生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則和方法

生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則和方法第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六實(shí)驗(yàn)名稱

是關(guān)于一個(gè)什么內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

要探究或者驗(yàn)證的某一事實(shí)。實(shí)驗(yàn)原理

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)依據(jù)的科學(xué)道理。實(shí)驗(yàn)條件

完成該實(shí)驗(yàn)必需的儀器、設(shè)備、藥品條件。實(shí)驗(yàn)方法與步驟

實(shí)驗(yàn)采用的方法及必需操作程序。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與記錄

對(duì)實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果應(yīng)有科學(xué)的測量手段與準(zhǔn)確的記錄。實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測及分析

能夠預(yù)測可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析導(dǎo)致的原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)論

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的描述并給出一個(gè)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(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要考慮到實(shí)驗(yàn)材料容易獲得，實(shí)驗(yàn)裝置比較簡單，實(shí)驗(yàn)藥品比較便宜，實(shí)驗(yàn)操作比較簡便，實(shí)驗(yàn)步驟比較少，實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較短。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則1.科學(xué)性原則所謂科學(xué)性，是指實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊鞔_，實(shí)驗(yàn)原理要正確，實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)手段的選擇要恰當(dāng)，整個(gè)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)方法的確定都不能偏離生物學(xué)基本知識(shí)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(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)中非常重要的原則。它有兩層意思：一是確保”單一變量”的實(shí)驗(yàn)觀測，即不論一個(gè)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)變量，都應(yīng)做到一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量對(duì)應(yīng)一個(gè)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。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。3.單一變量原則第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六該實(shí)驗(yàn)一是要獲得和解釋溫度變化（實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作程序，溫度處理的時(shí)間長短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對(duì)低溫、適溫、高溫三組實(shí)驗(yàn)是等同、均衡、穩(wěn)定的；如果無關(guān)變量中的任何一個(gè)或幾個(gè)因素或條件，對(duì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會(huì)在實(shí)驗(yàn)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(duì)淀粉酶活性的影響”的實(shí)驗(yàn)中，所給定的低溫（冰快）、適溫（37℃）、高溫（沸水?。┚褪菍?shí)驗(yàn)變量。由于低溫、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(shí)驗(yàn)對(duì)照原則是設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)則之一。通過設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)照對(duì)比，即可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說服力。通常，一個(gè)實(shí)驗(yàn)總分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組，是接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組；對(duì)照組，對(duì)實(shí)驗(yàn)假設(shè)而言，是不接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組，至于哪個(gè)作為實(shí)驗(yàn)組，哪個(gè)作為對(duì)照組，一般是隨機(jī)決定的，這樣，從理論上說，由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組兩者之差異，則可認(rèn)定為是來自實(shí)驗(yàn)變量的效果，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的。按對(duì)照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有以下對(duì)照類型：

4.對(duì)照原則第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六（1）空白對(duì)照

指不做任何處理的對(duì)象組。（2）條件對(duì)照

指雖給對(duì)象施以某種實(shí)驗(yàn)處理，但這種處理是作為對(duì)照意義的。例如“實(shí)習(xí)一，動(dòng)物激素飼喂小動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)”，采用等組實(shí)驗(yàn)法，其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案是：例如：“實(shí)習(xí)一，動(dòng)物激素飼喂小動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)”，甲組：飼喂甲狀腺激素（實(shí)驗(yàn)組）

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

指實(shí)驗(yàn)與對(duì)照在同一對(duì)象上進(jìn)行，即不另設(shè)對(duì)照組。如：”植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)，就是典型的自身對(duì)照。自身對(duì)照，方法簡便，關(guān)鍵是要看清楚實(shí)驗(yàn)處理前后現(xiàn)象變化的差異，實(shí)驗(yàn)處理前的狀況為對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)處理后的變化則為實(shí)驗(yàn)組。

