分析生物实验设计 完整准确解答试题

　　生物实验一直是近年来生物高考的必考内容之一。从实验题型变化来看,主要是借助实验方法创设新情景、侧重考察学生的思维能力已成为命题趋势,尤其是根据教材实验内容进行拓展创新的实验分析和设计试题,是新课程、新高考生物试题的新热点。实验分析主要考察考生是否理解某个实验的原理、能否分析实验结果、是否具有灵活运用教材中的实验知识的能力及在不同情境下对知识的迁移能力。特别是对试题中一些具体实验数据的处理、分析、表达、描述和作图等问题更要引起我们高度的关注。实验设计要剖析教材中的各类实验,包括经典实验,但更应该理解验证性实验和探究性实验设计方法和实验结论上的区别,如验证性试验所要验证的结论是已知的、唯一的,而探究性实验所要探究的问题的结论需要在实验现象的基础上推测出来,结论可能是一种,也可能是几种。 　　实验设计和分析试题是一种综合能力的体现,生物高考非常重视对实验能力的考查,如对实验原理,实验程序,实验现象和实验结论等内容的分析、归纳和总结,用以考查考生的理解能力、分析能力、综合能力、收集处理信息的能力、逻辑思维能力、语言文字的表达能力、开拓创新能力。所以这类题型,在复习过程应予以高度重视。 　　 　　1 实验试题类型的分析 　　 　　该类试题按实验目的可划分为验证性实验和探究性实验。这两类试题的设计有较大的区别,所以解答方法也就有很大的不同。 　　1.1 验证性实验:验证性实验是在实验前已经知道了相关的实验原理,并对实验现象已经形成一定认识或提出了某种比较确定的假说,再通过具体实验来验证相应的生物学现象或事实的实验方法。由于实验者在实验前大都已掌握了实验结果和实验结论,因此,对实验结果和预期往往是惟一的。 　　1.2 探究性实验:探究性实验是探究者根据一定的实验目的,利用现有的实验条件,通过控制实验变量来研究探究研究对象的未知属性、特性以及与其他因素的关系,依据实验现象推测出结论的实验方法。由于探究者在实验前提出的假说往往是比较模糊的,因此对实验结果的预期也是不确定的,仅仅把可能出现的实验现象考虑在内,再由各种现象来推测出最可能的实验结论,而事实上最后真正的实验结果和相应的结论都只有一种。探究性实验是历年高考的重点,以下重点讲述探究性实验的设计方法。 　　 　　2 探究性生物学实验的设计方法分析 　　 　　由于探究性实验更能全面考查学生的知识储备与科学素养,因而倍受高考命题者的青睐。探究性生物学实验应当要求学生在明确实验要求、目的的前提下,遵循实验设计“操作方便,程序合理,药品节约,依据现象推测结论”的原则进行设计,一般可分为以下几个环节: 　　2.1理论假设的提出:根据题目要求,确定实验的条件即实验变量X,实验中要注意控制“变量”。一般只确定一个变量,即惟―一个对实验结果可能产生影响的变量。在此基础上提出理论假设,它常常可以描述为:“当条件X存在时,事件P(实验现象)可能发生;当条件X改变时,若事件P发生,能得出何结论;当事件P不发生,能得出何结论。” 　　2.2 设计探究性假设:分五个实验步骤进行:①实验准备,包括必要的实验器材及实验药品的准备;②满足条件X,设计一个实验,观察事件P能否发生;③条件X改变,设计一个实验,观察事件P能否发生,发生的程度如何?④设计对照实验,对照实验是实验设计时必须遵循的原则。⑤进行梳理,分析实验是否遵循“单因子变量”“平行重复”原则。 　　2.3 观察、记录和作结论:仔细观察并准确记录实验现象,并根据实验现象作出相应的结论,一般书写规律是: 　　2.3.1 若条件X存在事件P能发生,条件X改变事件P不能发生(或发生程度改变),结论是 。 　　2.3.2 若条件X存在事件P能发生,条件X改变事件P能发生(或发生程度改变),结论是 。 　　2.3.3 若条件X存在事件P不能发生,条件X改变事件P能发生(或发生程度改变),结论是 。 　　 　　3 实验设计的原则分析 　　 　　3.1 科学性原则:实验是在人为控制条件下研究对象的一种科学方法,是依据假设在人为控制条件下,对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。科学研究的过程本身就是科学。因此科学性原则具体体现在:实验原理、实验方法、实验材料的选取、实验结果的处理均要有充分的科学依据,而不是凭空想像。 　　3.2 简便、可操作性原则:简便是指设计生物学实验时,要尽量做到实验材料容易获得,实验装置比较简单,实验药品比较便宜,实验步骤比较少,实验时间比较短。可行性是指在设计生物学实验时,要考虑现有的实验条件,保证现有的实验条件能满足实验的要求。 　　