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2019-2020年高考生物復(fù)習(xí) 解題技巧19 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題教案 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(shí)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(shí)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? 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(duì)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(duì)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(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組接受處理，對(duì)照組不進(jìn)行處理。對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)常有如下四種類型： ⑴空白對(duì)照： 設(shè)計(jì)一個(gè)不加任何實(shí)驗(yàn)處理的對(duì)照組。 ⑵自身對(duì)照： 指實(shí)驗(yàn)與對(duì)照在同一對(duì)象上進(jìn)行，即不加設(shè)對(duì)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(duì)照，這種對(duì)照的關(guān)鍵是比較實(shí)驗(yàn)處理前后的變化。 ⑶條件對(duì)照： 給實(shí)驗(yàn)組某種處理，給對(duì)照組另一條件處理。如在“證明甲狀腺激素促進(jìn)幼小動(dòng)物發(fā)育”的實(shí)驗(yàn)中，可存在以下實(shí)驗(yàn)組和對(duì)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(duì)照組） 丙組：對(duì)蝌蚪不做任何處理（空白對(duì)照） ⑷相互對(duì)照： 不另設(shè)對(duì)照組，而是利用幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照。如在“植物向光性”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，2與1對(duì)照可證明感光部位在胚芽鞘尖端，3也可與1對(duì)照，4也可與1對(duì)照，也可與2對(duì)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?。┚褪菍?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(huì)對(duì)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(zhǎng)短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對(duì)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(duì)3個(gè)實(shí)驗(yàn)組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會(huì)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(duì)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认蚴⒂械矸廴芤旱脑嚬苤屑尤胪僖?，此時(shí)唾液中淀粉酶對(duì)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(cè)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(dòng)物耗氧量、發(fā)育速度等 生長(zhǎng)激素作用 ---- 生長(zhǎng)速度(體重\身高\(yùn)身長(zhǎng)變化) 胰島素作用 ---- 動(dòng)物活動(dòng)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(duì)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(duì)照性原則：設(shè)立對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)幾次脈搏，取其平均值的實(shí)驗(yàn)。 ２、四種對(duì)照 ① 空白對(duì)照：不給對(duì)照組任何處理因素。 ② 條件對(duì)照：雖給對(duì)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(duì)照：對(duì)照和實(shí)驗(yàn)都在同一實(shí)驗(yàn)對(duì)象上進(jìn)行。 ④ 相互對(duì)照：不僅僅設(shè)對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)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(qǐng)?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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)，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(duì)鄰近雜草生長(zhǎng)具有他感作用。請(qǐng)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(zhǎng)明顯受到抑制 ②A盒與C盒生長(zhǎng)狀況相當(dāng) 結(jié)論：①大麥對(duì)鄰近雜草生長(zhǎng)具有他感作用。 ②大麥對(duì)鄰近雜草生長(zhǎng)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(zhǎng)作用，請(qǐng)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。