高三生物实验设计专题详解课件

实验理论实验是科学研究过程中的一个重要环节，是在人为控制条件下，研究对象的变化，以其结果论证科学结论的一种科学方法。由于研究问题的性质不同，科学研究的方法也有差异，但通常可分为以下几步：观察提出问题假说实验结论(一)观察观察是科学研究方法的第一步。对事物进行观察时必须周详，并记录下来，尤为重要的是要操持客观的态度，人们常希望看他们想要看或应该看到的现象，因此而影响观察结果，产生偏差，这就要真实的记录，不能虚假。(二)提出问题虽然任何人都能提出问题，但只有意义的问题才值得探讨，因此，进行研究时，不仅要提出问题，而且要提出确切的问题。此外对问题的叙述，也要清楚和正确，如“染色体的运动是否由于纺锤丝的牵引？”(三)假说科学方法的第三步是假说。假说也称假设或猜想，指用来说明某种现象而末经证实的论题，也就是对所提出的问题所作出的参考答案。假说一般分为两个步骤：第一步，提出假说，即依据发现的事实材料或已知的科学原理，通过创造性思维，提出初步的假定；第二步，作出预期推断，即依据提出的假说，进行推理，得出假定性的结论。例如“动物激素饲养小动物的实验”，其假说是“甲状腺激素对动物的生长发育有影响”；其预期结果是：“用适量的甲状腺激素饲喂蝌蚪，在短期内将快速地发育成一只小的青蛙”，实验证实预期的推断正确。(四)实验实验就是验证假说和解决问题的最终途径，指在人为控制的条件下研究事物的变化的一种方法，是科学方法的最大特色，也是科学方法中最困难的一步。在科学实验过程中，应掌握和贯彻以下几点：1、实验设计的基本原则1.1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基本知识和基本原理以及其它学科领域的基本原则。1.2可行性原则：在实验设计时，从原理、实验实施到实验结果的产生，都实际可行。1.3简便性原则：实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。1.4可重复性原则：重复、对照、随机是保证实验结果准确的三大原则。任何实验都必须有足够的实验次数才能判断结果的可靠性，设计实验只能进行一次而无法重复就得出“正式结论”是草率的。1.5单一变量原则不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。例如：我们在做“植物的向性运动”有重力与单侧光两个实验变量，必须要有各自实验和变化结果，常见的错误就是在有光的条件下进行重力实验变量，影响了实验结果的准确性。例如:在验证温度对酶活性的影响的实验中，就必须控制pH值、底物量和酶量的相等，只改变单一变量——温度，观察不同温度下酶活性的差异。遵循单一变原则，既便于对实验结果进行科学的分析，又增强实验结果的可信度和说服力。①实验变量与反应变量。实验变量(也称自变量)是实验中由实验者操纵的因素或条件，而反应变量(也称因变量)是指由实验变量而引起的变化结果，二者之间是前因后果的关系。实验的目的就在于获得和解释前因与后果。例如：关于“温度对酶活性的影响”的实验中，“低温(冰块)、适温(37℃)、高温(沸水)就是实验变量，而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。该实验旨在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。无关变量是指实验中除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。它们之间也是前因后果的关系。但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。例如：“温度对酶的活性”影响中，除实验变量(温度)外，试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。1．6对照性原则实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。由于同一种实验结果可能会被多种不同的实验因素所引起，因此如果没有严格的对照实验，即使出现了某种预想的实验结果，也很难保证该实验结果是由某因素所引起的，这样就使得所设计的实验缺乏应有的说服力。可见只有设置对照实验，才能有效地排除其它因素干扰结果的可能性。才能使设计显得比较严密。如何设置对照实验呢？所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。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所有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。设置对照组有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。课本中涉及到的用甲状腺制剂饲喂蝌蚪与正常情况下蝌蚪不作任何处理对照就属于空白对照；(2)条件对照，指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。例如：“动物激素饲养小动物”采用等组实验法，其设计实验方案是：甲组：饲喂甲状腺激素(实验组)乙组：饲喂甲状腺抑制剂(条件对照)丙组：不饲喂药剂(空白对照组)显然，乙组为条件对照，该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分说明实验变量甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育。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。(4)相互对照:不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。根据实验目的要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照组实验。