（4）相互對(duì)照

指不另設(shè)對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)比對(duì)照，在等組實(shí)驗(yàn)法中，大都是運(yùn)用對(duì)照，如：“植物的向性”的等組實(shí)驗(yàn)，4個(gè)試驗(yàn)組所采用的都是相互對(duì)照，較好的平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)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)的原則就是為解決這個(gè)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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。看清題意是要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、步驟還是分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理：

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

3.確定實(shí)驗(yàn)思路：

就是根據(jù)原理對(duì)實(shí)驗(yàn)作出假設(shè)，并對(duì)可能產(chǎn)生的現(xiàn)象作出預(yù)期，并充分利用實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路。實(shí)驗(yàn)大致可分為觀察實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、定性（量）分析實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)等。根據(jù)題目要求我們可以把實(shí)驗(yàn)歸類，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)可以選用不同的方法，要不要控制變量，要不要設(shè)置對(duì)照等。

4、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和思路，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作步驟。要思考題目中所給出的實(shí)驗(yàn)材料和試劑分別起什么作用，怎樣運(yùn)用，要注意：一是題目中給出的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)試劑和材料。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種開放性試題，可能存在多種實(shí)驗(yàn)步驟，但一般應(yīng)遵循以下幾個(gè)要求：簡便性、可行性、安全性和精確性。

5、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)：

在實(shí)驗(yàn)中將觀察到的現(xiàn)象如實(shí)、準(zhǔn)確地記錄下來。除了用文字進(jìn)行記錄外，還可以用數(shù)據(jù)或符號(hào)進(jìn)行記錄。

6、分析得出結(jié)論：

根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計(jì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題型類析

1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：

題目給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙恍└郊訔l件，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，寫出實(shí)驗(yàn)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(shí)點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)原理，構(gòu)思相關(guān)的生物情境，然后再設(shè)計(jì)便于操作的實(shí)驗(yàn)方案第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期六

例1設(shè)計(jì)一個(gè)于室外空曠處進(jìn)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(shí)驗(yàn)方案，并說明實(shí)驗(yàn)原理。

(1)實(shí)驗(yàn)方案

(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)可設(shè)計(jì)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(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：

根據(jù)題目要求給定的器材以及實(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)了高考試題理論聯(lián)系實(shí)際的原則和學(xué)以致用的趨向。要求教學(xué)中要強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生“根據(jù)實(shí)驗(yàn)試題的要求和有關(guān)原理設(shè)計(jì)出簡單實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)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(shí)驗(yàn)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(duì)小鼠能量代謝的影響（能量代謝的強(qiáng)弱用單位時(shí)間的耗氧量表示），請(qǐng)依據(jù)所給的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖）、實(shí)驗(yàn)材料的用品，在給出的實(shí)驗(yàn)方法的步驟的基礎(chǔ)上，繼續(xù)完成探究實(shí)驗(yàn)，預(yù)測可能的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法：

此類試題主要考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)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(jìn)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(jì)了下列實(shí)驗(yàn)，試圖證明“生長素（IAA）在植物體內(nèi)的運(yùn)輸，主要從植物體形態(tài)學(xué)上端向形態(tài)學(xué)下端運(yùn)輸，而不能倒轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)。

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(huì)“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(qǐng)你依據(jù)所給材料和用品設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，并預(yù)測可能的實(shí)驗(yàn)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(jì)等。

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

1、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

認(rèn)真審題，找到關(guān)鍵詞，搞清實(shí)驗(yàn)要探究什么問題

本題主要是以溫度對(duì)酶(蛋白質(zhì))活性的影響為知識(shí)背景，考查同學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力。所以讀完題后，應(yīng)明確本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理是指設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的依據(jù)，本實(shí)驗(yàn)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(lán)。

3、把握實(shí)驗(yàn)原則

單因素可變原則：本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)實(shí)驗(yàn)作出全面的預(yù)期，本實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確

結(jié)論科學(xué)指實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案包括：

(1)取甲、乙兩支潔凈試管分別作標(biāo)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(duì)照性原則：本實(shí)驗(yàn)丙試管為空白對(duì)照，甲試管37℃常態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照。

如本實(shí)驗(yàn)可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)的結(jié)論是