一、實驗設(shè)計的基本內(nèi)容
1、實驗名稱:是關(guān)于一個什么內(nèi)容的實驗。
2、實驗?zāi)康?要探究或者驗證的某一事實。
3、實驗原理:進(jìn)行實驗依據(jù)的科學(xué)道理。
4、實驗對象:進(jìn)行實驗的主要對象。
5、實驗條件:完成該實驗必備的儀器、設(shè)備、藥品條件。
6、實驗方法與步驟:實驗采用的方法及必需的操作程序。
7、實驗測量與記錄:對實驗過程及結(jié)果應(yīng)有科學(xué)的測量手段與準(zhǔn)確的記錄。
8、實驗結(jié)果預(yù)測及分析:能夠預(yù)測可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果并分析導(dǎo)致的原因。
9、實驗結(jié)論:對實驗結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的描述并給出一個科學(xué)的結(jié)論。
二、實驗設(shè)計的基本原則
1、科學(xué)性原則
所謂科學(xué)性，是指實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當(dāng)，整個設(shè)計思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學(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。如:淀粉酶水解淀粉的順序問題。
2、單一變量原則
(1)變量:或稱因子，是指實驗過程中所被操作的特定因素或條件。按性質(zhì)不同，通�？煞譃閮深�:
�、賹嶒炞兞颗c反應(yīng)變量
實驗變量，也稱為自變量，指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。反應(yīng)變量，亦稱因變量，指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。通常，實驗變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如，在“溫度對酶活性的影響”的實驗中，所給定的低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫(沸水浴)就是實驗變量。而由于低溫、適溫、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，這就是反應(yīng)變量，該實驗即在于獲得和解釋溫度變化(實驗變量)與酶的活性(反應(yīng)變量)的因果關(guān)系。
�、跓o關(guān)變量與額外變量
無關(guān)變量，也稱控制變量，指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。額外變量，也稱干擾變量，指實驗中由于無關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果。顯然，額外變量會對反應(yīng)變量有干擾作用，例如，上述實驗中除實驗變量(低溫、適溫、高溫)以外，試管潔凈程度、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，實驗操作程度，溫度處理的時間長短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對低溫、適溫、高溫3組實驗是等同、均衡、穩(wěn)定的;如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條件，對3個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。實驗的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量或減少額外變量，以減少誤差。
(2)單一變量原則
在實驗設(shè)計中僅僅改變實驗中的某一項變量，其它因子不變，在此條件下，觀察、研究該變量對實驗材料和實驗結(jié)果的影響。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要做到前后一致。當(dāng)然還有多變量綜合研究的原則，這在高中生物實驗設(shè)計中涉及的較少。
3、對照性原則
對照是實驗控制的手段之一，目的還是在于消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響。實驗對照原則是設(shè)計和實施實驗的準(zhǔn)則之一。通過設(shè)置實驗對照對比，即可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。
通常，一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組:對照組，也稱控制組，對實驗假設(shè)而言，是不接受實驗變量處理的對象組，至于哪個作為實驗組，哪個作為對照組，一般是隨機(jī)決定的，這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之差異，則可認(rèn)定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結(jié)果是可信的。按對照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有以下對照類型:
