生物實驗設(shè)計原則和方法

生物實驗設(shè)計原則和方法第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六實驗名稱

是關(guān)于一個什么內(nèi)容的實驗。實驗?zāi)康?/p>

要探究或者驗證的某一事實。實驗原理

進行實驗依據(jù)的科學(xué)道理。實驗條件

完成該實驗必需的儀器、設(shè)備、藥品條件。實驗方法與步驟

實驗采用的方法及必需操作程序。實驗數(shù)據(jù)與記錄

對實驗過程及結(jié)果應(yīng)有科學(xué)的測量手段與準確的記錄。實驗結(jié)果預(yù)測及分析

能夠預(yù)測可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果并分析導(dǎo)致的原因。實驗結(jié)論

對實驗結(jié)果進行準確的描述并給出一個科學(xué)的結(jié)論。

第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

設(shè)計實驗時，要考慮到實驗材料容易獲得，實驗裝置比較簡單，實驗藥品比較便宜，實驗操作比較簡便，實驗步驟比較少，實驗時間比較短。

一、實驗設(shè)計的原則1.科學(xué)性原則所謂科學(xué)性，是指實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設(shè)計思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學(xué)基本知識和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。2.簡便性原則第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

單一變量原則是實驗步驟設(shè)計中非常重要的原則。它有兩層意思：一是確?！眴我蛔兞俊钡膶嶒炗^測，即不論一個實驗有幾個實驗變量，都應(yīng)做到一個實驗變量對應(yīng)一個反應(yīng)變量；即控制其他因素不變，只改變其中某一變量，觀察其對實驗結(jié)果的影響。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要求做到前后一致。3.單一變量原則第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六該實驗一是要獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應(yīng)變量）的因果關(guān)系。二是確保變量唯一。即實驗操作中要盡可能避免無關(guān)變量及額外變量的干擾。例如，上述實驗中除實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管潔凈程度、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度，實驗操作程序，溫度處理的時間長短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對低溫、適溫、高溫三組實驗是等同、均衡、穩(wěn)定的；如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條件，對三個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。例：在”溫度對淀粉酶活性的影響”的實驗中，所給定的低溫（冰快）、適溫（37℃）、高溫（沸水?。┚褪菍嶒炞兞俊Ｓ捎诘蜏?、適溫、高溫的條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是反應(yīng)變量。第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

實驗對照原則是設(shè)計和實施實驗的準則之一。通過設(shè)置實驗對照對比，即可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。通常，一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組；對照組，對實驗假設(shè)而言，是不接受實驗變量處理的對象組，至于哪個作為實驗組，哪個作為對照組，一般是隨機決定的，這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之差異，則可認定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結(jié)果是可信的。按對照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有以下對照類型：

4.對照原則第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六（1）空白對照

指不做任何處理的對象組。（2）條件對照

指雖給對象施以某種實驗處理，但這種處理是作為對照意義的。例如“實習(xí)一，動物激素飼喂小動物的實驗”，采用等組實驗法，其實驗設(shè)計方案是：例如：“實習(xí)一，動物激素飼喂小動物的實驗”，甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）

乙組：飼喂甲狀腺抑制劑（條件對照組）丙組：不飼喂藥劑（空白對照組）（3）自身對照

指實驗與對照在同一對象上進行，即不另設(shè)對照組。如：”植物細胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實驗，就是典型的自身對照。自身對照，方法簡便，關(guān)鍵是要看清楚實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異，實驗處理前的狀況為對照組，實驗處理后的變化則為實驗組。

（4）相互對照

指不另設(shè)對照組，而是幾個實驗組相互對比對照，在等組實驗法中，大都是運用對照，如：“植物的向性”的等組實驗，4個試驗組所采用的都是相互對照，較好的平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實驗結(jié)果更具有說服力。第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

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)實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。任何實驗都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標志。上述隨機性原則雖然要求隨機抽取樣本，這能夠在相當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)的原則就是為解決這個問題而提出的。5.平行重復(fù)原則：第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六二、實驗設(shè)計的基本方法

