高中生物实验设计专题知识归纳汇编.docx
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高中生物实验设计专题知识归纳汇编
高中生物实验设计专题
一、2018年高考生物实验考试大纲
（1）能独立完成所列生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。
（2）具备验证简单生物学事实的能力，并对实验现象和结果进行解释、分析和处理。
（3）具备对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。
（4）能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订。
二、生物实验设计的科学性分析
实验能力是“教学大纲”要求学生掌握的一项基本能力。
就是能使用恰当的方法验证简单的生物学事实，并对结果进行解释和分析。
此能力要求包括两方面的内容：
一是能够设计简单的实验，验证简单的生物学事实；二是能对实验现象、实验结果作出正确的解释和分析。
实验能力也是高考“考试说明”要求学生掌握的一项基本能力（设计和完成实验的能力）。
此能力要求也包括两方面的内容：
一是独立实验的能力（大纲规定学生实验和教师演示实验），即理解实验原理、目的、要求、材料、用具；掌握实验的步骤、控制实验条件、使用有关仪器、安全问题处理；观察现象、分析数据、得出结论；常规实验非常规做法。
二是能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题。
用理、化、生三科实验中所学的知识去解决实际问题。
实验所占比分为30%（基本不变，也可能在25%左右）。
实验设计是较高的能力要求，除要具备一定的知识基础外，还需要具有一定的创造能力。
所设计的实验是建立在科学的基础上的，还应具有一定的观察和发现问题的能力。
要提高这方面的能力，必须改变过去“背实验”的方法，亲自动手做实验，熟悉实验的操作步骤，弄清实验的原理，能运用所学知识对实验现象进行分析，以此来验证或探究某一结论。
只有这样，才能促进实验能力的提高，促进科学思维的形成和发展，才能真正对实验的知识、内容进行举一反三。
1．实验设计的基本内容
1.1实验名称是关于一个什么内容的实验。
1.2实验目的要探究或者验证的某一事实。
1.3实验原理进行实验依据的科学道理。
1.4实验对象进行实验的主要对象。
1.5实验条件根据实验原理确定仪器和设备；要细心思考实验的全过程。
1.6实验方法与步骤实验采用的方法及必需（最佳）操作程序。
每一步骤都必须是科学的；能急时对仪器、步骤进行有效矫正。
1.7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客观的记录。
1.8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。
1.9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。
2．实验设计的基本原则
2.1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。
2.2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。
2.3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。
设置对照组常有4种方法：
（1）空白对照，即不给对照组做任何处理；例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照；在还原糖鉴定实验中留一部分样液不加入斐林试剂，以作对照。
（2）条件对照，即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。
例如，在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组（饲喂甲状激素），乙组为条件对照（饲喂甲状抑制剂）；不饲喂药剂的是空白对照组。
显然，通过条件对照．实验说服力大大提高。
（3）自身对照，指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组；例如，“质壁分离与复原”实验，自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。
处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。
（4）相互对照，不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。
即实验与对照在同一对象上进行.这种方法常用于等组实验中。
“植物向光性”实验中，利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。
证明玉米根的生长方向与地心引力的关系实验中不同方向放置的玉米种子之间则属于相互对照。
再如:
