专题六生物学设计性实验与研究性学习

专题六、生物学设计性实验与研究性学习一专题知识平台对于高中生物教材中的实验、实习、研究性学习列表如下：分类层次实验名称实验要求离子、分子水平实验叶绿体中色素的提取和分离生物组织中可溶性糖、脂肪、蛋白质的鉴定比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用▲探索影响淀粉酶活性的条件(选做)植物激素与向性(实习)动物激素饲喂小动物实验(实习、选做)DNA的粗提取与鉴定制作DNA双螺旋结构模型用DNA分子杂交的方法鉴定人猿间亲缘关系的模拟实验ⅠⅠ和ⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅠ亚显微细胞细胞水平实验人类染色体组型分析观察细胞质流动高倍镜使用和观察叶绿体的装片观察植物细胞有丝分裂观察植物细胞的质壁分离和复原ⅠⅠⅠⅠⅠ个体水平实验植物的向性运动的实验设计和观察用当地某种生物做有性杂交试验(实习、选做)▲学习微生物培养的基本技术（培养基制备、接种培养等技术）▲学习植物组织培养技术（实习、选做）ⅡⅡⅠⅠ种群水平实验性状分离比的模拟(探究)种群密度的取样调查(实习)▲自生固氮菌的分离（选做）Ⅰ或ⅡⅡⅡ生态系统水平实验设计制作小生态瓶，观察生态系统稳定性(实习)观察SO2对植物的影响ⅡⅠ研究性学习课题1：调查近期报刊杂志等媒体对生物科学技术发展的报道，并做交流报告课题2：设计实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响课题3：调查人群中的遗传病课题4：调查环境污染对生物的影响课题5：收集有关生态农业的信息，根据当地农业生产情况，设计一个农业生态系统▲课题6：收集有关生物工程产业发展的信息，并做交流报告▲课题7：调查生物工程制品在社会生活中应用，并写出调查报告独立完成教师指导完成小组合作完成小组合作完成独立完成独立完成独立完成注：1.实验要求中的“Ⅰ或Ⅱ”分别表示：Ⅰ：理解实验目的、原理和方法步骤，初步学会有关的操作技能，进一步理解有关的生物学知识。Ⅱ：能够独立完成实验或实习，理解探索性实验的基本过程，初步学会探索性实验的一般方法。2.“▲”表示属于选修课本。二高考热点聚焦（一）高考中对考生的实验能力和实验考试内容的要求1、能力要求（1）设计和完成实验的能力自然科学是实验性科学.自然科学的概念、原理和规律大多是由实验推导和论证的.教学过程中的实验有助于加深学生对自然科学概念、原理和规律的理解，也有助于培养学生的科学态度和创新精神，实验能力也是考生将来从事科学研究的基础.①独立完成实验的能力.包括理解实验原理、实验目的及要求，了解材料、用具，掌握实验方法步骤，会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题，会观察、分析和解释实验中产生的现象、数据，并得出合理的实验结论.②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.2.实验、实习和研究性学习的考试范围（1）生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定（2）高倍显微镜的使用和观察叶绿体（3）细胞质流动的观察（4）观察植物细胞的有丝分裂（5）比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率（6）探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用（7）温度对酶活性的影响（8）叶绿体中色素的提取和分离（9）观察植物细胞的质壁分离与复原（10）植物向性运动的实验设计和观察（11）设计实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响（12）DNA的粗提取与鉴定（13）调查人群中的遗传病（14）种群密度的取样调查（15）设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性（16）调查环境污染对生物的影响（17）观察SO2对植物的影响（18）学习微生物培养的基本技术（培养基制备、接种培养等技术）（二）高考热点分析及命题趋势生物学是以实验为基础的学科，从近年的实验题在高考中的题型变化看，新颖、灵活、考能力、拉距离的往往非实验题莫属。