生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué) ,生物科學(xué)的每一個(gè)原理,每一種現(xiàn)象,每一個(gè)知識點(diǎn)都可以通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證、探索,同時(shí),觀察和實(shí)驗(yàn)是生物科學(xué)研究的重要方法,是學(xué)生獲取知識的重要源泉,是實(shí)踐新課標(biāo)的切入點(diǎn)。下面談?wù)剬?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題:

1、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要解決什么問題,或探索驗(yàn)證什么結(jié)論。只有明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟拍苊髁诉\(yùn)用哪一原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),才能明白實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中哪一因素是實(shí)驗(yàn)變量。

例如:①、"驗(yàn)證煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA而不是蛋白質(zhì)"。該實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)思路同教材"肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)"、"噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)":將煙草花葉病毒的RNA和蛋白質(zhì)分開,單獨(dú)地觀察它們的功能。

②、"探索溫度對酶活性影響的實(shí)驗(yàn)",探討的問題是溫度與酶活性之間的關(guān)系,那么在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,"溫度"這一因素就是實(shí)驗(yàn)變量

2、遵循實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理決定著實(shí)驗(yàn)中主要實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)試劑的選擇。

例如:"設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證唾液淀粉酶是蛋白質(zhì)",該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理同教材中常規(guī)實(shí)驗(yàn)"生物組織中蛋白質(zhì)的鑒定"實(shí)驗(yàn)原理相同,因此可用雙縮脲試劑與唾液的呈色反應(yīng)來驗(yàn)證這一問題,明確了這一原理之后,也就明確了其主要實(shí)驗(yàn)步驟同"生物組織中蛋白質(zhì)的鑒定"類似。

3、實(shí)驗(yàn)材料的選擇

正如孟德爾選擇豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料 是其遺傳實(shí)驗(yàn)成功的原因之一一樣,正確的選材決定著實(shí)驗(yàn)的成敗。實(shí)驗(yàn)的選材是受實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹萍s的。

例如:"生物組織中可溶性還原糖的鑒定",實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖氰b定組織中存在可溶性還原糖,因而,取材應(yīng)注意含糖量要高。鑒定的原理是"還原性糖與斐林試劑的呈色反應(yīng)",為使呈色反應(yīng)易于觀察,所選材料最好無色透明;"葉綠體中色素的種類及顏色"實(shí)驗(yàn),所選材料應(yīng)當(dāng)是色素含量高的材料(新鮮菠菜);"植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗(yàn)"的選材應(yīng)注意兩點(diǎn):一是選材必須有液泡存在;二是為了便于觀察,所選材料的細(xì)胞液最好有一定顏色。

4、對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)置

一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)組和對照組,實(shí)驗(yàn)組接受處理,對照組不進(jìn)行處理。對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)常有如下四種類型:

⑴空白對照:

設(shè)計(jì)一個(gè)不加任何實(shí)驗(yàn)處理的對照組。

⑵自身對照:

指實(shí)驗(yàn)與對照在同一對象上進(jìn)行,即不加設(shè)對照組。如"植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)"是典型的自身對照,這種對照的關(guān)鍵是比較實(shí)驗(yàn)處理前后的變化。

⑶條件對照:

給實(shí)驗(yàn)組某種處理,給對照組另一條件處理。如在"證明甲狀腺激素促進(jìn)幼小動物發(fā)育"的實(shí)驗(yàn)中,可存在以下實(shí)驗(yàn)組和對照組:

甲組:飼喂甲狀腺激素(實(shí)驗(yàn)組)

乙組:飼喂甲狀腺激素抑制劑(條件對照組)

丙組:對蝌蚪不做任何處理(空白對照)

⑷相互對照:

不另設(shè)對照組,而是利用幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對照。如在"植物向光性"的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,2與1對照可證明感光部位在胚芽鞘尖端,3也可與1對照,4也可與1對照,也可與2對照。

光 光 光 光

未經(jīng)處理 尖端遮光 切去尖端 中部遮光

1 2 3 4

5、找準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)要素--變量

變量,亦稱因子,指實(shí)驗(yàn)操縱控制的特定因素或條件。按性質(zhì)不同,通常有以下兩類4種變量:

⑴實(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量。實(shí)驗(yàn)變量,亦稱自變量,指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱、給定的因素或條件。反應(yīng)變量,亦稱因變量,指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化和結(jié)果。通常,實(shí)驗(yàn)變量是原因,反應(yīng)變量是結(jié)果,二者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于解釋這種前因后果。例如,在"唾液淀粉酶水解淀粉的實(shí)驗(yàn)中,所給定的低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫(沸水浴)就是實(shí)驗(yàn)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)也隨之變化,這就是反應(yīng)變量,該實(shí)驗(yàn)即在于獲取解釋溫度變化(實(shí)驗(yàn)變量)與酶的活性(反應(yīng)變量)的因果關(guān)系。

