高三生物实验掌握实验的分析设计二人教版知识精讲.docx

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高三生物实验掌握实验的分析设计二人教版知识精讲

高三生物实验：

掌握实验的分析、设计

（二）人教版

【本讲教育信息】

一.教学内容：

生物实验：

掌握实验的分析、设计

（二）

二.学习重点：

实验分析和设计

三.学习难点：

实验分析和设计

四.学习过程：

（一）实验题的分类：

1.以实验为背景的题（隐性实验题）

2.考纲要求的课本实验（显性实验题）

3.实验设计（显性实验题）来源

（二）以实验为背景的题（隐性实验题）

[例1]有人连续几年在4月至7月间，对某湖泊生态系统中几种生态因子进行调查，几年的调查结果基本一致，对调查数据整理如下图（曲线仅示变化趋势）。

请通过分析图中所示各生态因子的变化及相互关系回答：

（1）在4月至7月间，该生态系统中浮游植物光合作用合成有机物的净生产量（总生产量减去呼吸消耗量）发生较大变动，影响这种变动的非生物因素主要是什么？

判断的依据是什么？

无机养分的变化；浮游植物光合作用合成有机物的净生产量随无机养分的变化而变化。

（2）在4月至5月上旬，该生态系统中浮游植物光合作用合成有机物的净生产量和现存浮游植物有机物总量均明显增加，其主要原因是什么？

在5月中旬开始，两者又明显下降，主要原因是什么？

水温升高，光照逐渐增强，无机养分供应充足，浮游植物大量增加，浮游动物量少；无机养分逐渐减少，浮游植物被浮游动物消耗。

（3）在5月下旬至6月上旬，该生态系统中浮游植物光合作用合成有机物的净生产量出现迅速增长，但这段时间内，现存浮游植物有机物总量并未增加，原因是什么？

被浮游动物消耗。

（三）考纲要求的课本实验

1.观察类实验

（1）在此类实验中常综合运用显微观察技术、染色技术、玻片标本制作技术等。

归类如表：

（2）观察类实验应注意的问题

①注意取材；根据观察对象采用合适的材料，如观察有丝分裂应选取根尖分生区细胞；观察质壁分离与复原应选取成熟的植物细胞等。

②注意材料处理：

根据不同材料，不同的观察对象，做不同的材料处理，如浸泡、染色、解离、保持生活状态等。

③注意制片方法：

显微观察实验要用装片，不同材料用不同的制片方法。

装片法（把整个实验材料制成装片，如用葫芦藓观察叶绿体），切片法（把材料切成薄片，以便观察，如脂肪鉴定），压片法（把材料压碎成一薄层.以便观察，如观察根尖有丝分裂）。

④注意光学显微镜的使用方法。

2.鉴别类实验

（1）在此类实验中，常利用某种试剂对生物体或细胞中成分进行鉴别，针对不同的鉴别对象，采用不同的试剂。

归类如右：

（2）鉴别类实验应注意的问题

①实验结论常根据特定的颜色反应来确定。

②有些可不设立对照实验，若需设立，应增设一组，加入已知的待检测物质，如验证唾液淀粉酶是蛋白质，对照组可加入稀释的鸡蛋清。

③注意选择合适的试剂，并注意试剂使用的特殊要求，如加热煮沸等。

3.实习和研究性课题

此类实验常通过调查法，调查法中常使用统计技术和测量技术。

4.探究性和验证性实验

此类实验需要对某些生物学现象作出合理化的假设并通过设计实验进行验证。

如教材中“比较过氧化氢酶与Fe3+的催化效率”、“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”、“温度对酶活性的影响”、“植物向性运动的实验设计与观察”等。

这类实验要求高，开放性强。

复习探究和验证性实验要注意的问题：

（1）分清实验组和对照组

（2）分析实验设计中的单一变量。

（3）注意实验操作步骤的前后顺序要有逻辑性（前因后果），步步有理，环环相扣，各步骤要严密、完整

（4）注意实验用具与试剂及需要控制的实验条件。

（5）注意实验结果的观察、记录、分析和结论，确定对实验结果的观察内容和合适的观察方法，最后对结果作出科学的解释并得出正确的结论。

（四）实验设计

设计和完成实验的能力也是高考“考试说明”要求学生掌握的一项基本能力。

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实验方法与实验步骤采用的方法及必需（最佳）操作程序。

每一步骤都必须是科学的；能及时对仪器、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。

注：

关于“假设”“预期”“结果”与“结论”的辨析

（1）假设

“假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。

如“孟德尔分离现象解释验证”的测交实验中，提出的假说是：

“F1（Dd）产生配子时，因等位基因分离，使得F1产生含基因D和基因d的两种配子，且其数目相等。

”再如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验中，提出的假说应为：

当细胞外溶液浓度＞细胞液浓度→细胞失水

当细胞外溶液浓度＜细胞液浓度→细胞吸水

（2）预期

“预期”是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理，得出假定性结果或推论，即“假如假设成立，则应有何种结果”，如“孟德尔分离现象验证实验，假如假说成立则有测交的后代应出现Dd与dd为1：

1的结果，即高茎与矮茎数量比应为1：

1”，而“观察植物细胞质壁分离与复原实验”中，假若假设成立，则应有处于高浓度（30％）蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞因不断失水→质壁分离，而处于清水中的已分离细胞因细胞吸水→质壁分离复原

