生物实验设计题解题方法

　　摘 要： 高考生物实验设计是考查学生掌握生物学知识的一项重要手段，本文主要从解题的角度去分析如何掌握做生物实验设计题时要注意的事项以及用文字表达时要注意的事项和运用的关键文字。 　　关键词：等量 单因子变量 对照 　　 　　实验题一直是生物高考试题中一个必不可少的组成部分，但长期以来一直停留在对实验材料、原理、目的、方法、步骤、注意事项等方面的考查，而很少涉及实验设计、实验分析评价等。近几年的高考试题中，实验设计题和实验分析评价题所占的比例开始加大，这不仅因为它的区分能力很强，更因为它能充分体现学生的生物科学素质。而很多学生在做实验题时总找不到分析题目的重点知识，也不能很好地运用生物学中的关键词去进行对实验过程的表达。究其原因，关键是学生对实验过程的理解能力、实验设计思维能力和实验设计步骤的表达能力的缺乏及实验结果的归纳总能力有一定的差距。因此，在复习中应加强对实验的复习，完成教材规定的实验，并重视以下方面： 　　 　　一、了解实验设计的基本原则 　　 　　实验设计的常用原则包括：1. 单因子或单一变量原则。2. 对照原则。3. 等量原则。4. 科学性原则。5. 随机性原则。6. 平行重复原则等等。在真正进行解题的实验设计书写过程中，在保证科学性原则的基础上，文字叙述中有三个原则即可，即：等量原则，单因子或单一变量原则，对照原则。 　　1. 等量原则 　　即在进行实验过程中所用的材料要相同（若为动物则要考虑所取性别、年龄、体重）、所用的试剂量及总量要相同、进行实验时的环境条件要相同、进行实验所用的时间要相同等。例（1）：“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，取两支试管，试管1加入2ml淀粉液，试管2加入2ml蔗糖液；后各加入2ml唾液淀粉酶。或者，取两支试管，试管1、2各加入2ml淀粉液，试管1加入2ml唾液淀粉酶，试管2加入2ml蒸馏水。 　　例（2）：“验证甲状腺激素能促进幼小动物发育”的实验中，在取蝌蚪进行实验过程中，所取的蝌蚪生长状况、大小要相同，饲喂饲料的时间、数量要相同，蝌蚪生活的外界条件（水质、温度等）要相同。这些相同的各种条件一定要用文字表达出来。 　　2. 单因子或单一变量原则 　　在进行实验过程中控制其他因素不变，只改变其中一个因素（要研究的因素），观察其对实验结果的影响。实验中一定要注意控制变量，即在实验中，一般只能确定一个变量，即唯一一个对实验产生影响的变量。而其它条件在实验组和对照组中应该是完全一样。 　　A. 变量的种类 　　①实验变量。实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，由实验变量而引起的变化结果则为反应变量。 　　例如：关于“温度影响唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，温度就是实验变量，而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。温度是变量，那怎样处理变量呢？单一的温度无法说明温度对酶的影响，因此应该设计不同的温度对酶的影响，可设计“低温(冰块)、适温(37℃)、高温 (沸水)”，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。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。 　　例如：“温度影响唾液淀粉酶水解淀粉”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、pH值、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。 如无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同、不均衡，就会产生不同的结果（即额外变量），影响实验的真实结果。因此，在一个实验设计中，所有的无关变量原则上一定要相同。 　　B. 变量的控制 　　变量的控制，是指控制其他因素不变，只改变其中一个要研究因素的变化，保证实验不受干扰或将干扰因素降低到最低程度，常用方法有：改变某条件、去除某物质、施加某种条件等。而控制其他因素的不变，只要运用等量原则即可。例如：“温度影响唾液淀粉酶水解淀粉”实验中，要控制其他因素不变，只要所用试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、pH值、温度处理的时间长短相同就达到目的了。 　　3. 对照性原则 　　一般情况下，一个实验设计里要有实验组和对照组。实验组，是接受实验变量（改变某条件）处理的对象组；对照组，是不接受实验变量（不改变某条件）处理的对象组。从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验组与对照组两者之差异可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。 　　在实验中，为了排除无关条件的干扰，常常要设立对照实验。所谓对照实验是指有一个关键条件不同，而其他实验条件都相同的情况下所进行的一组实验，以此了解条件与结果之间的关系，增强实验结论的可靠性。其中，直接用于论证结果的一组称之为实验组，用于对比的一组称之为对照组。 　　（1）对照实验组通常包括以下四种类型： 　　①空白对照：设计一个不加任何处理的实验，但要保证等量原则的存在。 　　例：“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。 　　②条件对照：给实验组某种处理，给对照组另一种条件的处理。 　　