2019-2020年高一生物实验讲义 新人教版.doc

2019-2020年高一生物实验讲义 新人教版生物是一门以实验为基础的学科，因此对实验的重视和复习是高考复习中重要的一环。从近几年生物高考试题分析看，对实验能力进行考查是重点，它的导向功能在这里得到了充分的体现，从知识内容看，试题涉及生物学基本原理、概念、解剖和生理知识、实验目的、材料、操作方法和步骤，对实验现象的观察分析、实验设计和结果的预测等多方面；从认识水平看，包括了解、理解、综合运用等层次。一.实验中常用器材和药品的使用：实验设计类题目一般会提供所需的器材和药品。因此，如果能够熟悉这些常用器材和药品的用途和使用方法，往往能从中发现实验设计的思路和方法，甚至具体的实验步骤。现在总结如下：NaOH：用于吸收CO2或改变溶液的pH。 Ca（OH）2：鉴定CO2HCl：解离、改变溶液的pH、改变细胞的通透性。 NaHCO3：提供CO2滤纸：过滤或纸层析。 纱布或尼龙布：过滤斐林试剂、班氏试剂：可溶性还原性糖的鉴定。 碘液：鉴定淀粉。苏丹、：脂肪的鉴定。 双缩脲试剂：蛋白质的鉴定。二苯胺试剂：鉴定DNA。 柠檬酸钠：血液抗凝剂。NaCl：配制生理盐水及其它不同浓度的盐溶液，可用于动物细胞内液或用于提取DNA。琼脂：激素或其它物质的载体，用于激素的转移或培养基。亚甲基蓝：用于活体染色或检测污水中的耗氧性细菌（细菌的氧化可使之褪色）。酒精：用于消毒处理、提纯DNA、叶片脱色及配制解离液。蔗糖：配制蔗糖溶液，用于测定植物细胞液浓度或观察质壁分离和复原。龙胆紫溶液或醋酸洋红：碱性染料，用于染色体染色。二.实验设计由于高考侧重于对实验能力的考查，设计型实验题是近几年高考的一个热点。因此，我们应该立足于对基本实验方法、实验技能、实验思维的强化和巩固着手，培养我们的实验分析、实验改错、实验设计等实验能力。 (一). 完整实验设计的基本内容实验名称: 是关于一个什么内容的实验。(即: 研究或实验的内容)实验目的: 要探究或者验证的某一事实或者做了该实验后，要解决什么问题？能提高或学到哪些知识、能力等（从动手能力，观察能力、基本技能、实验设计、显微镜的使用等方面分析）实验原理: 进行实验依据的科学道理。(即完成该实验所应用到的理论依据是什么？)材料用具：包括实验材料、仪器或试剂等实验的操作步骤: 涉及到实验设计思想、器材、药品的使用、实验设计原则（科学性、简便性、单一变量、可重复性、控制的体现、控制与与平衡控制等）的体现。实验测量与记录: 对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。实验结果预测及分析: 能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。实验结论: 对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。(注：有些考题要求考生预测可能的实验结果，并推断相关的结论。)（二）实验设计的基本原则1 科学性原则 实验是人为控制条件下研究事物(对象)的一种科学方法；是依据假设，在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。2平行复重原则：即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。任何实验必须有足够实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。平衡重复原则要求控制某种因素的变化强度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。3.可行性原则：可行性原则是指在设计生物学实验时，从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都具有可行性。 4. 随机性原则：随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的定义干：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。5.简便性原则：实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。6. 控制与平衡控制原则该原则是指要严格地操纵自变量，以获取因变量，同时，要严格地均衡无关变量，以消除额外变量干扰。即尽量消除实验误差，以取得较为精确的结果。7. 单一变量原则和等量性原则 此两个原则都是在设计对照实验时必须坚持的原则。所谓单一变量原则，强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量，只有这样当实验组和对照组出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的，从而证明实验组所给实验因素的作用，因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置，至于将谁作为变量则很容易确定，即要验证谁则把谁作为变量，也就是要把所要验证的中心条件作为变量。等量性原则与单因子变量原则是完全统一的。只不过强调的侧面不同，单因子变量原则强调的是实验变量的单一性，而等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同，以平衡和消除无关变量对结果的影响，需要强调的是这些无关变量在进行严格控制时，不但要等量，而且是在适宜条件下的等量，常态条件下的等量。