(2)無關(guān)變量與額外變量。無關(guān)變量也稱控制變量,指實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量以外的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素或條件。額外變量,亦稱干擾變量,指實(shí)驗(yàn)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)變量起干擾作用。

例如,上述實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量(低溫、適溫、高溫)以外,試管潔凈程度、唾液新鮮程度和稀釋濃度、可溶性淀粉溶液濃度、試劑溶液的劑量和實(shí)驗(yàn)操作程序、溫度處理的時(shí)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(shí)驗(yàn)是等同、均衡穩(wěn)定的;如果無關(guān)變量中的任何一個(gè)或幾個(gè)因素和條件,對3個(gè)實(shí)驗(yàn)組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定,則會在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中產(chǎn)生額外變量,出現(xiàn)干擾,造成誤差。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量和減少額外變量。

6、關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的順序

實(shí)驗(yàn)步驟有一定的順序,實(shí)驗(yàn)步驟的前后順序一般不能前后顛倒,特別是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如在"探索溫度對酶活性影響"的實(shí)驗(yàn)中,是應(yīng)"先將三支試管分別放入37℃、0℃ 、沸水中5分鐘后再加淀粉酶"還是"先向三支試管中加入唾液后再將三支試管分別放入37℃、0℃ 、沸水中"呢?表面看兩種操作無多大差別,其實(shí)前者的操作才是正確的,因?yàn)槿绻�先向盛有淀粉溶液的試管中加入唾�?此時(shí)唾液中淀粉酶對三支試管中淀粉均起消化分解作用。

7、常見的經(jīng)典性實(shí)驗(yàn)方法

⑴化學(xué)物質(zhì)的檢測方法:

淀粉 ---- 碘液

還原性糖 ---- 斐林試劑

CO2 ---- Ca(OH)2溶液或酸堿指示劑

乳酸 ---- pH試紙

O2 ---- 余燼復(fù)原

蛋白質(zhì) ---- 被蛋白酶分解或雙縮脲反應(yīng)

⑵實(shí)驗(yàn)結(jié)果的顯示方法:

光合速度 ---- O2釋放量或CO2吸收量或淀粉產(chǎn)生量

呼吸速度 ---- O2吸收量或CO2釋放量或淀粉減少量

原子途徑 ---- 放射性同位素示蹤

細(xì)胞液濃度大小 ---- 質(zhì)壁分離

細(xì)胞是否死亡 ---- 質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離復(fù)原

甲狀腺激素作用 ---- 動物耗氧量、發(fā)育速度等

生長激素作用 ---- 生長速度(體重身高身長變化)

胰島素作用 ---- 動物活動狀態(tài)

菌量 ---- 菌落數(shù)或亞甲基藍(lán)褪色程度

⑶實(shí)驗(yàn)條件的控制方法:

增加水中O2 ---- 泵入空氣或吹氣或放入綠色植物

減少水中O2 ---- 容器密封或油膜覆蓋或用涼開水

除去容器中CO2 ---- NaOH溶液

除去葉中原有淀粉 ---- 置于黑暗環(huán)境

除去葉綠素 ---- 酒精隔水加熱

除去光合對呼吸的干擾 ---- 給植株遮光

如何得到單色光 ---- 棱鏡色散或薄膜濾光

血液抗凝 ---- 加入檸檬酸鈉

線粒體提取 ---- 細(xì)胞勻漿離心

骨的脫鈣 ---- 鹽酸溶液

總結(jié):

分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題要做到"三、四、五"。即:

1、三個(gè)原則

① 對照性原則:設(shè)立對照組,使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有說服力。

② 單因子變量原則:控制其他因素不變而只改變其中某一變量,觀察其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

③ 平行重復(fù)原則:進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),有的情況的出現(xiàn)是有偶然性的,多做幾個(gè)對照實(shí)驗(yàn),出現(xiàn)相同的結(jié)果,更有說服力,更具科學(xué)性(同時(shí)間同條件)。如多測幾次脈搏,取其平均值的實(shí)驗(yàn)。

2、四種對照

① 空白對照:不給對照組任何處理因素。

② 條件對照:雖給對照組施以部分實(shí)驗(yàn)因素,但不是所要研究的處理因子。

③ 自身對照:對照和實(shí)驗(yàn)都在同一實(shí)驗(yàn)對象上進(jìn)行。

④ 相互對照:不僅僅設(shè)對照組,而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對照。

3、五步分析

① 了解題目要求,明確實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證(探究)的是什么。

② 分析實(shí)驗(yàn)原理:分析實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的科學(xué)原理是什么;涉及的生物學(xué)及相關(guān)學(xué)科中的哪些方法和原理。

