生物复习6生物实验解题技巧和方法

教你生物实验设计技巧 拿足中档分力争高分湖南省蓝山县第二中学 朱建标 主讲在近几年的高考中常有实验设计题出现。有的是设计实验的全过程，有的是修正实验设计的不足。如何才能解答好生物实验设计题，这是在高考中能否拿足高分的关键呢!下面为大家提供生物实验设计题的解题思路和设计技巧，以便进行教学训练或复习解读，愿你高考时灵活运用，充分发挥，拿足中档分，力争高分。教学目的：通过实例分析，掌握实验设计的基本原则和实验设计的基本方法，提高实验设计的能力。教学重点：实验步骤的设计教学难点：实验设计中的实验变量、实验条件(无关变量)的控制、测量方法及语言表达。一、实验设计题型 实验题型大致分为实验分析型、实验纠错型、验证实验型、实验设计型四大类。而实验设计题是当前高考的热点题型，体现了对学生综合能力的考查(分析、理解、信息处理、语言文字表达、开拓创新等)。根据近年高考的命题，实验设计可分为开放型(只给出课题，自选材料、试剂、用具等，设计实验方案)；限制型(给出课题、原理、材料、试剂、用具等，设计实验方案)；改进型(分析所提供的实验方案，其中不完善之处提出改进方案)；补充型(要求学生对实验过程中的个别方面进行科学的补充)等题型。无论哪种题型，在解答实验设计题时必须遵循实验设计的原则。二、实验设计内容 一般一个完整的实验设计应包括以下项目：实验原理；药品仪器；实验假设；预期实验结果；设置实验分组(单组实验法、等组实验法、轮组实验法等)；实验步骤(可以多种多样，只要合理即可)；观察、收集数据；分析结论。实验设计的内容一般有实验设计原则、方法步骤和观测指标三部分，学生掌握了这三部分的内容，就可以设计出具有科学性的实验。观察指标(定性、定量)种类：特别颜色、常常反应、有无气泡、气味产生、形态结构、生理选择性、生长发育速度等；要求：对人无害性、易测性、特异性、灵敏性、合理性等。三、实验设计的基本原则实验设计原则主要有实验目的性、科学性和严谨性三项。目的性就是设计实验必须围绕课题或针对课题目的进行，即不会跑题。科学性就是设计的实验必须符合生物科学的原则。严谨性主要注意实验设计时要控制变量设置单一变量和设置实验对照。1、对照性原则 实验设计时为了排除无关条件的干扰，常常要设置对照实验，达到“变量 -结论”的必然，舍弃无关条件所产生的非本质特征。如在“唾液淀粉酶促进淀粉水解”实验设计中，运用与唾液等量的清水作对照，排除了“淀粉本身就可以在水溶液中快速水解”这一非本质的特征。设计实验对照可以有多种方式，如空白对照(指不做任何实验处理的对照组)、相互对照(指不加设对照组，而是利用几个实验组相互对照)、自身对照(指实验和对照在同一对象上进行，即不另设对照组)、条件对照等(给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理，给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究的实验因素)。2、单一变量原则 即单因子变量原则，指控制其它因素不变，而改变其中一个因素，观察其对实验结果的影响。如“探索温度对酶活性的影响”时，只能改变反应的温度，其它如PH值、酶的尝试等条件均要求完全一样。设置单一变量即对照组和实验组只能有一项条件不同，其他条件都应相同，还应考虑是否有额外变量影响实验结果。3、平行重复原则 指控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。实验虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行重复的原则就是为解决这个问题而提出的。例如：为了“证明土壤中的微生物能分解农药”，必须将土壤分为两等份，装入两个大小相同的容器，一个高温灭菌，一个不做处理，造成一个容器中的土壤中无生活的微生物，一个容器中的土壤中有生活的微生物。然后进行实验，才能说明问题。这就是设置对照原则。在实验时，让两个容器中的土壤在一切其他条件都相同的情况下进行实验，惟独不同的只是一个容器中的土壤中有微生物，一个容器中的土壤中无微生物，有无微生物就成了这一实验的单因子变量。