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生物实验设计总结 |
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来源：互联网 作者：未知 发布时间：2006-11-12
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四、实验设计的关键环节
1.实验设计中的假说
在实验设计中，每一个实验目的的确定，都是一个实验假说的形成过程。我们在作出实验假说时，必须在注意假说的预见性的同时，强调客观性和多样性。
2.实验材料和实验手段的选择
选择恰当的材料和手段，是所设计的实验能否达到预期结果的重要保证。
3.反应变量的确定和控制
依据实验条件和环境因素充分控制无关变量，使实验具有科学性，结果不受干扰。
Ⅳ 实验设计题的类型
类型一
给出实验用具、材料、药品、实验的目的，要求根据所给器材设计实验方案。
[例1]请根据下述条件设计一个实验，鉴别两个不同浓度的蔗糖溶液，写出实验步骤并分析结果。一瓶10%蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液，250ml烧杯一只，半透膜制成的透析袋l只，刻度玻璃管l只，细线一根，支架l个。
(1)实验步骤：
(2)结果分解：
[解析]本实验是考查渗透作用的原理和动手设计实验的能力，解题的关键是如何利用透析袋和两种液体形成一个渗透系统。当将两种液体之一放入透析袋，另一液体放大烧杯中，然后将盛放液体的透析袋用线扎实(插入刻度玻璃管)并浸浴在烧杯的液体中时，由于两液体具有浓度差，水分子便通过透析袋发生渗透作用，观察刻度玻璃液面数值变化即可将二者区别开来。
[答案](1)实验步骤：①将一瓶中的液体倒入烧杯中
②将另一瓶中的液体倒入透析袋，刻度玻璃管插入袋内液体中，用线将袋口和玻璃管扎紧
③将插有刻度玻璃管的透析袋放大盛有液体的烧杯中，垂直固定于支架上，记录玻璃管液面刻度
④一段时间后，观察玻璃管液面刻度，确定液面上升还是下降。
(2)结果分析：如液面上升，则透析袋中的溶液为30%蔗糖溶液，烧杯中的溶液为10%的蔗糖溶液。反之，可推测透析袋中是10%蔗糖溶液，烧杯中的液体是30%的蔗糖溶液。
[误区]定性的把30%或10%的蔗糖溶液一定放在透析集中，会使设计复杂化，甚至影响设计思路。
[说明]根据实验设计理论，把所给器材的作用分析清楚，有助实验设计思路的形成。
[例
2](2000年理科综合)血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏钙则血液不能凝固，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，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，验证钙离子在血液凝固中的作用，并回答问题：
一、实验材料和用具
(1)家兔 (2)生理盐水 (3)酒精棉
(4)适宜浓度的草酸钾溶液 (5)适宜浓度的氯化钙溶液
(6)试管、注射器(针管、针头)
二、实验步骤和实验结果
第一步：在A、B试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水.
第二步：
问题：设置B管的目的是
[解析]本题的实验目的是验证钙离子在血液凝固中的作用，具体要求是：①完成实验步骤的设计和给出实验结果；②回答实验设计中的相关问题。
本实验的原理题目中已经给出：①血液中的钙具有凝血作用；②草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应生成草酸钙，很显然，本实验的研究对象为钙离子，分析题中给出的实验条件，特别是给出的实验设计的第一步，可确定试管A和试管B为一组对照实验，其中试管A用于观察除去血液中钙离子后血液的凝固情况，试管B用于观察血液中有钙离子(不清除有的钙离子)时的凝固情况，因此A管为实验组，B管为对照组，分析实验材料和用具的作用：家兔提供血液，酒精棉用于消毒，注射器用于抽取血液，试管、生理盐水和草酸钾已在第一步实验中用到。因此，实验设计如下：
第二步：用70%酒精棉消毒，用注射器取家兔血。
第三步：立即将等量的新鲜血液分别加入到A、B两支试管中。
根据题目所给的信息，由于A试管中有草酸钾，与血液中的钙离子结合生成了草酸钙，血液中没有了钙离子，预期血液将不会凝固；B管中加入的是生理盐水，不影响血液中的钙离子，因此预期血液将发生凝固，所以实验结果是：A管不凝固，B管凝固。
实验设计到此似乎已经完成，但仔细审题会发现，题目中给出的适宜浓度的氯化钙溶液尚未用到。再仔细推敲前三步实验，可以发现，实验设计还不够严密，尚不能排除A管中血液不发生凝固不是草酸钾的直接作用，要排除这一疑问，应再增加一步实验，即在A管内继续加入钙离子，
以进一步观察血液的凝固情况，如果血液发生了凝固。则证明第三步实验中A管血液不凝固不是草酸钾的直接作用。
实验设计从第一步到第三步采用的是并列对照实验。第四步则进一步采用前后对照实验，从而较严密地证明了钙对血液凝固的作用。很显然，题目设置B管的目的应是作为A管的对照。
