實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析講座

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析講座第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日近年來的生物學(xué)高考中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評價(jià)題已經(jīng)成了一種熱點(diǎn)題型。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評價(jià)題側(cè)重考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、思維能力和創(chuàng)新能力等各方面的能力，以及進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想和方法，能較好地體現(xiàn)新課程的教學(xué)理念，有利于指導(dǎo)新一輪教育課程改革，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對人才需要的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的能力要求高，難度大，在平時(shí)練習(xí)中，一直存在著學(xué)生怕做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，一遇到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)便愁眉苦臉,難以下筆的現(xiàn)象。在高考備考中，如何提高學(xué)生的生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評價(jià)能力呢？第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、明確高考考試大綱要求：2005年高考生物學(xué)科考試大綱能力要求第3條明確指出，理解所學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)的內(nèi)容，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法和操作步驟，掌握相關(guān)的操作技能；具備驗(yàn)證相關(guān)生物學(xué)事實(shí)的能力，并能對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行解釋、分析和處理；能對一些生物學(xué)問題進(jìn)行初步的探究性研究。第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ罂煞謨蓚€(gè)層次：（1）會(huì)觀察、分析和解釋實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)并得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，具備驗(yàn)證簡單生物學(xué)事實(shí)的能力。（2）靈活運(yùn)用已學(xué)過的自然科學(xué)理論，設(shè)計(jì)簡單的實(shí)驗(yàn)方案，理解探索性實(shí)驗(yàn)的一般方法。第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、了解高考實(shí)驗(yàn)試題類型：

研究近幾年來高考題中的實(shí)驗(yàn)題可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、評價(jià)的理解能力、實(shí)驗(yàn)條件的控制和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的歸納、總結(jié)能力是現(xiàn)在考察的重點(diǎn)方向。且考察中學(xué)生“未證實(shí)過的”實(shí)驗(yàn)問題材料是命題的主要來源，涉及實(shí)驗(yàn)的題型主要是設(shè)計(jì)探究驗(yàn)證型和分析推理判斷型實(shí)驗(yàn)題。第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日（1）設(shè)計(jì)探究驗(yàn)證型依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程、預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果的試題。例1：(04年全國新課程卷1)31.（20分）胰高血糖素對小白鼠和人具有相同的生理作用。為了驗(yàn)證“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，請以小白鼠為實(shí)驗(yàn)對象設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，預(yù)測和解釋實(shí)驗(yàn)應(yīng)出現(xiàn)的結(jié)果，并寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日（一）實(shí)驗(yàn)材料和用具：正常實(shí)驗(yàn)小白鼠2只，生理鹽水，用生理鹽水配制的適宜濃度的胰高血糖素溶液，班氏糖定性試劑，注射器，試管，燒杯等。（二）實(shí)驗(yàn)步驟：（實(shí)驗(yàn)提示：采用腹腔注射給藥，給藥劑量不作實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求；給藥1小時(shí)后，用注射器在小鼠膀胱處穿刺取尿液。）第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測、解釋和結(jié)論解析：本題是一道典型的常規(guī)對照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題，雖然開放性很強(qiáng)，但由于給出了實(shí)驗(yàn)提示，應(yīng)該說難度不是很大，只是對學(xué)生的文字描述能力和思維的合理性提出要求。不過最后對尿液中葡萄糖的檢驗(yàn)是一個(gè)對物質(zhì)鑒定知識的聯(lián)系，需要學(xué)生能夠自然而然地聯(lián)想并設(shè)計(jì)出來，這對思維的縝密就有了相當(dāng)高的要求。第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）分析推理判斷型依據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)，分析其中原因或得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論例2：（04北京卷）（15分）一種以地下莖繁殖為主的多年生野菊分別生長在海拔10m、500m、1000m的同一山坡上。在相應(yīng)生長發(fā)育階段，同一海拔的野菊株高無顯著差異，但不同海拔的野菊株高隨海拔的增高而顯著變矮。