1、明確題目要求：

解題首先要明確題意，只有明確題意才能方向明確，少走彎路?？辞孱}意是要求設(shè)計實驗方案、步驟還是分析實驗結(jié)果。

2、明確實驗?zāi)康暮蛯嶒炘恚?/p>

明確實驗到底要解決什么問題，要用到生物學(xué)上什么原理。它是實驗科學(xué)性的保證。

3.確定實驗思路：

就是根據(jù)原理對實驗作出假設(shè)，并對可能產(chǎn)生的現(xiàn)象作出預(yù)期，并充分利用實驗材料設(shè)計實驗思路。實驗大致可分為觀察實驗、驗證實驗、定性（量）分析實驗、模擬實驗、探究性實驗等。根據(jù)題目要求我們可以把實驗歸類，根據(jù)不同的實驗可以選用不同的方法，要不要控制變量，要不要設(shè)置對照等。

4、設(shè)計實驗步驟：

根據(jù)上述實驗?zāi)康?、原理和思路，設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟。要思考題目中所給出的實驗材料和試劑分別起什么作用，怎樣運用，要注意：一是題目中給出的實驗試劑和材料一般應(yīng)充分利用；二是除非題目條件允許，否則不能自己隨意增加實驗試劑和材料。由于實驗設(shè)計是一種開放性試題，可能存在多種實驗步驟，但一般應(yīng)遵循以下幾個要求：簡便性、可行性、安全性和精確性。

5、記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)：

在實驗中將觀察到的現(xiàn)象如實、準確地記錄下來。除了用文字進行記錄外，還可以用數(shù)據(jù)或符號進行記錄。

6、分析得出結(jié)論：

根據(jù)實驗觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計算、圖表、推理等處理，歸納出一般概括性判斷，并用文字、圖表、繪圖等第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六三、實驗設(shè)計題型類析

1.設(shè)計實驗方案：

題目給出實驗?zāi)康募耙恍└郊訔l件，讓學(xué)生設(shè)計實驗方案，寫出實驗原理，解答這類題首先要根據(jù)題目的要求和給出的條件，確定和書本相關(guān)的知識點及實驗原理，構(gòu)思相關(guān)的生物情境，然后再設(shè)計便于操作的實驗方案第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

例1設(shè)計一個于室外空曠處進行的，在不用任何藥劑、裝置合乎觸及幼苗的情況下，使幼嫩植株長成如圖示形態(tài)的實驗方案，并說明實驗原理。

(1)實驗方案

(2)實驗設(shè)計原理

解析：這是來源于生活中的習(xí)題，可采用的方法很多，如利用向光性生長等，但題目作了許多限制，因此根據(jù)生活常識可設(shè)計為將正常生長的植株花盆側(cè)放在地上，待其彎向上方生長后，再擺正花盆。其原理為利用莖的背地性生長的特性。

第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

2.設(shè)計實驗步驟：

根據(jù)題目要求給定的器材以及實驗提出的目的，設(shè)計或補全實驗步驟。這類題目體現(xiàn)了高考試題理論聯(lián)系實際的原則和學(xué)以致用的趨向。要求教學(xué)中要強化實驗，培養(yǎng)學(xué)生“根據(jù)實驗試題的要求和有關(guān)原理設(shè)計出簡單實驗方法”的能力，以及“通過分析和綜合、比較和論證，選擇解決問題的最佳方案的評價能力”。第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

例2：（2003年全國）某實驗小鼠適宜生活在25℃左右的環(huán)境中，為探究低于適宜溫度的環(huán)境（10℃）對小鼠能量代謝的影響（能量代謝的強弱用單位時間的耗氧量表示），請依據(jù)所給的實驗裝置（如圖）、實驗材料的用品，在給出的實驗方法的步驟的基礎(chǔ)上，繼續(xù)完成探究實驗，預(yù)測可能的實驗結(jié)果和結(jié)論，并回答問題。材料的用品：小鼠、冰袋、秒表等。方法和步驟：步驟1、將小鼠放入廣口瓶的籠子里，加塞密閉，打開夾子A、B、C，片刻后關(guān)閉夾子B，用注射器抽取10ml氧氣備用。關(guān)閉夾子C，打開夾子B，使水壓液面左右平齊。步驟2、步驟3結(jié)果預(yù)測和結(jié)論：1、2、3、該實驗最可能的結(jié)果和結(jié)論是：原因是：、