如在探索PH对酶活性影响的实验中，单一变量是PH，除PH之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量，而且要适宜的量，如对温度的控制不但要相同，而且要适宜，即要给予酶活性所需的适宜的温度，而不能控制在低温或高温条件下的等量。不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。自变量与因变量。自变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，是作用于实验对象的刺激变量，自变量须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。因变量是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，它是研究是否成功的证据，应具可测性和客观性。二者关系：自变量是原因，指实验假设中涉及的给定的研究因素；因变量是结果，指实验变量所引起产生的结果或结论，而其他对反应变量有影响的因素称之为无关变量。例如：关于“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，“低温(冰块)、适温(37)、高温 (沸水)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。该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。8.对照性原则:科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。 实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。由于同一种实验结果可能会被多种不同的实验因素所引起，因此如果没有严格的对照实验，即使出现了某种预想的实验结果，也很难保证该实验结果是由某因素所引起的，这样就使得所设计的实验缺乏应有的说服力。可见只有设置对照实验，才能有效地排除其它因素干扰结果的可能性。才能使设计显得比较严密，所以大多数实验，尤其是生理类实验往往都要有相应的对照实验。如何设置对照实验呢？所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。具体来说有如下四个方面：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。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。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。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。设置对照组有4种方法：(1)空白对照，即不给对照组做任何处理；例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。课本中涉及到的用甲状腺制剂饲喂蝌蚪与正常情况下蝌蚪不作任何处理对照就属于空白对照；在还原糖鉴定实验中留一部分样液不加入斐林试剂，以作对照。(2)条件对照，即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。例如，在“动物激素饲喂小动物”的实验中，甲组为实验组(饲喂甲状激素)，乙组为条件对照(饲喂甲状抑制剂)；不饲喂药剂的是空白对照组;课本中涉及到温度对淀粉酶活性影响的实验中0、100等温度下的对照则为条件对照，显然，通过条件对照实验说服力大大提高。(3)自身对照，指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组；例如，“质壁分离与复原”实验，自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。将过氧化氢酶加入过氧化氢溶液中证明酶是生物催化剂可催化过氧化氢水解，即自身对照，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。(4)相互对照，不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。即实验与对照在同一对象上进行.这种方法常用于等组实验中。如: 在探究温度(或pH)对酶催化活性影响实验中温度(或pH)(0度、50度,100度) 为条件对照。清水(软水) 、河水(硬水) 对加酶洗衣粉影响中，清水(软水) 、河水(硬水) 为相互对照。用缺素营养液培养的出现缺素症状的植株加入某元素后恢复正常为自身对照。.在实验中要找出一个最佳效果点，就要采取相互对照进行实验。“实验组”与“对照组”确认:一个实验通常分为实验组和对照组（控制组）。实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象组，两者对无关变量的影响是相等的，两组之间的差别，被认为是来自实验变量的结果，如 xx年春季高考 3题中为研究光对幼苗生长的影响时实验变量应为撤掉光照，因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组，而自然状态（即来接受实验变量处理）的小麦幼苗应为对照组，通过对照组能增强实验的信度。