最新高中生物实验设计宝典优秀名师资料.doc

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1、高中生物实验设计宝典 超级行教育网 高中生物实验设计宝典一、专题内容范围 . 3 二、考试大纲考查要求和命题角度 . 3 (一)考查要求 . 3 (二)命题角度 . 3 三、生物实验的理论和方法 . 4 (一)生物实验程序 . 4 (二)生物实验的基本步骤 . 4 (三)生物实验的变量、原则 . 5 (四)生物实验设计的方案内容 . 9 (五)生物实验的方法技术、试剂、器材 . 10 四、生物实验的基本题型分析 . 12 1.基本操作型实验题 . 12 2.实验材料的选用型实验题 . 12 3.实验原理的理解和应用型实验题. 12 4.实验结果的推断和处理型实验题. 12 5.经典实验信息解读

2、型实验题 . 13 6.探究型实验设计题 . 13 7.开放型实验设计题 . 13 8.验证性实验设计题 . 14 五、实验题解题的基本思路 . 14 1.了解题目要求 . 14 2.明确实验的目的和原理 . 14 3.确定实验思路 . 14 4.科学设计实验步骤 . 15 5.记录分析实验方法和步骤、现象和数据 . 15 6.分析得出结论 . 15 7.注意事项及补救措施 . 15 六、提高生物实验设计水平的几点见解 . 15 1.掌握书本知识是提高能力的基础. 15 2.深刻领会教材有关实验的本质与特点是提高实验设计能力的前提. 15 3.学会对已知实验进行变换与转化设计是提高实验设计能力

3、的有效手段 . 15 4.模拟教材经典实验进行重复性实验设计 . 16 教育资源门户，提供试题、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载 超级行教育网 七、生物实验设计题型题例分析 . 16 1.设计实验步骤的解题策略与评价. 16 1.1补充步骤型实验设计 . 16 1.2开放型实验步骤设计 . 18 1.3探索型实验步骤设计 . 18 1.4验证型实验步骤设计 . 19 2.设计实验方案的解题策略与评价. 20 2.1开放型实验方案设计 . 20 2.2基本操作流程方案设计 . 21 2.3评价型实验方案设计 . 22 2.4探索型实验方案设计 . 23 3.纠错和改进实验设计的解题策略

4、和评价 . 24 3.1方法的纠错和改进 . 24 3.2控制条件的纠错和改进 . 25 3.3实验程序的纠错和改进 . 26 3.4实验方案的纠错和改进 . 27 4.开放型实验设计的解题策略与评价 . 28 4.1方法开放型 . 28 4.2条件开放型 . 29 4.3结论开放型 . 29 4.4综合开放型 . 30 5.关于实验装置实验题的解题策略与评价 . 31 5.1实验装置的改进 . 31 5.2实验装置的连接 . 32 5.3实验装置的设计 . 32 5.4设计实验记录表格 . 34 5.5材料分析型实验设计题 . 35 5.6设计实验中物质变化的曲线 . 36 5.7图解表述型

5、实验设计题 . 36 5.8图文转换型实验设计题 . 37 教育资源门户，提供试题、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载 超级行教育网 高中生物实验设计宝典 一、专题内容范围 1.必修及选修教材实验;实习;研究性课题。 2.实验设计基本理论及题型题例剖析。 二、考试大纲考查要求和命题角度 (一)考查要求 2006年考试大纲对实验提出了以下要求: 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所学的自然科学理

6、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，对实验能力的考查提出了具体要求。 3.对实验考查要求主要有两方面变化:一是关于能力要求“分析综合能力”中增加了定量描述自然科学的现象和规律，用简单的图表和数据描述生命活动的特征等方面;这一要求体现在生物命题上可能是绘制坐标曲线图、设计图表归纳等方式，不可能是生物形态图，如果是形态图，不可能进行定量描述;二是考试范围与去年不同，去年分五块体现的，今年则是分必修、选修及实验、实习与研究性课题三块体现的，从这一变化我们可以看出，今后高考将特别重视实验、实习与研究性课题的考查。 (二)命题角度 综观多年高考实验题目，命题角度主要有如下几个方面

7、的特点: 1.以实验，尤其是经典实验、新技术的各项实验为背景，重点考查学生的基础知识、基本理论及运用已有知识在新情境下解决有关问题的能力。如2002年全国理综试题中“验证镁是植物生活的必要条件”的错误实验分析和正确的实验设计。 2.以教材所列实验内容为命题材料，考查学生对实验技术的掌握，对实验原理、实验程序等内容的分析、归纳和总结，重点考查学生的具体实验水平、实验洞察与分析推导能力，运用恰当的语言对实验结果作出科学描述和解释的能力。 3.以给出材料为基础，根据现有条件，设计实验程序、预测实验结果，并对实验结果进行合理的分析和解释，以考查考生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