在探究温度（或pH）对酶催化活性影响实验中温度（或pH）（0度、50度,100度）为相互对照。
在实验中要找出一个最佳效果点，就要采取相互对照进行实验。
“实验组”与“对照组”确认:
一个实验通常分为实验组和对照组（控制组）。
实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象组，两者对无关变量的影响是相等的，两组之间的差别，被认为是来自实验变量的结果，如为研究光对幼苗生长的影响时实验变量应为撤掉光照，因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组，而自然状态（即来接受实验变量处理）的小麦幼苗应为对照组，通过对照组能增强实验的信度。
2.4等量原则
对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。
具体来说有如下四个方面：
①所用生物材料要相同即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。
②所用实验器具要相同即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。
③所用实验试剂要相同即试剂的成分、浓度、体积要相同。
尤其要注意体积上等量的问题。
④所用处理方法要相同如：
保温或冷却：
光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。
有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。
2.5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。
2.6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（用药少/步骤少/时间短）。
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。
3.实验设计基本思路
实验设计往往是解答实验题的难点，但只要理清思路，找准方法和突破口，也能化难为易。
实验的设计可遵循以下思路和方法进行。
3.1首先确定实验目的，并对其去粗取精，提炼要点,确定是验证性实验还是探究性实验。
3.2运用所学知识，找准实验原理，并要做到对原理理解透彻----是实验设计的依据
理解实验原理对实验设计的重要作用，每一个生物实验材料的选择、实验装置的确定、实验步骤和实验方法的安排都不是随意的、盲目的，而是有其实验原理作为依据的。
实验现象和实验结果的预期也是依据实验原理而作出的。
3.3根据实验原理，对照实验目的，通过初步分析，在头脑中搜寻教材上或曾做过的实验模型，初步形成大致方案，实验设计大多与单因子变量和对照实验有关。
3.4结合实验所给的条件，选取适当的方法（简便性原则），开始草拟具体步骤方案，设计具体步骤后，要顺藤摸瓜，通过实验结果（现象）的判断，分析综合得出实验结论。
3.5回归检验。
看看自己设的实验是否存在科学性原则，紧扣实验原理来进行分析；是否有遗漏的地方；是否还有其它可能性存在，即检验实验的严密性、科学性问题。
实验设计的检验过程最终应该对照实验原理，回归实验目的。
3.6实验设计中反应变量的确定和控制
生物实验设计中，反应变量的确定非常重要，因为任何一个科学实验的结论都是从反应变量所表现出的数量、质量或状态的事实中推导或分析出来的。
生物实验中很多反应变量就是实验条件。
设计实验时，应该根据实验目的和实验原理来确定对实验结果有影响的反应变量。
同时，对其他无关变量或非研究变量应进行控制。
对变量的控制所要遵循的原则是对照原则，即控制其他因素不变，而只改变其中一个因素（反应变量），观察其对实验结果的影响。
通过对照的建立，达到对变量的控制，这是生物实验设计的灵魂。
4.实验材料的选择
材料选择的依据：
4.1科学合理，简便易行，有典型性和代表性。
4.2数量足够多（避免量少给实验带来偶然性误差）
4.3实验组和对照组应等量
①材料等量（种类、数量、生理状况等）
②处理方法等量（温度、光照、时间等
7.实验步骤的书写———三步曲
（1）材料器具的准备：
包括分组、编号、非条件处理等………………………②
取两套规格相同的器材（或取长势相同的某种生物材料随机平均分成两份）分别标记为A、B，并分别加入等量的……
本步骤强调分组的等量性原则（器材的规格、生物材料的长势、分组的数量和随机性等），编号可以针对实验器具，也可以针对实验材料，有的非条件处理需在条件处理之后，则需写在第二步。
（2）设置实验组（有单一变量）和对照组（无）………………………………①
在A组中加入适量的……在B组中加入等量的……
本步骤强调对照性原则、各对照组条件处理的等量性原则，通过“适量”和“等量”表达出来。
在具体的实验设计中，可用具体的量，如“在A组中加入2ml……在B组中加入2ml……”。
需要注意的是：
一组加入试剂时，如另一组不需加入试剂，则必须加等量的蒸馏水或相应不影响实验结果的溶液；如果用试管做实验，实验中加入试管的各溶液的总量一般不超过10mL。
另外，要注意单一变量原则，即本步处理的变量只能有一个。