这就是单因子变量原则。在实验时，有些情况的出现是有偶然性的，多做几个对照实验，出现相同结果，更有说服力，更具科学性。让这几组实验装置在相同条件下同时进行，这就是平行重复原则。四、 实验设计的基本方法步骤1、明确实验目的： 认真审题，找到关键词，搞清实验要探究什么问题(课题)，即明确实现本实验目的。一般从题干(课题)中或后面的实验原理方法步骤中可以弄清楚。2、分析实验原理：实验所依据的科学道理、规律。解生物实验设计题时，一定要认真审题。在审题中最关键的是要明确实现本实验目的的科学原理。例如2000年理综高考实验题中“血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏则血液不能凝固。”这就是本实验的根本原理。遵循这一原理，设法除去血液中的钙离子和添加钙离子，形成有无钙离子的对照，这样设计实验的方向就不会错。此题中“草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用”。这只是一条除去血液中钙离子的原理，只是解决实验中某一问题所需运用辅助性原理。3、确定实验思路：实验设计的基本思路是：首先，明确实验目的、实验原理及实验要求等基本条件；其次，精心策划实验方法、严格设计实验过程、合理设置对照或变量，并引入科学的观测方法；最后，能够做到有效预测实验结果、科学描述实验结果，并得出科学的实验结论。如在明了确探究性生物学实验要求、目的后，遵循实验设计“操作方便，程序合理，药品节约，依据现象推测结论”的原则，设计探究性假设可分为三步骤进行：实验准备，包括必要的实验器材及实验药品的准备；设计对照实验。满足条件X设计一个实验，观察事件P能否发生；条件X改变设计一个实验，观察事件P能否发生，发生的程度如何？疏理，实验是否遵循“单因子变量”、“平行重复”原则。4、设计实验步骤： 在明确了实验目的和实验原理，选准实验材料，遵循实验原则做出实验假设后，就应该编制一个严密、科学的实验程序进行实验。对于编制的实验程序，须要仔细推敲，形成一个最优化的程序，使实验科学、简捷、明了地进行。设计时要求准确运用实验材料支持实验。用实验材料应有所讲究，否则将不能支持你的实验结论。例如想证明“微生物的营养要素必须有氮源”。我们需做一个对照实验：一个培养基中加入氮素，一个不含氮素。于是为你提供两种实验材料，一是NH4NO3、一是人尿。这时你不能认为人尿来的容易，又含有尿素等含氮的有机物，就用人尿作氮源，因为人尿中还含有无机盐等多种成分，说明不了本实验的结论。在选定最优程序中有的步骤可同时进行，那就可用统筹法，让要等待的步骤先做，接着穿插下一步实验，以节约时间，同时也要尽量减小因时间过长而带来的不良影响。在设计实验步骤时，还应注意：题目中给出的实验试剂和材料一般应充分利用，除非题目条件允许，否则不要随意增加或更改实验试剂和材料。5、 实验结果的预期、分析和讨论：要求运用实验原理和假设，推导分析出实验的结果或对实验组与对照组作出预期的分析讨论。探究性实验的设计一般规律(预期结果)是：(1) 若条件X存在事件P能发生，条件X改变事件P不能发生(或发生程度改变)，结论是_。(2) 若条件X存在事件P能发生，条件X改变事件P能发生(或发生程度改变)，结论是_。(3) 若条件X存在事件P不能发生，条件X改变事件P能发生(或发生程度改变)，结论是_。例如： 现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受水分、温度和氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关。为探究光的有无对该种子萌发的影响，请你依据所给材料和用品设计实验的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。方法步骤：_；_。可能的结果及相应的结论：_；_；_。解析：根据题目要求可知，“水分、温度、氧气”是条件X；“水分、温度、氧气、光照”是变化的条件X。因此可作出理论假设：“当水分、温度、氧气条件满足时，种子可能萌发，也可能不萌发；当水分、温度、氧气、光照条件满足时，种子可能萌发，也可能不萌发”。