它在2003年新课程卷中占有相当大的比重，包括第23、26、27、33题一共有4道题共66分，占总分的22%。高考实验题力图通过在笔试的形式下考查学生的实验能力，同时希望通过一些简单的实验设计来鉴别考生独立解决问题的能力和“迁移”能力。高考生物学实验题的设计思路是：从多角度考查学生的生物学实验能力，理解所学实验的实验内容，包括实验原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能；具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释和分析；理解探索性实验的一般方法；能够制订课题研究的初步计划。尤其是能根据命题意图设计出科学、合理、严谨、简单的实验方案，并能对实验现象和结果进行解释和分析；能够制订并评价课题研究的初步计划。实验能力的提高必须立足于平常的实验教学。实验教学中要以实验中涉及的思想和方法、实验原理为重点。任何一个实验都包含着相关的实验思想和方法，这些思想和方法被广泛地应用于生物科学的研究当中，能否将学到的实验思想和方法迁移到新的实验情景中或相关的生物学探究实验中，是高考对考生实验能力考查的具体体现。生物高考也往往会出同学们未做过的实验，以考查考生分析能力、评价实验能力和设计、完成实验的能力，此类实验题大致分为四类：实验分析说明题、评价设计实验的方案和思路题、独立进行实验设计创新题、综合性实验题。许多同学对独立进行实验设计感到棘手，其原因恐怕在于不明确设计实验的思路流程和应遵循的基本原则。设计实验的思路流程是：首先要明确实验目的和要求→明确实验所依据的原理→正确选择实验材料和用具→合理安排实验的步骤→对实验结果进行预测和分析→得出科学的结论。高考试题的创新设计正朝着开放性、能力型目标迈进，综观近几年高考试题，直接来源于课本的纯验证性实验题越来越少，而源于教材高于教材，具有材料背景的新情景探究性实验题已逐渐演变为主流题型，处于更加突出地位，这就要求我们不仅要深刻理解教材基础实验的原理和基本操作，而且要将其应用与实践。值得强调的是：不管实验题材如何新奇，实验设问如何巧妙，但毕竟是试题设计的载体。解答的原理、方法、技能落实在课本实验中，同学们首先要对《考试大纲》中列出的考查实验内容给予足够的重视，亲历实验全过程。挖掘课本知识点中所蕴含的实验素材。三专题考点预测和策略（一）实验方法要素及处理要素关系的基本原则1．假设与假设验证原则实验的第一个要素：“假设”；第一项原则是“假设验证”原则。第一个要素：假设第一项原则：假设验证原则假设：较概括的假定预期：较具体的推断验证：用事实证实或证伪科学实验遵循的程序准则：假设——预期——验证2．变量与单一变量原则实验的第二个要素：“变量”；第二项原则是“单一变量”原则。第二个要素：变量第二项原则：单一变量原则①实验变量(自变量)②反应变量(因变量)实验目的在于操纵自变量，获取因变③无关变量(控制变量)④额外变量(干扰变量)实验关键在于控制无关变量，减少干扰变量一个实验变量对应观测一个反应变量。如A实验变量对应观测A反应变量，不可混入B反应变量。单一变量原则是处理实验中的复杂变量关系的准则之一。它有两层意思：一是确保“单一变量”的实验观测，即不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量；二是确保“单一变量”的操作规范，即实验实施中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。3．控制与平稳控制原则实验的第三个要素是“控制”，第三项原则是“平衡控制”原则。第三个要素：控制第三项原则：平衡控制原则①严格操纵控制实验变量与反应变量②力求平衡抵消无关变量与额外变量①单组法：对同一对象，既用A法，又用B法②等组法：对象状况相等，甲用A法，乙用B法③轮组法：甲组：A法→B法乙组：B法→A法通过实验控制，尽量消除实验误差，以取得较为精确的实验结果。4．对照与实验对照原则实验的第四个要素是“对照”；第四项原则是“实验对照”原则。第四个要素：对照第四项原则：实验对照原则设置对照，进一步消除无关变量对实验结果的影响，以增加实验结果的可信度①空白对照：指明不做任何实验处理的对照组。②自身对照：实验与对照在同一对象上进行。