8、分析的能力等。如2001年全国理综合测试中“设计实验证明生长素在植物体只能从形态学上端向下端运输”，再如2003年理科综合能力测试(新课程卷)中“验证脊神经背根、腹根的传导功能”等，该类试题能较好地反映考生的综合素质(如自学能力、收集处理信息的能力、语言表达能力、知识迁移能力与创新能力、实验研究的方法和能力、逻辑思维的条理性与严密性等)，已成为当前命题的热点。 4.今后的高考实验命题将有可能在以下两个方面有所突破:一是增加题目的开放性，主要是实验教育资源门户，提供试题、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载 超级行教育网 题目、材料、方法和步骤等部分环节的开放，而不是完全开放。二是给出相关

9、的实验数据，让学生对实验结果进行处理，包括分析、描述、表达等，以体现考试大纲中“用简单的图表和数据描述生命活动的特征”能力要求。 三、生物实验的理论和方法 生物学作为一门以实验为基础的自然科学，实验是获取生物学知识的重要手段，是科学研究过程的重要环节，从孟德尔对遗传定律的研究中便不难发现实验的重要性，并且可从中了解科学研究的基本过程。 (一)生物实验程序 生物科学实验的一般程序为: 观察并提出问题?提出假说?设计并完成实验?分析数据，得出结论。 1.观察，提出问题 在观察基础上提出有意义的值得探讨的问题。 2.提出假说 假说也称假设或猜测，指用来说明某种现象但未经证实的论题，也就是对所提出的问

10、题所做出的参考答案。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科学原理，通过创造性的思维，提出初步假定。 第二步，作出预测推断，依据提出的假说，进行推理得出假定性结论。 如:孟德尔“对分离现象解释的验证的测交”实验的假说是:F(Dd)产生配子时，产生含有基因1D和含有基因d的两种配子，并且它们的数量相等。而预期是测交结果的后代中高茎与矮茎之比为1:1。 3.设计完成实验 实验是完成假设和解决问题的最终途径，指在人为控制的条件下研究事物变化的一种方法。如孟德尔在验证“对分离现象的解释”这一假设时，便巧妙地设计了“测交”实验。 4.分析数据，得出结论 观察、实验的目的在于

11、获取验证性的结果。所以在实验中要记录实验的事实、现象、数据，捕捉、记录由实验变量带来的反应变量。据此论证、说明实验中的自变量与因变量的因果关系，进而得出实验结论。?如果所获取的结果与假设相符，则肯定假设;?如果结果与假设不相符，则否定假设;?如果结果与假设无关，则无从判断，可另做假设。实验过程必须客观、真实。 (二)生物实验的基本步骤 一个完整的生物学实验包括以下基本步骤: 1.确定课题，明确目的原理 做什么实验;解决什么问题;依据什么原理。 2.提出假设 提出初步假定，并对可见现象提出一种可检测的解释，具体为: 符合事实,假设成立, 例如，孟德尔“对分离现象解释的验证”的测提出假设,寻找证据

12、,不符合事实,假设不成立,交实验假设是:“F(Dd)产生配子时，产生含有基因D和基因d的两种配子，并且它们的数目相等”。 13.作出实验预期 教育资源门户，提供试题、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载 超级行教育网 在检测实验假设前，先提出实验预期结果(一个假定的结果)，若预期结果没有实现，说明假设不成立;若预期结果实现，则假设成立。 4.设计实验 根据实验目的和提出的假设，确定实验基本思路，确定选材、装置及实验对照等，设计实验的具体方法步骤，并按设计的方案进行操作。 5.观察、记录实验现象和收集数据 客观如实地观察、记录实验现象，得出实验结果，并通过一定方式将实验结果呈现出来。 6.

13、分析作结 对记录的数据(包括现象和结果)进行整理分析，归纳出一般概括性判断，并用文字、表格、绘图等形式作出简明的总结。 7.推论 根据实验事实进行推理得出结论。 8.交流 写出实验报告。 (三)生物实验的变量、原则 生物实验设计应该注意以下几个方面的问题: 1.科学实验应先确定实验变量 在实验过程中，变量是指可被操纵的特定因素或条件。据其在实验中的作用，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

14、后果。例如在“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，所给定的低温、适温和高温是实验变量，而由于低温、适温和高温条件变化，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外的影响实验现象和实验结果的因素或条件。额外变量也称干扰变量，指实验中由于无关变量引起的变化和结果。显然额外变量会对反应变量起干扰作用。如:上述实验中除实验变量以外，试管的洁净程度、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、实验操作程序、温度处理的时间长短等，都属于无关