[答案]第二步：用酒精棉消毒，用注射器取家兔血。
第三步：立即将等量的新鲜血液分别加入到A、B两试管中，静置一段时间。
结果：A管：不凝固，B管：凝固。
第四步：将等量的CaCl2溶液分别加入到A、B两试管中。
结果：A管：凝固，B管：仍凝固；(第四步B管中不加CaCl2溶液也行)。
问题：B管是作为A管的对照。
[误区]忽略了题中给出的适宜浓度的氯化钙溶液，导致实验设计不严密。
[说明](1)试剂用量对实验结果有影响，但本题对此不作要求。
(2)本实验总体上采用的是并列对照实验的方法，因此在AU两试管的处理上除了实验变量外，其余的各项操作都必须是相同或尽量相同，如加入的血液、氯化钙溶液都必须等量。
(3)实验设计题是一种开放型的试题，没有惟一的标准答案，也没有固定不变的思路，学生充分发挥创造性，设计出合理、独特的实验方案，才是命题者的希望。
(4)实验设计的基本原则要掌握并会应用
在已知实验题目后进行实验设计时，除了要对所设计的实验有一个整体设想，有一条清晰的思路和操作的可行性外，还需要注意以下基本原则：
①科学性：设计实验时必须有充分的科学根据，这就要求考生设计实验时要以前人的实验、公式或自己的实验为基础，而不是凭空设想。
②严谨性：欲使实验题中的问题回答得无懈可击，必须要注意实验设计中的严谨性。如在某些实验中要设计对照实验(包括某一处理前的正常对照或对照组)，样便于实验前后对比或组间对比，得出明确的结论。有些实验则要建立在严谨的逻辑推理基础之上。
③实验条件的一致性：在实验中，除欲处理的因素外，其他诸实验条件必须保持前后一致，不能在实验过程中随意变动，只有在实验条件完全一致的情况下(控制无关变量)。才能显示出处理因素对实验结果的影响，否则可能有未被控制的因素干扰实验结果。
④器材的选择：在实验设计中，用具和材料的选择是十分重要的，要根据实验所提出的问题和要求，联系出题者所提供的器材，准确判断和选择实验所需的用具及材料，不要少用或多用器材。
类型二
只给出实验目的，实验器材自选，实验方案自己设计。这种类型的设计题，最能反映学生的知识水平、实践能力的高低。
[例3]请你设计一个实验，证明动物生长激素的分泌器官及其生理作用。(切除动物垂体情况委复杂，本实验不要求叙述细节)
[解析]本题是一道典型的实验验证设计题。目的是考查学生实验设计的能力和分析实验的能力。设计实验时必须按实验设计的要求：①实验材料、用具；②方法步骤；
③观察现象和记录实验结果；④对结果进行分析，作出结论等；设计的实验中一定设置对照实验，并且实验组与对照组只存在一个变量，否则，实验结果没有说服力，也难以证明问题。
[答案](1)材料：幼年兔(或其它幼年哺乳动物)；(2)实验方法步骤；(3)观察现象：见下表
实验分组 处理方法 实验现象
实验组A 切除垂体 停止生长
实验组B 切除垂体后每天注射生长激素
停止生长
实验组C 正常兔 正常生长
[误区]搞不清实验设计的内容和顺序，导致无从看手。
[说明]类似此题的实验设计，应根据已有的知识，结合实验设计理论进行分析，确定思路，再接程序设计，可使问题得到突破，设计中应注意知识的逻辑性和严密性不可出现漏洞。
[例4](1996年上海高考)设计一介于室外空旷处进行的实验，在不用任何药剂、装置和触及幼苗的情况下，使盆栽幼嫩植物长成如图所示形状。
(1)设计实验方案(即操作步骤)。
(2)设计该方案的原理。
[解析]图中植物发生明显弯曲，必然是生长素分布不均匀所引起。联系所学知识，自然状况下，平侧无照射和重力作用，都可引起生长素分布不均，在不用任何药剂、装置和触及幼苗、室外空旷处进行实验的情况下，不能取得单侧光照射的条件，因此只能考虑重力对生长素分布的影响。
[答案](1)将正常生长的植株花盆侧放倒在地上，将植株弯向上方生长后，再摆正花盆。
(2)利用重力影响导致生长素分别不均，使茎背她生长，从而发生弯曲的特点。
[误区]习惯靠规定的材料用具进行实验而使此题无思路可循。
(说明)实验设计应有知识基础，但要注意思维的灵活性，本题实际上就是利用一个茎背地性的原理而进行的实验。
类型三 分析己有的实验设计方案中不科学性
[例
5]北阿尔伯达的一个工厂把产酸的化学品排入到空气中，工厂东面有一个湖，湖底是石灰石的。但湖水的pH值已从原来的6儿降低到5.7。虽然酸性沉积一直在增加，湖水的pH值仍保持5.7不变。湖中原有的鱼是河鲈和鲤鱼。钓鱼运动员抱怨说，自从工厂开办以来，鱼资源已经减少。工厂的科学家们设计了一个实验，证明工厂排放出去的化学品与鱼资源的减少没有关系。
科学家取一只大容器，盛放湖水，维持pH值在5.7。从湖里找来大鱼放在该容器内，喂以蛋白质饲料。在这样的条件下，鱼正常成长。
假定你是一个独立的仲裁员，受雇于垂钓运动委员会，来对该项实验和评估，列出你要得到的附加信息，并列举说明你要用什么方法去得到这些信息。
[解析]本实验设计方案中没有考虑鱼的生活中受着多种因素影响，这与单一变量原则是相违背的。
[答案]该实验设计测量不出下列因素。而这些因素都是对河鲈和鲤鱼的影响的：
l.酸对河鲈和鲤鱼的食物数量多少的影响
2.酸对河鲈和鲤鱼的鱼卵或幼鱼的影响
3.由于春季干涸造成pH值季节性涨落的影响
4.由于酸的分解作用而进入水域的重金属量是多少
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