生物学实验方案的能力，同时还考查考生的科学态度和科学精神方面的水准。
3、独立设计实验方案的题型
这类题型是与研究性学习相配套的，要求学生要具有严谨的科学态度，对实验过程有所体验，考查的过程性要求主要体现在课题的选择及理由阐述、研究方法的理解和运用、研究成果的类型选择等。题目有一定的开放性，便于考生发挥个性特长。
(二)、生物实验设计题应对策略
1、生物高考实验设计的三种题型虽然在形式上有一定的差异，但在答题中却有共同点，先要认真研究课题，找出其中的实验变量和反应变量，其次是构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获手段，最后再选择适宜的实验材料，在注意实验步骤关联性的前提下表达实验的方法步骤。在实验方法和步骤设计中最重要的是把握好变量控制。
2、重视课本实验的复习。考试说明明确提出了，要求“理解所学实验的实验内容，包括实验原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技术”。这一要求，在2003年高考中也得到了体现，如第33题，考查的就是对课本实验的理解。
3、挖掘课本知识点中所蕴含的实验因素。生物学的每一个知识结论都是在观察、实验的基础上得出的，都包含培养实验能力的基点，在平时的复习中要注意多挖掘知识结论中所蕴含的科学思想和方法。例:生长素的发现过程中，涉及生长素产生的部位、感光的部位、反应的部位、运输的方向等。这些都可以思考如何设计实验来证明。
4、要注意考试大钢中提出要“理解探索性实验的一般方法:能够制订课题研究的初步计划”的要求，高考实验命题中也出现了从验证向探究变化的趋势，因此，要认真思考和完成教材中有关研究性学习的内容，切实提高自身进行探究研究的能力。
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