设计如下：取A、B两组培养皿，倒入适量的水，将等量的种子分别放入两组培养皿中(实验准备)；将A组置于黑暗的环境中，B组置于有光环境中，培养过程中使两组水分、温度、氧气的状况适宜且相同。A组实验组与B组对照，符合“单因子变量”“平行重复”原则。实验结果及相应的结论：A组萌发，B组不萌发(或A组发芽率高于B组)，光抑制该植物种子的萌发；A组萌发，B组也萌发(或发芽率差异不显著)，该植物种子萌发不受光的影响；A组不萌发，B组萌发(或A组发芽率低于B组)，光是该植物种子萌发的必要条件之一。五、实验设计的表达 在理清实验方案的内容后，要求用恰当的语言、图表来表达，这也是非常重要的一个环节。一般对实验方法步骤的表达应包括下列三个基本环节：设置分组，控制变量；对照处理，排除干扰；观测指标，结果分析。表达要充分运用生物学的科学术语，同时也可以结合图表辅助说明，将实验方案科学、简洁地表达出来。这样可通过完美的回答来展示自己的能力。但答题时关键要注意在用词上讲究科学、准确。例如“假设牛毛的黑色对棕色是显性，现有一匹黑色公牛，想在一个繁殖季节中测定出是纯种还是杂合子，请设计检测办法”。如果同学是这样回答“在这一繁殖季节，让这匹黑色公牛与一匹棕色母牛交配，若生出棕牛，则为杂合子；若只生出黑牛，则为纯种。”这样回答大方向是正确的，但关键字眼上用词不当，反映学生思维的不全面或缺乏一些必要的常识。应该改为“让这匹黑色公牛与多匹棕色母牛交配”。用“多匹”两字，答题的科学性就跃然纸上。因为黑色公牛与多匹棕色母牛交配，才有较多的机会出现棕牛，牛一般一胎一头，没有一定数量的后代，就可能出现不了棕牛，从而导致你做出错误的判断。以上只是解答一般综合实验设计题的基本思考方法。在解题过程中，应根据实验设计题的具体情况和要求，作出正确的回答。希望通过这样的实验专题复习，再加上配以适当的习题辅助练习，你在实验设计及基础知识掌握方面肯定会有不少的收获，也会在高考的实验题考试中取得满意的效果。六、实例解读分析例1、酶是生物催化剂，其催化效率受温度、酸碱度和激活剂等因素的影响，并已知Na+对酶的催化效率无影响。为了验证氯离子是唾液淀粉酶的一种激活剂，请使用一定的用具和材料设计一个实验方案。分析与思考：1、明确目的和要求：验证氯离子是唾液淀粉酶的一种激活剂。2、分析实验原理：唾液淀粉酶催化淀粉的水解、淀粉遇碘变蓝。3、确定实验思路：实验材料及用法：淀粉糊、稀释的唾液、蒸馏水、适当浓度的NaCl溶液、碘液、试管等。测量方法： 实验开始时滴加碘液，观察比较淀粉糊褪色的快慢。实验一段时间后滴加碘液，观察比较淀粉糊蓝色的深浅。（定性？定量？）4、设计实验步骤：实验变量：氯离子的有无(对照)无关变量：相同：NaCl溶液和蒸馏水的量、碘液的量、唾液的量、淀粉糊的量等。 适宜：温度、PH值等条件。实验步骤：简便性、可行性、严谨性、安全性和精确性。设置对照(控制实验变量)，严格控制实验条件(无关变量)，编制科学严谨的实验程序。参考答案： 取甲、乙两支试管，分别加入等量的淀粉糊，向甲试管加入适量的0.01mol/LNaCl溶液，向乙试管加入等量的蒸馏水，然后同时向两支试管加入等量的稀释唾液。在适宜的温度条件下，向两支试管中各加入1滴碘液，观察比较看哪支试管里蓝色较快褪掉。结合上题拓展分析下列实验方案能否达到实验目的？方案1、取甲、乙两支试管，分别加入等量的淀粉糊，向甲试管加入适量的0.01mol/L的HCl溶液，向乙试管加入等量的蒸馏水，然后同时向两支试管加入等量的稀释唾液。在适宜的温度条件下，向两支试管中各加入1滴碘液，观察比较看哪支试管里蓝色较快褪掉。 不能，因为试管中溶液的PH不同，不能形成对照。方案2、取甲、乙两支试管，分别加入等量的淀粉糊，向甲试管加入适量的0.01mol/LNaCl溶液，向乙试管加入等量的自来水，然后同时向两支试管加入等量的稀释唾液。在适宜的温度条件下，向两支试管中各加入1滴碘液，观察比较看哪支试管里蓝色较快褪掉。不能，因为两试管中都有氯离子，而且两试管中溶液的PH不同，不能形成对照。5、 预期结果、分析和讨论若甲试管比乙试管褪掉蓝色快，则说明氯离子是唾液淀粉酶的一种激活剂。若甲乙两试管同时褪掉蓝色，则说明氯离子与唾液淀粉酶的活性无关。