為檢驗(yàn)環(huán)境和遺傳因素對野菊株高的影響，請完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日（1）實(shí)驗(yàn)處理：春天，將海拔500m、1000m處的野菊幼芽同時(shí)移栽于10m處。（2）實(shí)驗(yàn)對照：生長于__________m處的野菊。（3）收集數(shù)據(jù)：第二年秋天_______________。（4）預(yù)測支持下列假設(shè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日假設(shè)一：野菊株高的變化只受環(huán)境因素的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：移栽至10m處野菊株高_(dá)________假設(shè)二：野菊株高的變化只受遺傳因素的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：移栽至10m處野菊株高_(dá)________假設(shè)三：野菊株高的變化受遺傳和環(huán)境因素的共同影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是____。第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日解析：本題就學(xué)生對科學(xué)探究基本過程的理解和掌握有一定的要求，包括自變量和因變量的關(guān)系，對環(huán)境條件的控制等等，另外，通過一系列的假設(shè)，讓學(xué)生作出合理的判斷也可以考查學(xué)生的邏輯思維能力和推理能力。第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本理論第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容一個(gè)比較完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，一般包括以下幾方面的內(nèi)容：1、實(shí)驗(yàn)題目的確定2、提出假說3、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法和步驟4、提出實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果5、觀察現(xiàn)象、結(jié)果及數(shù)據(jù)的搜集及處理方法。第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日書寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案通常包括：“實(shí)驗(yàn)課題”、“實(shí)驗(yàn)假說”、“實(shí)驗(yàn)預(yù)期”、“實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆?、“?shí)驗(yàn)對照類”、“實(shí)驗(yàn)材料用具”、“實(shí)驗(yàn)方法步驟”和“實(shí)驗(yàn)結(jié)論與討論”等項(xiàng)目。在我們生物課本的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中，實(shí)驗(yàn)假說和實(shí)驗(yàn)預(yù)期大都隱含在“實(shí)驗(yàn)原理”中。實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)對照類型則一般隱含在“方法步驟”里。第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日例3：植物的向光性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案示例1、實(shí)驗(yàn)題目：植物的向光性實(shí)驗(yàn)。2、目的要求：觀察植物在單側(cè)光照射下的生長情況，驗(yàn)證植物的生長具有向光性。3、材料用具：植物幼苗(玉米、小麥等)、火柴桿、小花盆(或培養(yǎng)皿)、泥土、不透光的紙盒、臺(tái)燈、剪刀。第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日4、實(shí)驗(yàn)假設(shè)：依據(jù)植物生長的向光性原理，幼苗應(yīng)朝紙盒開孔的方向生長，也就是向著光源的方向生長。5、實(shí)驗(yàn)預(yù)期：經(jīng)過一定時(shí)間之后，幼苗將彎向光源生長。第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日6、方法步驟：(1)用剪刀在不透光的紙盒一側(cè)挖一個(gè)直徑為1cm的孔，待模擬單側(cè)光照射時(shí)使用。(2)將幾株長勢相同但真葉尚未出胚芽鞘的小麥幼苗依次排開，分別栽種在兩個(gè)花盆中。在幼苗的旁邊插一根火柴桿，作為對比的參照物。第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日(3)將制作好的遮光罩扣住花盆(一組用不透光的紙盒，另一組用一側(cè)帶小孔的紙盒)，白天將裝置置于陽光充足的地方，夜間以臺(tái)燈代替光源，并使光從小孔中透入紙盒。(4)每天打開紙盒，觀察幼苗的生長情況，記錄下高度、傾斜角及當(dāng)日溫度、天氣等情況，并間斷地拍照，保留圖片記錄。但要注意，打開紙盒觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的時(shí)間應(yīng)該盡可能地短，并保持透光孔的方向與前次一致。第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日7、實(shí)驗(yàn)記錄：將觀察日期、時(shí)間、環(huán)境條件(溫度、天氣)、幼苗生長情況等列表記錄。8．實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論：分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論。第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則：1、對照性原則在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，通常設(shè)置對照組，通過干預(yù)或控制研究對象以消除或減少實(shí)驗(yàn)誤差，鑒別實(shí)驗(yàn)中的處理因素同非處理因素的差異。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可采用的對照方法很多，除了有陽性對照、標(biāo)準(zhǔn)對照、自身對照、相互對照之外，通常采用空白對照的原則：即不給對照組以任何處理因素。值得強(qiáng)調(diào)的是，不給對照組任何處理因素是相對實(shí)驗(yàn)組而言的，實(shí)際上對對照組還是要做一定的處理，只是不加實(shí)驗(yàn)組的處理因素。