3.3 单一变量原则:实验变量(或称自变量)是指实验中由实验者所操纵的、给定的因素或条件。反应变量(或称因变量)是指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。其他的对反应变量有影响的因素称为无关变量。由无关变量引起的变化和结果称为干扰变量。例如在验证温度对酶活性的影响实验中,人为给定的温度称为实验变量,酶活性的改变称为反应变量,其他的如pH、底物量、试管的干净程度、唾液新鲜程度和稀释浓度等称为无关变量,由它们引起的酶活性的改变称为干扰变量。在实验中,无论有几个变量,都应该做到一个实验变量对应一个反应变量,确保单一变量的操作规范,尽可能控制无关变量,减少干扰变量。这样即便于对实验结果进行科学的分析,又增加实验结果的可信度和说服力。 　　3.4 平衡等量原则:在实验中无关变量的因素条件是很难避免的,这就要求实验中,除实验变量以外,对实验组和对照组施加的影响是相同的,以消除无关变量对结果的影响。值得注意的是这些无关变量在进行严格控制时,不但要等量,而且是在适宜条件下的等量,常态条件下的等量。如探索pH值对酶活性的影响时,单一变量是pH,即除pH之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量,而且是要适宜的量。如对温度的控制不但要相同,而且要适宜,即要给予酶活性所需的适宜的温度,而不能控制在低温或高温条件下的等量。 　　3.5 对照原则:对照是实验控制的手段之一,目的仍是消除无关变量对实验结果的影响。通常把接受实验变量处理的对象组叫实验组,把不接受实验变量处理的对象组叫对照组。 　　3.5.1 空白对照:即不给对照组做任何处理。如验证甲状腺激素的作用,则对对照组不做实验处理,让其自然生长,而对实验组喂甲状腺激素,以观察甲状腺激素的作用。 　　3.5.2 条件对照:例如温度对淀粉酶活性影响的实验中的0℃和100℃下的对照。 　　3.5.3 自身对照:指对照组和实验组都在同一研究对象上进行。如质壁分离和复原实验中,对照组即正常的洋葱表皮细胞和实验组即质壁分离和复原的细胞为同一组细胞。 　　3.5.4 相互对照:不单独设对照组,而是几个实验相互对照。如植物的激素与向性实验的等组实验中,五个实验组所采用的都是相互对照,较好地平衡和抵消了无关变量的影响,使实验结果具有说服力。 　　 　　4 实验设计题的解题思路分析 　　 　　4.1 明确实验目的和原理(验证的生物学事实是什么?所依据的生物学原理是什么?)。 　　4.2找出实验变量、反应变量和无关变量。 　　4.3 选择实验器材。一般题干所给出的实验材料及用品对实验设计有着提示和引导作用。 　　4.4设计实验步骤。分析每一环节之间的关联性和延续性,安排实验的最佳顺序。 　　4.5 明确实验对象和实验条件(实验对象:实验所用的生物学材料;实验条件:完成这一实验必需的理化条件及生物学处理方法)。 　　4.6 设计实验方法和步骤。 　　4.6.1 实验材料的制取或处理。有些实验中,题干所给予的材料与设计的要求有一定的差距,如果我们直接利用题干中所给予的材料而不加以处理的话,则不能达到实验目的,这就要求我们对实验材料进行适当的处理。 　　4.6.2 对实验处理进行分组编号。这一步目的明确,就是要使自己的实验结果令人信服,就需要排除一些无关变量造成的影响。因此分组对照是一个在设计实验时,用来抵消非实验因素对实验结果造成影响的常用方法。 　　4.6.3 对不同(或同一)对象施加不同的处理。这是实验设计中的关键一步,基本上所有的实验设计题都要求学生完成这一步工作,只要我们在分析过程中做好了前面的工作,这一步也就是顺理成章的事了。 　　4.6.4 结果观察(预测)、纪录并根据结果(现象)进行分析。 　　不管实验题目如何变化,如何新颖,但我们只要通过对典型案例的剖析,掌握科学研究的基本程序和方法,结合一定量的规范训练,提高综合运用能力,许多实验问题就会迎刃而解。 　　4.7 实验步骤应客观,步骤的设计应力求做到科学严谨、客观真实。 　　4.8 语言表达应简洁明了, 编号层次清晰、叙述科学严谨、使用规范的专业术语是表达实验方案的要诀。对于多步骤、重复的操作,可使用表格、曲线、直观图的形式。 　　总而言之,在实验复习时一定要多动脑、动口、动手,坚持科学训练与循序渐进相结合,由浅入深,由易到难,由简单到复杂的认识规律逐步提高实验能力。仔细审题、合理安排步骤、简洁表述,是做好实验设计的必需条件;解题技巧的逐步形成,还需要有娴熟的实验技能以及多次训练。