若甲试管比乙试管褪掉蓝色慢，则说明氯离子抑制唾液淀粉酶的活性。例2、现有相同的玻璃器皿苦干，自然清水，同种同龄的、发育状态相同的小蝌蚪30只，饲喂蝌蚪的饲料，未经处理的具有生物活性的甲状腺激素，在50条件下处理10分钟的甲状腺激素。若要验证甲状腺激素经过50条件下处理后，是否还有生物活性。请根据现有条件，完成以下的实验设计。(1) 实验方案：取三个玻璃容器，按下表进行实验操作。编号实验处理方法甲组( )+饲料乙组等量清水+10只蝌蚪+饲料+未经处理的甲状腺激素丙组等量清水+10只蝌蚪+饲料+( )(2) 以上实验方案中属于空白对照组的是_组。(3) 实验结果：预测甲乙丙三组蝌蚪发育成青蛙的速度，并得出相应的结论。_。_。_。参考答案：(1)等量清水+10只蝌蚪 经50处理的甲状腺激素 (2) 甲(3) 若乙=丙甲，说明经50处理的甲状腺激素完全有生物活性。 若乙丙甲，说明经50处理的甲状腺激素有部分生物活性。若乙丙=甲，说明经50处理的甲状腺激素完全失去生物活性。上题实验步骤设计的分析与思考 实验要设置几组，体现了什么原则？一组 (缺点：不具备对比性，没有说服力)二组 方案一： 一组加甲状腺激素，另一组加处理过的甲状腺激素(缺点：只能确定变，还是不变。不能确定活性是否还具备)方案二： 一组加处理过的甲状腺激素，另一组不加任何试剂 ( 缺点：只能确定活性是否还具有，不能确定活性变强还是变弱)三组 一组加甲状腺激素；一组加处理过的甲状腺激素；一组不加任何试剂(优点：不仅能确定活性是否还具备，还能确定活性变强还是变弱) 体现了对照原则 三组试验中，除了所加的试剂不同以外，其他条件都相同而且合适，有什么意义？体现了什么原则？分析：这样能均衡无关因子对实验结果的干扰，使结果更具说服力。体现了单一变量原则。 蝌蚪的数量为什么不是一只而是数十只，有什么意义？分析：这样能够排除偶然因素的干扰。 实验设计技巧：找目的、作假设、设对照、控条件、析结果、得结论练习：1、在普通饲料中加入添加剂可以加速家禽和家畜的生长和增重，某饲料公司新近开发出两种新颖饲料添加剂1号和2号，委托某生物学小组试验这两种饲料的效果。请为该小组设计一试验方案，方案中应包括：(1)试验具体步骤；(2)用直角坐标图直观地表示和比较实验结果；(3)试验要在5周内结束。实验室有一批体重5g左右的小白鼠，可按需选用作为试验动物。2、某生物兴趣小组开展“不同浓度生长素类似物对种子萌发和幼苗生长的影响”的课题研究，教师已经为他们准备了一定浓度的生长素类似物溶液和萝卜种子。假如你是其中一员，请回答：(1) 要测定生长素类似物对种子萌发和幼苗生长的影响，你可以采用的测量指标是_、_等。(2) 做该实验时，如何设置对照组？_。(3) 设计一张表格，用于实验时记录数据。去掉幼叶观察叶柄脱落情况3、同学甲从一本植物生理学书中查到“细嫩叶片可产生生长素，生长素可阻止叶柄脱落”的结论。于是他设计了如下实验，想验证该结论。第一步：取一盆生长状况良好的植物，去掉嫩的叶片(如图所示)；第二步：观察幼叶叶柄的脱落情况。同学乙在仔细研究了甲的实验设计方案后，向他提出了两点意见。请你用所学的生物学知识，把同学乙提出的意见补充完整。(1) 在去掉幼叶片的同时，还必须去掉_，因为_。(2) 应增加一个对照组，该对照组设置为：取同一品种、生长状况相同的植株，然后保留幼叶并作_处理，同时观察幼叶叶柄脱落的情况。同学丙认为同学乙的补充还不能证明是“幼叶产生的生长素阻止了叶柄的脱落”，还应该再增加实验组。你若认为同学丙的意见对，请写出同学丙再增加实验组的设计方案：_。参考答案：(1)顶芽；顶芽能产生生长素，向下运输到达叶柄处。(2)去掉顶芽。设计方案：取同一品种、生长状况相同的植株，然后去掉幼叶叶片，并去掉顶芽，再将含有适宜浓度生长素的琼脂块放到叶柄的断口处，同时观察幼叶叶柄脱落的情况。附：实验题型1 实验分析型实验分析型题型又有两种，一是对实验原理的分析，如：请设计一个实验，观察洋葱表皮细胞质壁分离后的自动复原现象。推荐器材：显微镜、载玻片、盖玻片、紫色洋葱、吸水纸、滴管、清水、质量分数为30%的蔗糖溶液、质量分数为10%的KCl溶液、质量分数为5%的酒精溶液等。