（3）放在适宜的相同的条件下培养，一段时间后观察现象和结果……………③
将两套装置放在相同且适宜的环境中培养一段时间（或相应方法处理，如振荡、加热等）。
本步骤强调各对照组外界处理的等量性原则，两套装置必须放在相同且适宜的环境中，这样的实验结果才有可比性。
培养的时间可根据具体的实验确定，也可以用“一段时间”描述。
（注意：
a.最佳的书写步骤是①→②→③；b.规范性语言准确地描述。
）
8.实验结果的获取
（1）直接观察法观察植物细胞质壁分离与复原、观察植物细胞的有丝分裂等
（2）化学法、物理法
①鉴定淀粉的方法：
碘液；②鉴定可溶性还原糖：
斐林试剂或班氏试剂
③鉴定脂肪：
苏丹Ⅲ染液或苏丹Ⅳ染液；④鉴定蛋白质：
双缩脲试剂
⑤鉴定DNA：
二苯胺试剂或甲基绿试剂；⑥追踪物质运行和变化过程：
同位素标记法
（3）生物特性
①光合速率单位时间氧气的释放量或二氧化碳的吸收量或淀粉生成量
②呼吸速率单位时间二氧化碳的释放量或氧气的吸收量或淀粉减少量
③生长速率植物株高、干重或动物身高、体重
④动物代谢速率A.一定时间内耗氧量B.消耗一定氧气所需的时间
⑤某物质对生物的毒性①种子的发芽率或植株染病情况②动物寿命、染病情况
三、实验设计的方法体系
1、高中生物相关的常用器材和药品的使用方法。
NaOH：
吸收CO2或改变溶液的pH。
Ca（OH）2：
鉴定CO2
HCl：
解离或改变溶液的pH。
NaHCO3：
提供CO2
滤纸：
过滤或纸层析。
纱布或尼龙布：
过滤
斐林试剂：
可溶性还原性糖的鉴定。
碘液：
鉴定淀粉。
苏丹Ⅲ、Ⅳ：
脂肪的鉴定。
双缩脲试剂：
蛋白质的鉴定
二苯胺试剂：
鉴定DNA。
柠檬酸钠：
血液抗凝剂。
NaCl：
配制生理盐水及其它不同浓度的盐溶液，可用于动物细胞内液或用于提取DNA。
琼脂：
激素或其它物质的载体，用于激素的转移或培养基。
亚甲基蓝：
用于活体染色或检测污水中的耗氧性细菌（细菌的氧化可使之褪色）。
酒精：
用于消毒处理、提纯DNA、叶片脱色及配制解离液。
蔗糖：
配制蔗糖溶液，用于测定植物细胞液浓度或观察质壁分离和复原。
龙胆紫溶液或醋酸洋红：
碱性染料，用于染色体染色。
甲基绿：
对DNA进行染色；吡罗红：
对RNA进行染色；健那绿：
对线粒体进行染色。
2、实验结果的显示方法。
如：
（1）速度：
光合速度----O2释放量或CO2吸收量或淀粉产生量；呼吸速度----O2吸收量或CO2释放量或淀粉减少量；
（2）有无O2产生：
O2-----余烬复燃、无O2-----火焰熄灭；
（3）细胞液浓度大小----质壁分离；
（4）细胞是否死亡----质壁分离；
（5）种子发芽率；
（6）生长发育：
生根数、长度（身长变化）、身高、宽度、体重变化、发育速度（耗氧量）、动物活动状态------生长素、甲状腺激素、生长激素、胰岛素等作用；
（7）存活率与死亡率；
（8）观色法：
如①生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定的实验，②测交结果预测，除了全黑，有白有黑外，还有全白，③加碘后，“不变蓝”不等于“无色”或“没有颜色变化”；另外“不变”也不能说成“无现象”，④不能把“褪色”说成“无色”；
（9）计录时间：
如保鲜时间长短。
3、实验条件的控制方法。
（1）增加水中氧气----泵入空气或吹气或放入绿色水生植物；
（2）减少水中氧气----容器密封或油膜覆盖或用凉开水；
（3）除去容器中二气化碳-----氢氧化钠溶液；
（4）除去叶中原有淀粉-----置于黑暗环境；
（5）除去叶中叶绿素----酒精加热；
（6）除去光合作用对呼吸作用干扰----给植株遮光；
（7）如何得到单色光----棱镜色散或薄膜滤光；
（8）线粒体提取-----细胞匀浆离心。
4、初测法。
如初始长度、初始刻度、初始温度、初始重量等
5、重复法。
如测量上重复，取其平均值，这在统计学上才是更可靠的。
例如“不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”的课题研究：
不同浓度烟草浸出液
每分钟心跳次数
第一次测量
（1）位置的优越性第二次测量
第三次测量
第四次测量
标题：
大学生究竟难在哪？
—创业要迈五道坎2004年3月23日浓度1
（一）大学生的消费购买能力分析
我们从小学、中学到大学，学的知识总是限制在一定范围内，缺乏在商业统计、会计，理财税收等方面的知识；也无法把自己的创意准确而清晰地表达出来，缺少个性化的信息传递。
对目标市场和竞争对手情况缺乏了解，分析时采用的数据经不起推敲，没有说服力等。
这些都反映出我们大学生创业知识的缺乏；
送人□有实用价值□装饰□
浓度2
（三）上海的文化对饰品市场的影响浓度3
营销环境信息收集索引
蒸馏水（对照）
新材料手工艺品。
目前，国际上传统的金银、仿金银制成饰品的销售在逐步下降，与此形成鲜明对比的是，数年以前兴起的崇尚然风格、追求个性的自制饰品--即根据自己的创意将各种材质的饰珠，用皮、布、金属等线材串出的品，正在各国的女性中大行其道。
大学生个性化消费增多是一种趋势。
当前社会、经济飞速发展，各种新的消费品不断增多，流行文化时尚飞速变化，处于校园与社会两者之间的大学生肯定会受影响。