例：“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”实验中，可存在以下实验组和对照组： 　　甲组：饲喂甲状腺激素（实验组） 　　乙组：饲喂甲状腺素抑制剂（条件对照组） 　　丙组：对蝌蚪不做任何处理（空白对照） 　　③自身对照： 实验组和对照组在同一个对象上进行，不另设对照组。 　　例：“植物质壁分离和复原实验”就是典型的自身对照，关键是观察实验前后的动态变化。 　　④相互对照：不设对照组，而另设实验组相互对照。 　　例1：“胚芽鞘向光性实验”中，利用若干组燕麦胚芽鞘受不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。 　　例2：“证明玉米根的生长方向与地心引力的关系”实验，利用在垂直方向上，不同方向放置的玉米种子之间根的生长相互对照，说明了根的生长与地心引力的关系。 　　（2）如何设置对照实验呢？ 　　对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“除一关键条件与实验组不同外，其它实验条件与实验组完全相同”。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。所有的处理最终均体现在语言表达上。 　　 　　二、生物实验设计解题技巧 　　 　　1. 实验设计题一般分为两种类型： 　　验证类实验设计：对于实验现象可以由要验证的结论直接得出，不用讨论。 　　例：验证甲状腺激素的作用；验证胰岛素的作用；验证酶的专一性；验证植物的向光性；验证温度对酶催化性的影响等待。 　　探究研究类实验设计：对于实验现象一般要讨论并得出相应的结论。（一般从正、反、中间去讨论，例：温度对甲状腺激素的作用是否有影响。） 　　得到题目后仔细阅读，从题干内容确定实验属于哪种类型，确定该题的结论是直接得出还是要进行讨论得出。 　　2. 解题思路：实验目的→实验变量→实验步骤→实验结论 　　 |||　　摘 要： 高考生物实验设计是考查学生掌握生物学知识的一项重要手段，本文主要从解题的角度去分析如何掌握做生物实验设计题时要注意的事项以及用文字表达时要注意的事项和运用的关键文字。 　　关键词：等量 单因子变量 对照 　　 　　实验题一直是生物高考试题中一个必不可少的组成部分，但长期以来一直停留在对实验材料、原理、目的、方法、步骤、注意事项等方面的考查，而很少涉及实验设计、实验分析评价等。近几年的高考试题中，实验设计题和实验分析评价题所占的比例开始加大，这不仅因为它的区分能力很强，更因为它能充分体现学生的生物科学素质。而很多学生在做实验题时总找不到分析题目的重点知识，也不能很好地运用生物学中的关键词去进行对实验过程的表达。究其原因，关键是学生对实验过程的理解能力、实验设计思维能力和实验设计步骤的表达能力的缺乏及实验结果的归纳总能力有一定的差距。因此，在复习中应加强对实验的复习，完成教材规定的实验，并重视以下方面： 　　 　　一、了解实验设计的基本原则 　　 　　实验设计的常用原则包括：1. 单因子或单一变量原则。2. 对照原则。3. 等量原则。4. 科学性原则。5. 随机性原则。6. 平行重复原则等等。在真正进行解题的实验设计书写过程中，在保证科学性原则的基础上，文字叙述中有三个原则即可，即：等量原则，单因子或单一变量原则，对照原则。 　　1. 等量原则 　　即在进行实验过程中所用的材料要相同（若为动物则要考虑所取性别、年龄、体重）、所用的试剂量及总量要相同、进行实验时的环境条件要相同、进行实验所用的时间要相同等。例（1）：“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，取两支试管，试管1加入2ml淀粉液，试管2加入2ml蔗糖液；后各加入2ml唾液淀粉酶。或者，取两支试管，试管1、2各加入2ml淀粉液，试管1加入2ml唾液淀粉酶，试管2加入2ml蒸馏水。 　　例（2）：“验证甲状腺激素能促进幼小动物发育”的实验中，在取蝌蚪进行实验过程中，所取的蝌蚪生长状况、大小要相同，饲喂饲料的时间、数量要相同，蝌蚪生活的外界条件（水质、温度等）要相同。这些相同的各种条件一定要用文字表达出来。 　　2. 单因子或单一变量原则 　　在进行实验过程中控制其他因素不变，只改变其中一个因素（要研究的因素），观察其对实验结果的影响。实验中一定要注意控制变量，即在实验中，一般只能确定一个变量，即唯一一个对实验产生影响的变量。而其它条件在实验组和对照组中应该是完全一样。 　　A. 变量的种类 　　①实验变量。实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，由实验变量而引起的变化结果则为反应变量。 　　例如：关于“温度影响唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，温度就是实验变量，而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。温度是变量，那怎样处理变量呢？单一的温度无法说明温度对酶的影响，因此应该设计不同的温度对酶的影响，可设计“低温(冰块)、适温(37℃)、高温 (沸水)”，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。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。 　　例如：“温度影响唾液淀粉酶水解淀粉”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、pH值、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。 如无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同、不均衡，就会产生不同的结果（即额外变量），影响实验的真实结果。因此，在一个实验设计中，所有的无关变量原则上一定要相同。 　　B. 