（3）结果：

结果应为实验实际出现的情况，如“孟德尔分离现象解释实验”中出现的结果为“得到的64株后代中，30株高茎，34株矮茎，两种性状分离比为1：

1”而“质壁分离复原实验”中处于30％蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞果真发生了质壁分离，而处于清水中的已分离细胞果真发生了复原现象。

（4）结论：

结论的得出须依据实验结果，即若出现的结果与预期结果一致则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立”，若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立”：

由此可知，“假设”应对应“结论”，“预期”应对应“结果”，在实验讨论时应注意描述的科学性即“如果出现何种结果，则应有何种结论”，例如用检测呼吸装置的红色液滴检测酵母菌呼吸类型时，应为若液滴向左移动则推出什么结论，若液滴向右移动则推出什么结论，而不能描述为“若为有氧呼吸，则液滴向哪移动”，再如在验证淀粉，碘液能否通过半透膜时应描述为“若袋内外液体均变蓝（结果或现象），则淀粉、碘液均能通过半透膜。

”而不能描述为“若淀粉、碘液均能通过，则袋内外液体均变蓝”。

2.实验设计的三个原则

2.1对照性原则——科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。

“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2005年春季高考3题中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。

按照对照方式的不同可分为4种：

①空白对照：

即不作任何实验处理的对照组。

例如，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相互对照：

即不设控制组，只在几个实验组之间相互对比。

例如，在植物激素与向性的设计实验中，5个实验组的相互比较。

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。

③条件对照：

即给对象施加某种实验处理，虽不是检验假设需要的，但更能充分说明实验变量的对照。

例如，动物激素饲喂小动物的实验方案中：

饲喂甲状腺激素的为实验组；饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组；不饲喂药剂的是空白对照组。

④自身对照：

即实验与对照在同一对象上进行。

例如，将过氧化氢酶加入过氧化氢溶液中证明酶是生物催化剂可催化过氧化氢水解，即自身对照，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。

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）为条件对照。

清水（软水）、河水（硬水）对加酶洗衣粉影响中，清水（软水）、河水（硬水）为相互对照。

用缺素营养液培养的出现缺素症状的植株加入某元素后恢复正常为自身对照。

2.2等量性原则——每次实验所加试剂的量要相等。

2.3单因子变量的原则。

实验变量剖析

在实验过程中变量是指可被操纵控制的在性质和数量上可以变化的特定因素或条件，具体分析如下

①实验变量与反应变量：

a.实验变量是研究者主动操纵的条件和因子，是作用于实验对象的刺激变量（也称自变量），自变量须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。

b.反应变量（又称因变量），是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，反应变量是研究是否成功的证据，应具可测性和客观性。

c.二者关系：

实验变量是原因，反应变量是结果，即具因果关系。

②无关变量（控制变量）是指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量，实验者应严格控制无关变量，否则实验结果的真实性无法得到认定、我们常在实验过程中强调“选取生长状况相同的幼苗”“数量大小相同的种子”“置于相同并适宜条件下培养”“加入等量的清水”等均是为了控制无关变量对实验结果的干扰。

案例剖析：

例如，生物课本内温度对酶活性影响的实验中：

实验变量是低温（冰），适温（60℃），高温（沸水）；酶的活性变化即反应变量；试管的洁净度，淀粉酶的稀释度，可溶性淀粉的浓度，碘液的量和浓度，温度处理时间，操作程序等是无关变量。

实验中不论有几个实验变量，都应做到每个自变量对应一个因变量，此外还要做到操作规范。

在实验设计、实施的全过程中，应严格操纵实验变量，严格控制无关变量，尽可能消除误差，获取较为精确的反应变量。

3.实验设计的4性

3.1科学性：

这是实验方案设计的首要原则（原理、操作、程序、方法正确）。

3.2安全性：

尽量避免危险性操作（如果必须使用，要注明，防止环境污染和人身伤害）。

3.3可行性：

实验设计应切实可行，所选取药品、仪器、设备在中学现有实验室内能够完成。

3.4简约性：

实验方案尽可能简易方便（用药少/步骤少/时间短）。

总之，a.原理正确，b.效果明显，c.装置简单，d.操作安全。

4.实验设计的基本要求

设计一个实验，需要考虑以下几点：

4.1：

确定实验目的：

如验证或探究哪一生物学现象。

实验目的就是实验的方向。

4.2：

实验原理（实验所依据的科学道理）：

达到目的所采用的理论依据。

4.3：

实验对象：

达到目的所采用的生物材料。

4.4：

实验条件：

达到实验目的所必备的条件。

4.5：

制定实验步骤：

要达到实验目的，必然是一个逐步进行实验的过程。

需要制定一个计划，第一步做什么，第二步做什么，……最后做什么。

前一步是后一步的基础，步步相连，最终取得一定的现象和结果。

为了使实验设计清晰明了、富有条理，具体的实验步骤要用“1、2、3……”或其它顺序符号表示。

实验过程中如果用到了两个以上相同的器材，也应对其进行编号，以防混淆。

4.6：

实验现象的观察和记录：

确定能观察到的实验现象，并进行记录。

4.7：

实验结果的分析等。

5.实验设计的基本过程：

5.1、确认原理、提出假设；

5.2、构思过程选择方法（如是否用对比实验法）；

5.3、设计步骤；

5.4、分析结果、得出结论；

5.5