目前在大学校园，电脑、手机、CD、MP3、录音笔被称为大学生的“五件武器”。
除了实用，这也是一种表明自己生活优越的炫耀性的东西。
现下很大一部分大学生中的“负债消费”表现的典型的超前享乐和及时行乐——其消费项目多半是用于奢侈浪费的非必要生活消耗。
如举办生日宴会、打网球、保龄球、上舞厅跳舞、进夜总会唱“卡拉ＯＫ”等。
“负债消费”使很多学生耽于物欲，发展严重者轻则引起经济纠纷，动武斗殴，影响同窗友谊，重则引发犯罪事件，于社会治安不利。
再如“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”的实验，要求设置重复组，即每组不能少于3个枝条。
调研要解决的问题：
6、预实验法。
在科学研究中，有时需要在正式实验前先做一个预实验。
这样可以为进一步的实验摸索或创造条件，可以检验和保障实验设计的科学性和可行性。
例如“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”的实验中，确定应设计什么样的浓度梯度？
如果对要研究的植物有关情况所知不多，可以先设计一组梯度比较大的预实验进行摸索，再在预实验的基础
上设计细致的实验；再如预热处理，研究某温度对酶活性影响：
将酶溶液和反应物分别放入2个试管，然后在同一水浴环境中持续一定时间，再将酶溶液和反应物倒入同一试管中混合反应。
7、加法创意，如用饲喂法研究甲状腺激素的实验，用注射法研究生长激素的实验，用移植法研究性激素的实验等。
8、减法创意，如用阉割法、摘除法研究性激素、甲状腺激素和生长激素的实验，雌蕊受粉后除去正在发育着的种子的实验、去雄蕊避免植物自交、去顶芽解除顶端优势、胚芽鞘切尖实验等。
9、杂交实验法，如孟德尔发现遗传规律的植物杂交、测交的实验，小麦的杂交实验等。
雌雄同花：
花蕾期去雄+套袋+开花期人工授粉+套袋
雌雄异花：
花蕾期雌花套袋+开花期人工授粉+套袋
10、确定某一显性个体基因型方法：
测交；该显性个体自交；单倍体培育法。
11、确定某一个体是否具有抗性基因的方法：
确定小麦是否具有抗锈病基因，用锈菌去侵染，一段时间后，观察有无锈斑出现。
12、育种的方法：
杂交育种；人工诱变育种；多倍体育种；单倍体育种；基因工程育种；细胞工程育种
13、测定种群密度的方法：
样方法；标志重捕法。
14、水培法（完全培养液与缺素完全培养液对照）。
确定某种元素为植物必需的元素方法。
15、获得无籽果实的方法:
用适宜浓度的生长素处理花蕾期已去雄的子房，如无籽蕃茄、诱导染色体变异，如无籽西瓜。
16、确定传入、传出神经的功能：
刺激+观察效应器的反应或测定神经上的电位变化。
17、模拟实验法，如模拟探究细胞表面积与体积的关系、通过模拟实验探究膜的透性、渗透作用的实验装置等。
18、合理选用实验材料。
19、简明、准确地组织语言文字。
（1）步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说，并加以编号。
（2）试管（或烧杯）要加以编号，如A、B或甲、乙等等，这样可使叙说简洁一些。
（3）叙说中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如“盖玻片”不能说是“薄的玻璃片”；“等量的”不宜说成“一样多的”；“振荡”不宜说成“晃动”“摇动”等。
四、实验设计的技术手段
1、关于光学显微镜的使用：
正确使用显微镜，如对光、低倍物镜的使用、高倍物镜的使用、反光镜的使用、镜头的擦拭、显微镜的放大对象、显微镜使用时物象移动方向、显微镜使用时异物的判断。
2、临时装片、切片和涂片的制作：
适用于显微镜观察，凡需在显微镜下观察的生物材料，必须先制成临时装片、切片和涂片，如“观察植物细胞的质壁分离和复原”中要制作洋葱表皮细胞的临时装片，在“生物组织中脂肪的鉴定”中要制作花生种子的切片，在“观察动物如人体血液中的细胞”中要制作血液的涂片等等。
3、研磨，过滤：
适用于从生物组织中提取物质如酶、色素等，要求学生熟练掌握研磨、过滤的方法，如研磨时要先将生物材料切碎，然后加入摩擦剂（常用二氧化硅）、提取液和其它必要物质，充分研磨之后，往往要进行过滤，以除去渣滓，所用过滤器具则根据需要或根据试题中提供的器材加以选用，如可用滤纸、纱布、脱脂棉、尼龙布等。
4、解离技术：
适用于破坏细胞壁，分散植物细胞，制作临时装片。
5、恒温技术：
适用于有酶参加的生化反应，一般用水浴或恒温箱，根据题目要求选用。
6、纸层析技术：
适用于溶液中物质的分离。
主要步骤包括制备滤纸条、划滤液细线、层析分离等。
7、植物叶片生成淀粉的鉴定：
适用于光合作用的有关实验，主要步骤包括饥饿处理、光照、酒精脱色、加碘等。
8、同位素示踪技术：
如噬菌体浸染细菌的实验，用18O2和14CO2追踪光合作用中氧原子和碳原子转移途径的实验等。
另外还有根尖培养、幼小动物的饲养、植物必需元素的鉴定等。
熟悉常用的实验方法和技术，理解每种方法和技术的适用情况并熟练掌握其操作技能，以便在设计实验时能进行迁移和利用.
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