第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

3.設(shè)計實驗改進方法：

此類試題主要考查學(xué)生對實驗設(shè)計的嚴密性和科學(xué)性，并以此為媒介，引導(dǎo)解決問題的最佳方法，進一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)能力。

例3（01高考）有人設(shè)計了下列實驗，試圖證明“生長素（IAA）在植物體內(nèi)的運輸，主要從植物體形態(tài)學(xué)上端向形態(tài)學(xué)下端運輸，而不能倒轉(zhuǎn)運輸”一、材料、用具胚芽鞘、瓊脂、刀片等二、方法、步驟和結(jié)果1、制備瓊脂塊2、取一瓊脂塊中間部分，上面放含IAA的瓊塊，下面放空白瓊脂塊。3、取步驟2下面的瓊脂塊a的一部分放在去尖端的胚芽鞘的一側(cè)。第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

4.綜合實驗設(shè)計型：

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。

例4已知唾液中含有淀粉酶，淀粉酶可以催化淀粉的水解；又知雞蛋被加熱到65℃后會“變熟”，但不知唾液淀粉酶被加熱到65℃后是影響否其生物活性。為探究此問題，請你依據(jù)所給材料和用品設(shè)計出相應(yīng)的實驗方案，并預(yù)測可能的實驗結(jié)果及可獲得的相應(yīng)結(jié)論。

材料用品：經(jīng)過稀釋的唾液、經(jīng)過稀釋并煮熟的淀粉糊兩份(一份保持在37℃環(huán)境中，另一份保持在65℃環(huán)境中)、碘酒、酒精燈或其他的加熱設(shè)備、試管若干、量筒、滴管、大燒杯、溫度計等。

實驗方案：

(1)_______________________________

(2)將一支試管放入37℃左右的溫水中，將另一支試管放入65℃的溫水中。兩試管均保持溫度5min后取出。

(3)_______________________________

可能的實驗結(jié)果及相應(yīng)的結(jié)論：第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六要答好這類實驗設(shè)計題，應(yīng)注意以下幾個方面：

1、明確實驗?zāi)康?/p>

認真審題，找到關(guān)鍵詞，搞清實驗要探究什么問題

本題主要是以溫度對酶(蛋白質(zhì))活性的影響為知識背景，考查同學(xué)探究性實驗的設(shè)計能力。所以讀完題后，應(yīng)明確本實驗的目的是探究65℃的溫度是否影響唾液淀粉酶的生物活性。

2、理解實驗原理

實驗原理是指設(shè)計實驗的依據(jù)，本實驗原理包括1：在37℃環(huán)境下，唾液淀粉酶可以催化淀粉水解，2：碘遇淀粉變藍。

3、把握實驗原則

單因素可變原則：本實驗的兩組處理除溫度因素，其他方面均相同。根據(jù)題意要求，4、全面預(yù)期實驗結(jié)果

對實驗作出全面的預(yù)期，本實驗可能的結(jié)果有三種：(1)65℃不影響唾液淀粉酶的活性，(2)65℃降低唾液淀粉酶的活性，(3)65℃使唾液淀粉酶喪失活性。

5、結(jié)論科學(xué)，表述準確

結(jié)論科學(xué)指實驗現(xiàn)象與結(jié)論之間有因果關(guān)系，符合邏輯。

第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六實驗設(shè)計方案包括：

(1)取甲、乙兩支潔凈試管分別作標記，一支注入37℃的淀粉糊3mL，另一支注入65℃的淀粉糊3mL，再向兩試管各注入等量的2mL唾液，取丙試管注入37℃淀粉糊3mL，蒸餾水2mL并振蕩。分別保溫。

(3)冷卻后，分別向兩試管內(nèi)滴入等量的碘酒，觀察并比較兩試管中液體的顏色。

對照性原則：本實驗丙試管為空白對照，甲試管37℃常態(tài)為標準對照。

如本實驗可能的實驗結(jié)果及相應(yīng)的結(jié)論是