变量的控制 　　变量的控制，是指控制其他因素不变，只改变其中一个要研究因素的变化，保证实验不受干扰或将干扰因素降低到最低程度，常用方法有：改变某条件、去除某物质、施加某种条件等。而控制其他因素的不变，只要运用等量原则即可。例如：“温度影响唾液淀粉酶水解淀粉”实验中，要控制其他因素不变，只要所用试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、pH值、温度处理的时间长短相同就达到目的了。 　　3. 对照性原则 　　一般情况下，一个实验设计里要有实验组和对照组。实验组，是接受实验变量（改变某条件）处理的对象组；对照组，是不接受实验变量（不改变某条件）处理的对象组。从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验组与对照组两者之差异可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。 　　在实验中，为了排除无关条件的干扰，常常要设立对照实验。所谓对照实验是指有一个关键条件不同，而其他实验条件都相同的情况下所进行的一组实验，以此了解条件与结果之间的关系，增强实验结论的可靠性。其中，直接用于论证结果的一组称之为实验组，用于对比的一组称之为对照组。 　　（1）对照实验组通常包括以下四种类型： 　　①空白对照：设计一个不加任何处理的实验，但要保证等量原则的存在。 　　例：“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。 　　②条件对照：给实验组某种处理，给对照组另一种条件的处理。 　　例：“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”实验中，可存在以下实验组和对照组： 　　甲组：饲喂甲状腺激素（实验组） 　　乙组：饲喂甲状腺素抑制剂（条件对照组） 　　丙组：对蝌蚪不做任何处理（空白对照） 　　③自身对照： 实验组和对照组在同一个对象上进行，不另设对照组。 　　例：“植物质壁分离和复原实验”就是典型的自身对照，关键是观察实验前后的动态变化。 　　④相互对照：不设对照组，而另设实验组相互对照。 　　例1：“胚芽鞘向光性实验”中，利用若干组燕麦胚芽鞘受不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。 　　例2：“证明玉米根的生长方向与地心引力的关系”实验，利用在垂直方向上，不同方向放置的玉米种子之间根的生长相互对照，说明了根的生长与地心引力的关系。 　　（2）如何设置对照实验呢？ 　　对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“除一关键条件与实验组不同外，其它实验条件与实验组完全相同”。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。所有的处理最终均体现在语言表达上。 　　 　　二、生物实验设计解题技巧 　　 　　1. 实验设计题一般分为两种类型： 　　验证类实验设计：对于实验现象可以由要验证的结论直接得出，不用讨论。 　　例：验证甲状腺激素的作用；验证胰岛素的作用；验证酶的专一性；验证植物的向光性；验证温度对酶催化性的影响等待。 　　探究研究类实验设计：对于实验现象一般要讨论并得出相应的结论。（一般从正、反、中间去讨论，例：温度对甲状腺激素的作用是否有影响。） 　　得到题目后仔细阅读，从题干内容确定实验属于哪种类型，确定该题的结论是直接得出还是要进行讨论得出。 　　2. 解题思路：实验目的→实验变量→实验步骤→实验结论 　　 |||　　（1）明确实验目的；通过实验目的确定实验变量；（题中可变的单一因素）找到实验变量是整个解题的关键。 　　（2）设计对照实验应遵循：单一因素不同；其他因素相同且最适。 　　3. 实验设计过程中实验步骤的一般文字描述（步骤设计一般不宜连续描述，需要分段叙说，并加以编号）；一般方案如下： 　　实验步骤： 　　（1）取样本材料数量n或实验器械数量n，编号1、2、……（或A、B、……/或甲、乙） 　　（在这里实验材料包含实验中用到的各种动植物，取材时要注意数量和生理及发育状态相同；一般要用的文字：生长状况、大小相似、发育状态相同等。实验用具有烧杯、培养皿、饲养动物的容器等等。这些材料用具在试题中都会给出，注意要结合实验的目的、原理合理利用。） 　　（2）设置实验组和对照组，两组所取的材料数量要相同（可用n株或n只），或两组加入的物质总量要相同（可用“等量”）。 　　（3）实验组和对照组在除一关键条件不同外，其它条件相同，并在适宜条件下进行实验，实验所用的时间要相同。 　　（4）观察实验组和对照组出现的实验现象或结果并记录。 　　（预测）实验结果：若为验证性实验，根据相关原理解题，结果唯一。若为探究性实验，将所有的可能符合实际的结果排列出来。 　　分析实验结果：（1）先写原理。（2）运用原理进行分析怎样得出相应的结果。 　　 　　三、简明地组织语言文字 　　 　　1. 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。 　　2. 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。而在这一环节上，学生往往会出现各种各样的错误。例如： 　　（1）测交结果预测，除了全黑、有白有黑外，还有全白。 　　（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”。 　　（5）研究光对种子萌发的影响时，不能把“有无光照”说成“阳光”、“阴暗”。 　　3. 常用的表达词汇：适宜、适应、等、相同、等量、各、分别、显著差异、相同一段时间、依次等词。 　　总的来说，要在每一次考试中做好实验题，在平时的练习中要注意使用准确的生物学名词，注意上面所提到的各种注意事项，这样，经过一段时间正确的训练，相信学生都能较好地做好实验题