15、变量。如果无关变量的任何一个或几个因素或条件，对三个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会对实验结果造成干扰，产生误差。在实验设计和操作中，要尽量减少无关变量，而且不同的实验组中的无关变量应完全相同，这样就会避免实验结果的差异是由于无关变量引起的可能性，便于清晰地研究实验变量与反应变量的关系。 (3)教材中相关实验的变量 实验 自变量 因变量 无关变量 实验4 催化效率的高低(以点燃但无火试管等用具的洁净度、环境温度、比较过氧化氢酶和3，) 焰的卫生香燃烧的猛烈程度表相同材料的量、各种试剂的量、催化剂的种类(过氧化氢酶、Fe，3Fe的催 示或气泡产生速度表示) 反应时间等 化效率 教育资源门

16、户，提供试题、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载 超级行教育网 淀粉酶将淀粉水解(处理后加斐 林试剂，加热出现砖红色沉淀)，淀粉与蔗糖溶液的量、水浴的温 实验5 但不能水解蔗糖(处理后加斐林度与处理时间、斐林试剂的使用底物的种类(淀粉、探索淀粉酶对淀粉和试剂并加热，无砖红色沉淀出量与加热时间、操作程序等 蔗糖) 蔗糖水 现) 解的作用 ?幼苗的种类及生长状况、 ?是否黑暗、单侧实验8 环境温度、培养条件、处理?幼苗弯曲状况 光照、均匀光照) 植物向性运动的实验的部位、装置的合理性等 ?根的弯曲方向 ?改变幼苗空间位置设计和 ?萌发种子的种类及萌发状况、 以接受重力影响 观察 环境温度、

17、培养条件等 质壁分离(液泡失水缩小、颜实验9 溶液的种类及浓 外界溶液 色变深、原生质层与细胞壁观察植物细胞的质壁度;分离与复原现象的观察;装的浓度即高渗及低分离); 分离和 片的洁净度及临时装片的制作;渗溶液) 质壁分离复原(液泡恢复原状、复原 材料的选择等。 颜色变浅、原生质层恢复原状) 实验装置及器材的一致性、实验 浓度的控制、植物生长状况、SO2不同浓度 实验12 植物体的生长状态的变化 培养的环境条件、实验操作程序、的SO 2 观察SO对植物的影响 2观察时间的长短等 试管的洁净度、淀粉溶液的量、实验13(选修)、 温度(60?热水、沸加碘液后溶液颜色的变化 不同温度的处理时间长度、

18、操作温度对酶活性的影响 水、冰块) 程序、碘液的加入量等 ?扦插枝条的生根状况的差 研究课题 生长素(或类似物) 异 设计实验观察生长素或实验材料的一致 的 ?果实发育状况的差异 生长素类似物对植物生不同浓度 性、激素浓度的准确性、处理时长发育的影响 ?落花落果状况在使用前后的间的一致性等 差异 2.实验设计的原则 (1)科学性原则 所谓科学性原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期有科学依据，实验的各个环节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。 科学性原则具有两个方面的含义。首先，必须保证实验的设计不出现科学性错误;其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的因

19、素。具体地说，科学性原则体现在以下几个方面: ?实验原理的科学性 实验原理是实验设计的依据，也是用来检验和修正实验过程中失误的依据，因此它必须经前人总结或经科学检验得出的科学理论。如2000年全国高考试题中第25题，要求学生通过实验验证“钙离教育资源门户，提供试题、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载 超级行教育网 子在血液凝固中的作用”。题中给出了两个实验原理:血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，若缺少它则血液不凝固;草酸钾溶液能与钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，因此具有抗凝血作用。这两条原理科学而且完整，学生可由此产生明确的设计思路。 ?实验材料选择的科学性 根据实验目的和实验

20、原理选择恰当的实验材料，是保证实验获得预期结果的关键因素之一。孟德尔选用自花传粉的豌豆作为杂交实验材料，以及“植物细胞的质壁分离和复原实验”选用紫色洋葱作为实验材料都是经典的成功选材的范例。再如，新鲜的黑藻嫩叶是“观察细胞质流动”实验的理想材料，因其新鲜，故能保证观察到的是活细胞;因其含水量多，故能保证细胞质流动的流动速度快，实验现象明显;因其含叶绿体，故能使细胞质的流动速度和流动方向清晰可见;因其叶片薄，故便于制片且能在显微镜下观察。另外，黑藻在一年四季都可以培养，取材方便。有了这样的实验材料，再加上科学的方法，就可以顺利达到实验目的。 ?实验方法的科学性 只有科学的实验方法，才能得出正确而