实验原理：。实验步骤：（略）日温（）夜温（）1117233033.219.92330.724.915.81716.810.9二是对实验结果的分析，如：将生长状况相同的同一种树木的幼苗分成苦干组，分别置于不同日温和夜温的组合下生长（其他条件相同），一定时间后测定幼苗的平均高度（cm），结果如下表(注：标“”表示该组未做实验)。请据表回答下列问题：（1） 幼苗生长最快的温度组合是：日温，夜温。幼苗生长最慢的温度组合是：日温，夜温。（2） 出现上述结果的原因是。2实验纠错型实验纠错型也分为两种，一种是纠正实验操作错误，如在做“叶绿体中色素的提取和分离”实验时，操作情况如下所述，结果实验失败，请指出其错误所在：（1） 将5g新鲜的菠菜叶片，放入研钵中，加入丙酮、石英砂、CaCO3 以后，迅速研磨。（2） 用毛细管吸取少量的滤液，小心均匀地划出一条滤液细线，并连续迅速地重复划23次。（3） 把划好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上扩散。另一种纠正实验方案错误，如为证实“二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料”，某同学制订了下列实验方案：（1） 实验目的（略） (2)实验材料和用具（略）(3)实验方法和步骤：用一适当大小的玻璃罩，罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaIH溶液，密封不漏气；将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物，暗室内装有红色安全灯；饥饿一定时间后，从暗室中取出，照光苦干小时，使其充分进行光合作用；取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶解于酒精中；将已脱绿的叶片取出，平铺在一个小培养皿内，用碘碘化钾溶液检测有无葡萄糖的特异颜色反应出现。 该实验有几项明显错误，请指出错误并改正。3验证实验型在课本的实验中有许多是验证型实验，在这里不列举了。4实验设计型实验设计型是近几年高考采用很多的一种题型，主要考查实验的方法、原理、技能和技巧等，有一定的难度，常常出现的错误主要有设计的实验缺乏科学性或实验步骤不合理。实验设计型又分为以下几种：（1）类型一方案设计型如：请你设计一个实验方案，证明N、P、K是番茄生长发育必需的矿质元素。（要求简述实验设计的思路）（2）类型二步骤设计型如：现有如下材料：3支试管（编号分别是A、B、C）、淀粉、碘液以及将温度控制在37、0、100的3个水浴锅。请根据以上的材料及条件，写出实验的步骤3及其以后的实验步骤，以证明温度对酶的催化活性的影响。实验步骤： 步骤1.制备5ml淀粉溶液并冷却至常温。步骤2.收取唾液苦干。步骤3.写出实验结果。（3）类型三思路设计型如：（2002年全国理综）为验证“镁是植物生活的必需元素”，三位同学进行了实验设计，下列是实验的基本思路，请分别指出三个实验思路能否达到实验目的，为什么？再写出你的设计思路。其他略。（4）类型四论证设计型如：设计一个实验，证明ATP是生物直接的能源物质。如：（2001年全国理综）有人设计了下列实验，试图证明“生长素IAA在植物体内运输，主要是从植物体形态学上端（顶端）向下端（基端）运输，而不能倒转过来运输（如生长素只能从胚芽鞘的上端向下端运输），其他略。（5）类型五实验综合型 如：设计一个实验，探究影响细菌生长繁殖的因素 (主要讲清实验思路即可，如实验原理上、方法步骤、检测、预期结果)如：设计一个实验，探究影响蒸腾作用的某种因素如：（2000年浙、苏、吉综合题）血液中钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏则血液不能凝固，草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用，请根据提供的实验材料和用具，验证钙离子在血液凝固中的作用，并回答问题，其他略。第 7 页 共 7 页 实验设计专题复习 lszjb288