另外，对实验结果的分析要注意分析方法的选择，有时还要求用图表表示有关结果或事实，这也是常用的基本技能。如在“植物向光性”的实验设计中，如下图所示，2与1对照可证明感光部位在胚芽鞘尖端，3也可与1对照，4也可与1对照，也可与2对照。光光光光1234未经处理尖端遮光切去尖端中部遮光光光光光2、实验设计的思路和方法2．1实验设计的思路首先，应认真研究实验课题，依据科学的实验思维方法，找出其中的实验变量和反应变量，理解题目已知条件所隐含的意义。明确实验目的、实验原理及实验要求的基本条件。其次，充分利用所给器材和试剂，构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获方法。—般情况下，题目中所指定的器材、试剂，任何一种都应在实验的相关步骤中出现，避免遗漏或自行增加某种器材或试剂。精心策划实验方法、严格设计实验过程、合理设置对照或变量，并引入科学的测量方法其三，最后再选择适宜的实验材料(实验对象)，在注意实验步骤关联性的前提下表述实验步骤，并从不同的角度分析实验结果。2．2实验设计的方法一份完整的实验设计方案，应该包括：实验名称：是关于一个什么内容的实验。实验目的：要探究或者验证的某一事实。实验原理：进行实验依据的科学道理。实验对象：进行实验的主要对象。实验条件：完成该实验必需的仪器、设备、药品条件。实验方法与步骤：实验采用的方法及必需操作程序。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的记录。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。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。实验设计明确实验目的分析实验原理确定实验思路设计实验步骤预测结果并分析得出实验结论、3实验设计应注意的问题3．1在掌握实验目的(即需要验证的生物学事实)、原理的基础上确定实验方法。3．2严格遵循实验设计的基本原则，准确设置对照或变量。3．3注意实验程序的科学性、合理性。3．4对实验现象进行准确的观察、测量、记录。3．5准确地预测实验结果，实验设计的最后往往还需要预测实验结果，在结果预测上要全面，准确。例如：①测交结果预测，除了全黑，有白有黑外，还有全白（只是概率较小）。②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”。③用亚甲基蓝做菌量检测时，不能把“褪色”说成“无色”。④在验证甲状腺激素对促进幼小动物发育的作用时，不能把“发育”说成“生长”。能够预测可能出现的实验结果及其导致原因，并能够得出科学的实验结论。3．6合理地设计操作过程基本的实验方法选定以后，紧接着就要编定具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理规范、切实可行，否则也会造成很大的失分。如：①从动物体内取血，是从臀大肌中抽取，还是从血管中抽取？取血前是否要用酒精棉球对取血部位进行消毒？②向淀粉糊中加了唾液后是否要振荡试管呢？③酶促反应的试管如何加热？是直接加热，还是水浴保温？④在用酒精溶解叶中叶绿素时，酒精要加热，是直接加热，还是隔水加热？⑤使甲状腺制剂、胰岛素、生长激素进入动物体内的方法应如何操作？是饲喂，还是注射？⑥不同的情况下要合理地选用不同的水。如：清水、池水、凉开水、蒸馏水、生理盐水。……等等3.7简明地组织语言文字如：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，水槽等）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”等等。常用的表达词汇：适宜、适应、等、相同、等量、各、分别、显著差异、一段时间4、中学实验有关的一些最常见的经典性的实验方法汇总如下：（1）化学物质的检测方法如：①淀粉——碘液②还原性糖——斐林试剂、班氏试剂③C02——Ca（0H）2溶液或酸碱指示剂④乳酸——PH试纸⑤02——余烬复然⑥无02——火焰熄灭⑦蛋白质——被蛋白酶分解、双缩脲试剂、燃烧⑧脂肪——苏丹Ⅲ、苏丹Ⅳ（2）实验结果的显示方法如：①光合速度——02释放量或CO2吸收量或淀粉产生量②呼吸速度——02吸收量或CO2释放量或淀粉减少量③原子途径——放射性同位素示踪法④细胞液浓度大小——质壁分离、体积的变化⑤植物细胞是否死亡——质壁分离⑥甲状腺激素作用——动物耗氧量，发育速度，神经系统兴奋性等⑦生长激素作用——生长速度（体重变化，身高身长变化）⑧胰岛素作用——动物活动状态、血糖浓度⑨菌量——菌落数或亚甲基蓝褪色程度（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CO2——NaOH溶液④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境（饥饿处理）⑤除去叶中叶绿素——酒精加热⑥除去光合对呼吸干扰——给植株遮光⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光⑧血液抗疑——加入柠檬酸钠⑨线粒体、细胞膜提取——细胞匀浆离心⑩骨的脱钙——盐酸溶液⑾CO2浓度的平衡——NaHCO3溶液(五)结论以上科学方法是进行实验设计，制定实验方案的理论依据。解实验题的基本模式（1）.分组：根据实验要求和材料，有的实验只分2组，有的实验分3组，也有的实验分若干组。各组材料量要相同。如观察影响种子萌发因素类实验中，每组要取符合统计要求的一定量（如10、20、30粒），一定不要每组一粒种子。并给每组编号等。（2）.做对照处理：根据实验的目的和要求，改变一种实验变量，其他条件一定相同。（3）.再做相同的处理：如在同一条件下培养一段时间或都恒温或水浴加热等。（4）.观察现象或实验结果：仔细观察实验组与对照组的差异（5）.得出结论：由于实验组和对照组只有一个条件的差异，因此实验结果的不同一定是由唯一的这个条件差异引起的。如果是验证性实验，结论就在题目中；如果是