第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、隨機(jī)性原則實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的隨機(jī)性原則，是指被研究的樣本是從總體中任意抽取的。這樣做的意義在于：一是可以消除或減少系統(tǒng)誤差，使顯著性測驗(yàn)有意義；二是平衡各種條件，避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的偏差。第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日3、平行重復(fù)原則平行重復(fù)原則，即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的程度。任何實(shí)驗(yàn)都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標(biāo)志。上述隨機(jī)性原則雖然要求隨機(jī)抽取樣本，這能夠在相當(dāng)大的程度上抵消非處理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影響。平行重復(fù)的原則就是解決這個(gè)問題而提出的。第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日4、單因子變量原則單因子變量原則，即控制其他因素不變，而只改變其中某一變量，觀察其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，即除了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中欲處理的實(shí)驗(yàn)因素外，其他實(shí)驗(yàn)條件要求做到前后一致。學(xué)生在解答或?qū)嵤┰O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往忘卻了一些基本原則，其原因很可能是我們平時(shí)習(xí)慣灌實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。因此，在訓(xùn)練分析中教師多強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)遵循原則的重要性與必要性。第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日（3）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般方法：實(shí)驗(yàn)方法及說明了解題目要求：題目給出的實(shí)驗(yàn)條件、材料用品是什么？要求回答什么？明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)的最終目的，要解決什么問題。明確實(shí)驗(yàn)探究什么，論證說明，說明什么？分析實(shí)驗(yàn)原理：即實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為完成實(shí)驗(yàn)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論而應(yīng)用的科學(xué)理論知識（源于學(xué)習(xí)過的基本概念、原理、規(guī)律等）。第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日確定實(shí)驗(yàn)思路：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃矶M(jìn)行的思維過程，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本框架，是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的藍(lán)圖。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：有了思路，具體是怎樣操作問題，設(shè)計(jì)步驟時(shí)，要遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，一定要充分利用題目所給條件，并思考這些條件起什么作用和怎樣運(yùn)用。結(jié)果預(yù)測、分析：結(jié)果的預(yù)測與分析是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的終結(jié)，有畫龍點(diǎn)睛的作用。預(yù)測要全面，考慮多方面的可能性，分析要科學(xué)、實(shí)事求是應(yīng)具說服力。第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日四、強(qiáng)化訓(xùn)練、提高技能生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的必經(jīng)之路。學(xué)生在明確了完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案應(yīng)該包括的內(nèi)容和必須遵循的重要原則后，只有通過必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)訓(xùn)練，才能真正掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日1、重點(diǎn)訓(xùn)練——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路：（1）明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)要求的基本條件；（2）精心策劃實(shí)驗(yàn)方法、嚴(yán)格設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程、合理設(shè)置對照或變量，并引入科學(xué)的測量方法；（3）能夠做到有效預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果、科學(xué)描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并得出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、訓(xùn)練的內(nèi)容：（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：例4、請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，證明ATP是直接的能源物質(zhì)。要求：(1)自選器材試劑(2)寫出實(shí)驗(yàn)步驟(3)預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果(4)設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)。