③条件对照：给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理。④相互对照：几个实验组相互对照。5．捕获解释与真实客观原则实验的第五个要素是“捕获”和“解释”；第五项原则是“真实客观”原则。第五个要素：捕获与解释第五项原则：真实客观原则捕获：捕捉、记录由实验变量而引起的反应变量的变化和结果，即捕获事实。解释：论证、说明实验变量与反应变量的因果关系，并推出结论，即解释事实。捕获解释事实、现象、数据，一定要实事求是，客观真实，力戒主观臆造(二)生物科学实验设计的原则和一般程序1．实验设计的原则①科学性原则——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。②可行性——从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都具有可行性。③简约性——设计实验时，要考虑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，实验操作比较简便，实验步骤比较少，实验时间比较短。④可重复性——重复、随机和对照是保证实验结果正确性的三大原则，任何实验都必须具有足够的实验次数，才能判断结果的可靠性。2．实验设计的一般程序(三)实验设计常见错误的矫治方法1．试误法：针对实验的目标状态，充分进行发散性思维，勇于探索，大胆想象，尝试采用多种设计方案，然后从设计的科学性、可行性和简约性进行评估，通过收敛性思维，寻求最佳设计方案，其模式如下图：2．填补法：通过设法填补两者之间的差距完成实验的设计过程，如果这种差距足够大，也可以分解成各级子目标，经过不断地填补一系列的小差距而到达目标状态。其模式如下图：填补过程可以是顺向的，也可以是逆向的。3．类比法：利用已有的实验知识和技能，利用知识的迁移能力，设计出具有类比关系(起始状态与目标状态比较类似)的实验。其模式如下图：（四）考点突破1.如何使用显微镜进行显微观察类实验？（1）高中生物学教材中的相关实验有：①高倍镜的使用和观察叶绿体②细胞质流动的观察③观察植物细胞的有丝分裂④观察植物细胞的质壁分离与复原。（2）顺利开展这类实验，首先应当知道显微镜的基本构造，熟练掌握显微镜的基本操作，特别是高倍镜的使用。其次应弄清相关实验的实验原理，明白所要观察的结构的特点及具体的观察目标。（3）运用几何光学的知识理解放大倍数、工作距离、装片移动方向、聚焦方法和采光等操作。2.如何对生物组织中的成分进行提取、分离和鉴别(定)？（1）高中生物学教材中的相关实验有：①生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定②叶绿体中色素的提取和分离③DNA的粗提取与鉴定（2）中学阶段，最常用的提取、分离的方法是利用各种物质溶解度的差异进行盐析或层析；最常用的鉴别(定)方法是利用各种物质特定显色反应（此法应严格控制样品的量，及排除其他有色物质的干扰）；最常用的定量方法是滴定法和比色法。3.如何进行模拟实验？（1）高中生物学教材中的相关实验有：①制作DNA双螺旋结构模型②性状分离比例几率的模拟此外，高中生物学中还可以进行模拟实验的内容有：①DNA分子杂交②动物种群密度的取样调查③生态系的模拟如“生物圈Ⅱ”试验④用数学模型模拟自然选择作用、竞争和捕食等。（2）在科学研究活动中，对于许多假说的验证，可能会受到时间或空间条件的限制，在这种情况下，就需要在实验室内，人工地创造一定的条件或因素，模拟实际情况下的条件或因素(有时则需要把所考查的因素突出或集中)，从而使研究者能够用较短的时间、方便的空间、较小的代价，获得可靠的实验结果。为了保证模拟实验具有仿真性，必须严格地控制实验条件；为保证实验的科学性，除事先根据实验条件设计的各种参数外，实验过程应坚决杜绝其他人为的干扰因素。（3）随着数学科学的发展和计算机科学技术的进步，数学建模及以数学建模为基础的计算机模拟实验发挥了越来越重要的作用，如高中生物学教材中的“种群增长模型”就是数学建模的典例。4.如何进行基于细胞培养的基本操作技术类实验？（1）高中生物学教材中的相关实验有：①学习植物组织培养技术(选做)②自生固氮菌的分离(选做)③学习微生物培养的基本技术(培养基制备、接种、培养等技术)（2）这类实验共同之处是均需配制培养基，并对培养基进行消毒灭菌，分离出的组织或细胞(细菌)都要在人工配制的培养基上