说明:根据实验目的要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照组实验。中学阶段所要求的实验设计一般多采用对照的原则，因为科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。(三). 实验设计的基本要求和注意事项要求:在掌握实验目的、原理的基础上确定实验方法。 严格遵循实验设计的基本原则，准确设置对照或变量。注意实验程序的科学性、合理性。对实验现象进行准确的观察、测量、记录。(确定能观察到的实验现象)能够预测可能出现的实验结果及其导致原因，并能够得出科学的实验结论。实验设计要考虑运用统计学进行分析的可能性。分析的样本要有一定的数量，使所得数据具有代表性和可靠性。 实验取样要注意典型性和代表性。为了使实验设计清晰明了、富有条理，具体的实验步骤要用“1、2、3”或其它顺序符号表示。实验过程中如果用到了两个以上相同的器材，也应对其进行编号，以防混淆。注意:要充分利用题目所给条件、材料用具及有关提示； 过程要完整，且衔接合理； 要注意各步骤的顺序。有时顺序一乱，就会出现科学性的错误；设计方案要充分联系教材中的有关知识点及相关学科的有关知识点； 设计过程中涉及到的理化知识，按相应学科要求完成，如化学反应式的写法等； 设计完毕，要自己通读并逐步认定，检查有无缺陷。 (四). 实验设计的具体方法1.实验设计的应对策略A.理解实验原理对实验设计的重要作用 每一个生物实验材料的选择、实验装置的确定、实验步骤和实验方法的安排都不是随意的、盲目的，而是有其实验原理作为依据的。实验现象和实验结果的预期也是依据实验原理而作出的。可见，实验原理是实验设计的依据。 B.应认真研究实验课题.找出其中的实验变量和反应变量，理解题目已知条件所隐含的意义。明确实验目的、实验原理及实验要求的基本条件。充分利用所给器材和试剂，构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获方法。般情况下，题目中所指定的器材、试剂，任何一种都应在实验的相关步骤中出现，避免遗漏或自行增加某种器材或试剂。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，并引入科学的测量方法C.反应变量的确定和控制 生物实验设计中，反应变量的确定非常重要，因为任何一个科学实验的结论都是从反应变量所表现出的数量、质量或状态的事实中推导或分析出来的。生物实验中很多反应变量就是实验条件。设计实验时，应该根据实验目的和实验原理来确定对实验结果有影响的反应变量。同时，对其他无关变量或非研究变量应进行控制。对变量的控制所要遵循的原则是对照原则，即控制其他因素不变，而只改变其中一个因素（反应变量），观察其对实验结果的影响。通过对照的建立，达到对变量的控制，这是生物实验设计的灵魂。 2. 实验设计常用的一些基本实验方法及技术使学生熟悉常用的实验方法和技术，理解每种方法和技术的适用情况并熟练掌握其操作技能，以便在设计实验时能进行迁移和利用。主要包括以下几个方面：（1）光学显微镜的作用 适用于观察生物的微观结构，如细胞结构，包括光镜下可看到的各种细胞器。要求学生熟练掌握显微镜的使用技术。（2）临时装片、切片和涂片的制作 适用于显微观察，凡需在显微镜下观察的生物材料，必须先制成临时装片、切片和涂片，如“观察植物细胞的质壁分离和复原”中要制作洋葱表皮细胞的临时装片，在“生物组织中脂肪的鉴定”中要制作花生种子的切片等等。（3）研磨、过滤 适用于从生物组织中提取物质如酶、色素等，要求学生熟练掌握研磨过滤的方法，如研磨时要先将生物材料切碎，然后加入磨擦剂（常用二氧化硅）、提取液及其他必要物质，充分研磨之后，往往要进行过滤，以除去渣滓，所用过滤器具则根据需要或根据试题中提供的器材加以选用，如可用滤纸、纱布、脱脂棉、尼龙布等等。（4）解离技术 用于破坏细胞壁，分散植物细胞，制作临时装片。（5）恒温技术 适用于酶参加的生化反应，一般用水浴或恒温箱。根据题目要求选用。（6）纸层折技术 适用于溶液中物质的分离。主要步骤包括制备滤纸条、画滤液细线、层析分离。（7）植物叶片生成淀粉的鉴定 适用于光合作用的有关实验，主要步骤包括饥饿处理、光照、酒精脱色、加碘。另外还有根尖培养、幼小动物的饲养、植物必需元素的鉴定、同位素示踪技术等。3.实验设计的步骤实验设计往往是解答实验题的难点，但只要理清思路，找准方法和突破口，也能化难为易。实验的设计可遵循以步骤进行。(1)了解题目要求:认真读题(2)写出实验名称: 指出是什么实验，(3)写出实验目的: 弄清该题要验证或探究的是什么样的生物学事实。即明确实验要解决什么问题。一般在题干中有“验证”、“证明”、“探究”，其后内容就是实验的目的。有些实验需要对其去粗取精，提炼要点. (4)写出实验原理: 就是完成该实验的理论依据是什么？这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法，以及所依据的科学科学原理。另外提供的实验仪器的使用方法和原理也是应考虑在内。此过程要求学生利用储备知识独立分析、运用。对所学知识运用要求较高，这是完成实验设计题目的的关键。(5)写出实验操作过程:大多数题目要求写出实验步骤，这是学生束手无策失分较多的地方。总结下面一条书写模式，能够使书写条理，思路清晰。A选材：选材应保持条件相同（如：日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠）B编组标号。