�、倏瞻讓φ�:指不做任何實驗處理的對象組。例如，在“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實驗中，向甲試管溶液加入試劑，而乙試管溶液不加試劑，一起進(jìn)行沸水浴，比較它們的變化。這樣，甲為實驗組，乙為對照組，且乙為典型的空白對照�？瞻讓φ漳苊靼椎貙Ρ群鸵r托出實驗組的變化和結(jié)果，增強(qiáng)了說服力。
�、谧陨韺φ�:指實驗與對照在同一對象上進(jìn)行，即不另設(shè)對照組。單組法和輪組法，一般都包含有自身對照。如“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實驗，就是典型的自身對照。自身對照，方法簡便，關(guān)鍵是要看清楚實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異，實驗處理前的對象狀況為對照組，實驗處理后的對象變化則為實驗組。
�、蹢l件對照:指雖給對象施以某種實驗處理，但這種處理是作為對照意義的，或者說這種處理不是實驗假設(shè)所給定的實驗變量意義的。例如�！皠游锛に仫曃剐游铩钡膶嵙�(xí)實驗，采用等組實驗法，其實驗設(shè)計方案是:
甲組:飼喂甲狀腺激素(實驗組);
乙組:飼喂甲狀腺抑制劑(條件對照組);
丙組:不飼喂藥劑(空白對照組);
雖然，乙組為條件對照。該實驗即設(shè)置了條件對照，又設(shè)置了空白對照，通過比較、對照、更能充分說明實驗變量--甲狀腺激素有促進(jìn)動物的生長發(fā)育。
�、芟嗷φ�:指不另設(shè)對照組，而是幾個實驗組相互對比對照，在等組實驗法中，大都是運(yùn)用相互對照，如“植物的向性”的等組實驗中，5個實驗組采用的都是相互對照，較好的平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實驗結(jié)果更具有說服力。
4、可重復(fù)性原則
指的是控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。目的在于盡可能消除非處理因素所造成的實驗誤差，體現(xiàn)實驗的科學(xué)性。
5、簡約性和可行性原則
是指實驗材料容易獲得，實驗裝置簡化，實驗藥品便宜，實驗操作簡便，實驗效果明顯并能在較短時間內(nèi)完成。從實驗?zāi)康摹嶒炘淼讲牧嫌闷返倪x擇、實驗操作等，都要符合實驗者的一般認(rèn)知水平，滿足現(xiàn)有的條件，具有實驗和完成實驗的可能性。
三、實驗設(shè)計基本思路
1、準(zhǔn)確把握實驗?zāi)康?看清題意是要求設(shè)計實驗方案、步驟還是分析實驗結(jié)果，是探究性實驗還是驗證性實驗。
2、明確實驗原理:要解決題目所給的問題，要用到生物學(xué)上什么原理。
3、確定實驗思路:根據(jù)原理對實驗作出假設(shè)，并充分利用實驗材料設(shè)計實驗思路。
4、精心設(shè)計實驗步驟:根據(jù)以上實驗?zāi)康摹⒃砗退悸�，設(shè)計合理的實驗裝置和實驗步驟操作步驟。并設(shè)置好實驗組和對照組，遵循單一變量原則。并將觀察到的現(xiàn)象如實記錄下來。
5、準(zhǔn)確預(yù)期實驗結(jié)果并分析
注意:在敘述實驗步驟及預(yù)期結(jié)果時，語言文字要簡明。實驗步驟一般不宜連續(xù)描述，往往要分段敘說;試管、燒杯等要給予編號。
四、實驗設(shè)計的題型
1、設(shè)計實驗方案型
給出實驗用具、材料、藥品、實驗?zāi)康�，或只給實驗?zāi)康模瑢嶒炂鞑淖赃x，設(shè)計實驗方案。
2、改錯型
分析已有實驗設(shè)計方案中不科學(xué)性，并提出改進(jìn)。
3、補(bǔ)充完善型:對已有的實驗設(shè)計進(jìn)行補(bǔ)充和完善。
4、析因型:對已有的實驗設(shè)計方案的某些步驟、結(jié)果等進(jìn)行分析。
1、考查實驗原理和方法的試題
實驗修訂本生物教材列出了基本實驗的實驗原理，如生物組織中蛋白質(zhì)的鑒定原理是蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑發(fā)生作用，可以產(chǎn)生紫色反應(yīng)。根據(jù)與某些化學(xué)試劑所產(chǎn)生的顏色反應(yīng)，可鑒定生物組織蛋白質(zhì)的存在。這些是書本上已有的知識，要弄清實驗原理，在理解的基礎(chǔ)上加以應(yīng)用。但有些實驗必須從主要的實驗材料和用具中獲取信息來解題。
2、考查發(fā)現(xiàn)問題能力的試題
問題是啟動思維活動的“閥門”，沒有問題或問題情境，不可能激發(fā)創(chuàng)造性的思維活動。要用問題激發(fā)探索欲望，發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)，要求善于發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象中的問題，并通過分析，準(zhǔn)確把握問題的性質(zhì)和研究的意義，經(jīng)過思考提出假設(shè)。