③ 確定實(shí)驗(yàn)器材的選擇

④ 設(shè)置實(shí)驗(yàn)步驟:分析每一環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性,或幾個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的延續(xù)性,安排實(shí)驗(yàn)的最佳程序。

⑤ 預(yù)期結(jié)果和分析

例1 現(xiàn)有同樣大小的玻璃缸幾只,發(fā)育狀態(tài)相同的小蝌蚪60只、飼料、甲狀腺激素、放在50℃的水中處理20分鐘的甲狀腺激素、溪水,請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),探究甲狀腺激素的生物活性是否會受50℃熱水的影響。

⑴實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì):

第一步:取三個(gè)玻璃缸,分別標(biāo)記甲、乙、丙。

第二步:分別加入等量的溪水和20只小蝌蚪。

第三步:甲缸每天喂飼料;乙缸每天喂經(jīng)過處理的甲狀腺激素相拌的等量飼料;丙缸每天喂甲狀腺激素相拌的等量飼料。

⑵預(yù)計(jì)結(jié)果并指出每一種結(jié)果說明了什么 ?

A、若乙、丙兩缸蝌蚪發(fā)育同步,且迅速變態(tài)為青蛙; 而甲缸還是蝌蚪狀態(tài)。說明經(jīng)50℃熱水處理,對甲狀腺激素的生物活性沒有影響。

B、若甲、乙兩缸蝌蚪發(fā)育同步,而丙缸迅速變態(tài)為青蛙。說明經(jīng)50℃熱水處理,甲狀腺激素失去活性。

C、若乙缸蝌蚪發(fā)育比甲缸快,比丙缸慢。說明經(jīng)50℃熱水處理,甲狀腺激素喪失去了部分生物活性。

⑶該實(shí)驗(yàn)中設(shè)置甲組實(shí)驗(yàn)的目的是:對照

⑷該實(shí)驗(yàn)選用蝌蚪做材料的優(yōu)點(diǎn)是:

蝌蚪發(fā)育成青蛙為變態(tài)發(fā)育,且時(shí)間短,便于觀察。

⑸做該實(shí)驗(yàn)所選用的蝌蚪有什么要求 ?為什么?

同一種蛙同時(shí)孵化出的蝌蚪。

排除實(shí)驗(yàn)材料的差異而造成對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

例2 某些植物能分泌一些化學(xué)物質(zhì)用于抑制別種植物在其周圍生長,這稱為他感作用。大麥、玉米、大豆、向日葵等植物,是雜草的天然抑制者,又叫"悶蓋莊稼"。

⑴為了驗(yàn)證大麥對鄰近雜草生長具有他感作用。請根據(jù)所給材料器具,在給出的實(shí)驗(yàn)方法和步驟的基礎(chǔ)上繼續(xù)完成實(shí)驗(yàn)、預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

材料器具:大麥種子、狗尾草,50厘米×50厘米×10厘米栽種盒、剪刀、灑水壺、 20厘米×10厘米紙袋、鑷子、天平、兩腳規(guī)、直尺

方法步驟:

第一步:選取A、B、C三個(gè)栽種盒,在栽種盒土壤表面畫5厘米× 5厘米的小方格,每方格中心放一粒大麥或雜草種子。三個(gè)栽種盒的播種方式依次是:

A盒:間行排列大麥和狗尾草種子。

B盒:全部播種大麥種子。

C盒:全部播種狗尾草種子。

第二步:灑上少量細(xì)泥土覆蓋種子,用細(xì)孔眼灑水壺澆水,把三只實(shí)驗(yàn)栽培盒放在(相同)的20℃左右環(huán)境中培養(yǎng)2---4周,每天均保持足夠時(shí)間的(光照)。

第三步:每天觀察記錄,統(tǒng)計(jì)盒內(nèi)植株的地上枝平均干重、(平均植株高度)等數(shù)量特征。比較三只實(shí)驗(yàn)栽培盒的植物特征差異。

結(jié)果預(yù)期和結(jié)論:

比較A盒與C盒狗尾草:

①A盒生長明顯受到抑制

②A盒與C盒生長狀況相當(dāng)

結(jié)論:①大麥對鄰近雜草生長具有他感作用。

②大麥對鄰近雜草生長沒有他感作用。

⑵為進(jìn)一步證實(shí)大麥分泌物具有抑制狗尾草的生長作用,請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

方案一:用水培養(yǎng)大麥,然后把這些水收集起來澆灌狗尾草。

方案二:把大麥的根莖切碎制成勻漿,用大麥提取液培養(yǎng)狗尾草。

本文來自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaozhong/496745.html

相關(guān)閱讀：高中生物主要知識點(diǎn)