這種題型要求學(xué)生根據(jù)題目的要求和給出的條件，確定跟書本相關(guān)的知識點(diǎn)涉及的實(shí)驗(yàn)原理，構(gòu)思相關(guān)的生物情景，而后再設(shè)計(jì)便于操作的實(shí)驗(yàn)方案。這有利于培養(yǎng)學(xué)生想象能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)造能力。第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：例5：現(xiàn)提供新鮮柑桔６０個(gè)，塑料桶（籃）數(shù)個(gè)，松樹針葉適量，蒸餾水、清水、無色透明保鮮袋若干，醫(yī)用APC(保鮮劑)、溫濕計(jì)、臺(tái)式天平、量筒、空調(diào)機(jī)等。請你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，在室溫24℃的條件下，研究松樹針葉是否有保鮮作用。此類題目要求學(xué)生根據(jù)給定的器材和藥品以及實(shí)驗(yàn)提出的目的，設(shè)計(jì)或補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟。這類題目體現(xiàn)了高考題強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際結(jié)合，學(xué)以致用的特點(diǎn)，有利于學(xué)生全面掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法、步驟。第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法：此類題目主要檢查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性和科學(xué)性的把握，并以此為媒介，引導(dǎo)解決問題的思路方法，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)思維能力。題型如2004年理綜天津卷的“種群密度的調(diào)查”(題略)。第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日種植玉米、小麥、棉花、蘋果養(yǎng)殖豬、雞、牛、鴨施肥農(nóng)家肥、化肥（25千克/畝）蟲害玉米螟、粘蟲、棉鈴蟲農(nóng)藥適量（4）綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)型：

例6：某地種、養(yǎng)殖品種及生產(chǎn)的某些因素如表：請依生態(tài)學(xué)原理，選擇種、養(yǎng)殖生物各兩種，設(shè)計(jì)一個(gè)良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)(以物質(zhì)循環(huán)示意圖方式展示，如有必要請做簡要說明)。第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日這類試題完全為開放性試題，其條件、方法和方案均具有不確定性。要求根據(jù)題型要求自行設(shè)計(jì)。學(xué)生通過專題性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)練習(xí)，對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理有了本質(zhì)上的理解，訓(xùn)練了思維的獨(dú)特性和文字表達(dá)的準(zhǔn)確性，創(chuàng)新能力得到極大的提高，同時(shí)使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的情感得到了升華，最終對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的興趣發(fā)生了質(zhì)的飛躍。第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日五、回歸教材、注重分析第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日1、在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)中要求學(xué)生對“考綱”中列舉的教材中的18個(gè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和研究性課題進(jìn)行全面復(fù)習(xí)，掌握每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、原理、方法、步驟及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果的解釋與分析，明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路，訓(xùn)練科學(xué)思維。學(xué)生是否善于對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行深入的分析，并從中得出正確的結(jié)論，是學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹攸c(diǎn)表現(xiàn)。第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2、通過經(jīng)典實(shí)驗(yàn)分析，闡述科學(xué)研究的步驟：教材中蘊(yùn)含的大量有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的背景材料內(nèi)容。如：《細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)》、《酶的發(fā)現(xiàn)》、《光合作用的發(fā)現(xiàn)》、《生長素的發(fā)現(xiàn)》、《肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)》、《艾弗里證明遺傳物質(zhì)是DNA的實(shí)驗(yàn)》、《遺傳的基本規(guī)律》的發(fā)現(xiàn)等等。分析科學(xué)家們是如何發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題，如何選擇實(shí)驗(yàn)材料、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、作出預(yù)期、得出結(jié)論的，從而激發(fā)學(xué)生探索生命科學(xué)的興趣，并在輕松愉快的觀察過程中既掌握知識、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念，又學(xué)習(xí)了科學(xué)工作的方法和技能，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日例如，教材“基因分離規(guī)律”孟德爾一對相對性狀的實(shí)驗(yàn)，可把這組實(shí)驗(yàn)分為