3、考查觀察實驗、提出假設(shè)能力的試題
高考中常有將許多科學(xué)家成功的探索自然的實驗發(fā)現(xiàn)改編成的試題，如通過觀察植物向光性的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)植物彎曲生長的問題，經(jīng)過思考提出生長的原因是植物產(chǎn)生生長素的假設(shè)，從而可通過實驗證明該假設(shè)的正確。又如，弗來明對青霉素的早期研究過程，重點突出在科學(xué)研究過程中。發(fā)現(xiàn)問題之后能否提出合適的假設(shè)是至關(guān)重要的，合適的假設(shè)往往是最終結(jié)論的前提。
4、考查設(shè)計實驗和完成實驗?zāi)芰Φ脑囶}
設(shè)計實驗的能力即為驗證提出的假設(shè)而設(shè)計相應(yīng)的實驗。包括實驗方法的選定、原理的設(shè)計、實驗材料和設(shè)備的選擇、實驗裝置的安排、可變因素和可控因素的預(yù)測以及實驗結(jié)果的預(yù)測等。完成實驗?zāi)芰κ侵冈跍?zhǔn)確把握設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，正確使用儀器設(shè)備，合理安排時間和步驟，選擇合適的觀察方法和記錄時間的方法，消除干擾因素，減少實驗誤差，使實驗結(jié)果客觀準(zhǔn)確。
5、全面考查實驗基本知識的試題
此類實驗試題同時考查了生物學(xué)基本原理、概念、實驗?zāi)康�、材料、操作、方法步驟等多方面知識，或者對實驗現(xiàn)象的觀察分析、實驗設(shè)計和結(jié)果預(yù)測等多方面綜合運(yùn)用。生物實驗的考查形式已不再是重復(fù)課本的實驗步驟，近幾年高考幾乎找不到課本實驗的簡單重復(fù)。它們與生產(chǎn)、生活實際相聯(lián)系，但又屬于實驗基本知識。能全面考查學(xué)生掌握實驗基本知識的情況。
三、難點知識剖析
(一)、生物高考實驗設(shè)計基本題型
1、續(xù)寫實驗步驟的題型
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，只要明確題目中的實驗變量和反應(yīng)變量，然后設(shè)計對照組，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、評價和糾正給定的實驗步驟的題型
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)計的合理成分的基礎(chǔ)上，提出自己的實驗設(shè)計思路。這表面上是考查對實驗設(shè)計的分析與評價能力，實質(zhì)上是全面檢測設(shè)計生物學(xué)實驗方案的能力，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)。
3、獨立設(shè)計實驗方案的題型
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，對實驗過程有所體驗，考查的過程性要求主要體現(xiàn)在課題的選擇及理由闡述、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。
(二)、生物實驗設(shè)計題應(yīng)對策略
1、生物高考實驗設(shè)計的三種題型雖然在形式上有一定的差異，但在答題中卻有共同點，先要認(rèn)真研究課題，找出其中的實驗變量和反應(yīng)變量，其次是構(gòu)思實驗變量的控制方法和實驗結(jié)果的捕獲手段，最后再選擇適宜的實驗材料，在注意實驗步驟關(guān)聯(lián)性的前提下表達(dá)實驗的方法步驟。在實驗方法和步驟設(shè)計中最重要的是把握好變量控制。
2、重視課本實驗的復(fù)習(xí)�？荚囌f明明確提出了，要求“理解所學(xué)實驗的實驗內(nèi)容，包括實驗原理、方法和操作步驟，掌握相關(guān)的操作技術(shù)”。這一要求，在2003年高考中也得到了體現(xiàn)，如第33題，考查的就是對課本實驗的理解。
3、挖掘課本知識點中所蘊(yùn)含的實驗因素。生物學(xué)的每一個知識結(jié)論都是在觀察、實驗的基礎(chǔ)上得出的，都包含培養(yǎng)實驗?zāi)芰Φ幕c，在平時的復(fù)習(xí)中要注意多挖掘知識結(jié)論中所蘊(yùn)含的科學(xué)思想和方法。例:生長素的發(fā)現(xiàn)過程中，涉及生長素產(chǎn)生的部位、感光的部位、反應(yīng)的部位、運(yùn)輸?shù)姆较虻�。這些都可以思考如何設(shè)計實驗來證明。
4、要注意考試大鋼中提出要“理解探索性實驗的一般方法:能夠制訂課題研究的初步計劃”的要求，高考實驗命題中也出現(xiàn)了從驗證向探究變化的趨勢，因此，要認(rèn)真思考和完成教材中有關(guān)研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容，切實提高自身進(jìn)行探究研究的能力。
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