研究对象、器皿等要编组标号，设立实验组和对照组；C实验处理。分别对实验组和对照组施加单一变量；除实验变量外，对实验组和对照组的培养、饲养等条件应要相同，即控制无关变量。后面步骤中要用到的东西，如果题目没有给出，则必须在前面的步骤中准备好，如实验中要用蔗糖液，而题目中只给出蔗糖，我们就要先配制好蔗糖液；题目中如果已经给好（如给的是配好的试剂），则不能再配制了。表格的设计：要理清设计思路：首先要读懂题目要求在表格“工作区”记录的内容。（题目中有明确的要求）其次要明确表格的第一列写什么？第一行写什么？注意在第一列或第一行中肯定要写组别，即实验组和对照组（相互对照中组数可能更多）。再绘制表格（切记：表格“工作区”是预留给所设计的实验中记录到的数据，而不是要学生造出数据来填入其中。因此只要设计完成一张空白表格即可。设计表格时，要先在草稿纸上画出表格轮廓，再写入答题纸中。）表格设计好后，切勿忘记给表格添上题注（即表格名称）。坐标图的设计：要理清横轴、纵轴的含义？纵横轴的单位？曲线的走势？关键点？D培养（或饲养）、观察、记录观察记录实验现象和实验数据.E实验结果分析或者预测实验现象: 要弄清题目的目的是“验证型的”还是“探究型的”。如果是“验证型的”实验，则要根据所学知识和原理，分析得出应有的实验结果和推出相应的结论，（此时一般只有一个结果和相应的结论，且结论与实验目的相对应）。若是“探究型的” 实验，则要根据原理、目的，预测出可能的结果和推出相应的结论（此时一般有几个不同结果及相应的结论）。预测结果“三步曲”a实验预测验证性实验 如“验证”、“证明”都可预测到与实验目的一致的结果。联系实验目的得出结论。结论是合理的、科学的、肯定的。不少结论是在实验要验证的内容中寻找。探究性（预测结果“三步曲”） 实验如“探究”预测的实验结果不唯一，大多有三种可能：“变量促进结果；变量抑制结果；变量与结果无关”，或“全肯定；全否定；一肯定一否定”等。b很多实验是化学反应类型，肉眼观察不到，应该考虑加入指示剂，借助颜色变化或仪器辅助观察。实验结果可采用文字描述、表格、坐标曲线等方式描述。注意: 预测实验结果或分析实验结果二者是有区别的：预测实验结果根据实验原理和事物间的相互关系，进行理性分析，从而预先猜测可能是什么样的结果、有几种结果可能性，都要事先预测到；分析实验结果是从结果出发去寻找事物间的相互关系，或者推导出一般性的结论或规律等。它是分析应有的实验结果，对意料之外的结果乃至失败的情况作出恰当的分析和推论。二者是相反的两个过程：因此解决此类问题时要根据题意注意用词的科学性和准确规范性。当然无论是预测实验结果还是分析实验结果，都要既考虑最后的结果，也要考虑中间步骤的结果。 F实验结论 通过现象、结果的分析，概括出规律性的问题，结论一般就是实验的目的。注意：验证性实验中，实验目的、实验（或预测）结果和实验结论三者是一致的。结果是指通过实验所观察到的实验现象或通过实验直接得到的“成果”。验证性实验中，由于要验证的结论是肯定的，因此无实验假设。在验证实验中，如果实验记录作为题目条件已出现，那么就可得到肯定的实验结论。G讨论 讨论的内容可以是实验中的内容，也可以是跟实验有关的其他问题。这一规范并非一成不变，在运用时掌握基本原则，灵活处理，才能以不变应万变。(五)实验设计的类型分为:探究性实验与验证性实验探究性实验：指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。验证性实验：指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。相同：实验原理、所用材料、方法步骤相同。区别：现象：验证性实验每个装置只出现一种现象，探索性实验分情况说，结论：验证性实验只有一种结论，探索性实验对每种现象分别作以说明，一般的来说，凡是探究性的实验的预测，往往有三种可能性，而作为鉴定性的实验则只有一种可能性，要么就是结论是成立的，要么就是结论不成立的，切记！探究性生物学实验的设计方法 探究性生物学实验应当要求同学们在明确实验要求、目的的前提下，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”的原则进行设计，一般可分为以下几个环节：1实验课题 如试题需要学生写出实验课题，那对课题的文字描述大多渗透在题干的字里行间，仔细阅读便可领会。实验课题的格式有： “探究的影响” 2理论假设的提出 根据题目要求，确定实验的条件即实验变量X，实验中要注意控制“变量”。一般只确定一个变量，即唯一一个对实验结果可能产生影响的变量。在此基础上提出理论假设，它常常可以描述为：“当条件X存在时，事件P(实验现象)可能发生.当条件X改变时，若事件P发生，能得出何结论；当事件P不发生，能得出何结论。”3设计探究性假设 分五个实验步骤进行： 实验准备，包括必要的实验器材及实验药品的准备； 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? 设计对照实验。 梳理，实验是否遵循“单因子变量”、“平行重复”原则。 4观察、记录和结论 仔细观察实验现象并准确记录实验结果，并根据实验现象作出相应的结论。(六).实验评价题应对策略：看有无对照实验，如果有看对照设计是否合理。 看实验是否遵循了单一变量原则。看实验步骤的顺序是否合理，步骤是否完整。看实验仪器、药剂的使用的是否合理。药剂的配备、使用及用量的大小。 看实验结果的验证是否合理。