21、可靠的实验结果，如证明植物的光合作用过程中释放CO2的实验是这样设计的:通入的空气先经过NaOH溶液除去其中的CO，再经过Ca(OH)溶液检验CO222是否完全除尽，最后才通入装有萌发的种子的密封容器中。只有经过这样的步骤，才能完全排除干扰因素，证明瓶中的CO确实来源于种子的呼吸作用。 2?实验结果的科学性 这是指对于实验得出的结论不能简单对待，而应该首先记录，然后整理，最后再经过仔细分析，找出它们所能透露给我们的最大的信息量。如下面这个实验:用含有各种必需矿质元素的溶液培养大麦，48小时后测定几种离子的浓度占该离子开始浓度的百分比，实验结果如下: 2，2，实验条件 水分消耗(mL) Ca K

22、 Mg 光照 1090 135 27 179 黑暗 534 105 35 113 上面的结果因为经过了记录和整理，所以使人一目了然。观看这个实验结果，首先要看出该实验中设计了哪些对照组，由上表可知，表中出现三组对照:一组是有光与无光;一组是水分的吸收与矿质元素的吸收;还有一组是不同的矿质元素的吸收情况比较。所以我们分析实验结果时，也应从这三个方面人手，得出如下结论:一是植物对水分和矿质元素的吸收与光有关;二是植物对水分和矿质元素的吸收是两个相对独立的过程;三是植物对矿质元素的吸收具有选择性。 (2)平行重复原则 任何实验必须有足够的实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。平行重

23、复原则要求控制某种因素的变化强度，观察其对实验结果的影响程度。下面的这道题就是根据平行重复原则设计的实验。在用质壁分离法测定细胞液浓度的实验中，把剪成小块的洋葱表皮分别放人下面各组溶液中，结果如下表: 培养皿 蔗糖溶液浓度 发生质壁分离细胞占观察细(mol/L) 胞数目的百分比 1 O.2 无 2 O.3 无 3 0.4 15, 4 O.5 40, 5 O.6 80, 6 0.7 99, 7 O.8 100, 请回答: (1)该洋葱细胞液等渗浓度范围为 。 (2)在以上基础如何改进实验，将测定的洋葱表皮细胞的细胞液浓度范围精确到小数点后两位数。 A.需设置的蔗糖溶液浓度分别为 。 B. 。 教

24、育资源门户，提供试题、教案、课件、论文、素材及各类教学资源下载 超级行教育网 C.观察。 D.结果与分析。 实验的第二步需要根据平行重复原则设计实验来得出结论。 (3)单一变量原则 该原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确。其含义是: ?不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个变量对应观测一个反应变量。 ?实验中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。例如，在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解作用”的实验中，加入的淀粉和蔗糖是单一变量，而加入的淀粉酶的量、反应温度、pH则应控制成相同条件，否则这些因素的差异将作为无关变量，干扰实验结果及对实验结果的分析。 再如:某兴趣小组为了研究阳光对大豆发芽

25、的影响，而在两个花盆里种了大豆，并设计如下实验: 花盆 阳光 温度 水 I 光照 20? 充足 ? 暗室 20? 不充足 在这一实验设计中，应该改正的错误是( ) A.两个花盆应该放在向阳的地方 B.两个花盆都应放在暗处 C.两个花盆的温度不应该一样高 D.两个花盆都应该浇给充足的水 这个实验要研究的是阳光对大豆发芽的影响，因此阳光应该为自变量。根据单因子变量的原则，其他因素都应相同，两花盆该浇给同样充足的水，这样既保证了单一变量，又使大豆不会因为缺水而影响发芽。而如果两个花盆都浇水不足，两个花盆中的大豆就会因为缺水而使发芽不良，也会导致实验的失败。因此，在考虑单因子变量原则时，还应尽量使常量

26、能够满足实验成功的条件。 (4)控制与平衡控制原则 该原则是指要严格地操纵自变量，以获取因变量。同时，要严格地均衡无关变量，以消除额外变量干扰。即尽量消除实验误差，以取得较为精确的结果。常用的方法有单组、等组及轮组实验法。 ?单组实验法 对一组(或一个)对象，既用A法，又用B法，顺序随机或轮流循环，这是生物实验常用的实验方法。例如，“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验，通常是将做好的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞装片，先用蔗糖溶液做质壁分离观察，接着又用清水做质壁分离复原观察，这就是单组实验法。由于对象同一，无关变量的影响也就被平衡和抵消了。 ?等组实验法 将状况相等的对象，分成两组或多组，一组用A法，另一组用B法，这也是生物实验常用的实验方法。例如，“植物激素与向性”实验，设计了5组实验，其对象是玉米幼苗，要求品种、萌发期、粗细、大小、长势