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【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 對(duì)照原則 解題技巧
生物學(xué)作為一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué),實(shí)驗(yàn)是獲取生物學(xué)知識(shí)的重要手段,是科學(xué)研究過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。因此在高考對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾樘岢隽司唧w的要求,考綱如下:(1)能獨(dú)立完成所列生物實(shí)驗(yàn),包括理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⒎椒ê筒僮鞑襟E,掌握相關(guān)的操作技能,并能將這些實(shí)驗(yàn)涉及的方法和技能進(jìn)行綜合運(yùn)用。(2)具備驗(yàn)證簡(jiǎn)單生物學(xué)事實(shí)的能力,并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行解釋、分析和處理。(3)具備對(duì)一些生物學(xué)問(wèn)題進(jìn)行初步探究的能力,包括運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)與調(diào)查、假說(shuō)演繹、建立模型與系統(tǒng)分析等科學(xué)研究方法。(4)能對(duì)一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)和修改。
高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)是主流。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向探究性實(shí)驗(yàn)的方向突破和發(fā)展,已然成為今后一段時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)命題的方向和熱點(diǎn)。那么,如何才能答好生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,取得優(yōu)秀的分?jǐn)?shù)呢?本文結(jié)合自己近幾年的教學(xué)實(shí)踐,總結(jié)出解題技巧:設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的“一”“二”“三”“四”,即一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑑蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)原則,三個(gè)實(shí)驗(yàn)變量,四個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟。
一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模涸O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法一般從目的、要求入手,確定實(shí)驗(yàn)原理、選擇適當(dāng)操作過(guò)程,也可以從如何檢測(cè)現(xiàn)象、結(jié)果入手。找到簡(jiǎn)單、明確的現(xiàn)象觀察或結(jié)果檢測(cè)方法,就找準(zhǔn)了方向,再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程更簡(jiǎn)單明了。同時(shí)從實(shí)驗(yàn)?zāi)康目梢钥闯鍪球?yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn),也可以看出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。如果是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),預(yù)測(cè)的現(xiàn)象應(yīng)單一并對(duì)應(yīng)需要驗(yàn)證的結(jié)論;如果是研究性問(wèn)題,現(xiàn)象的預(yù)測(cè)應(yīng)注意正反多方面的邏輯性,并分別對(duì)應(yīng)不同的結(jié)論
兩個(gè)實(shí)驗(yàn)原則:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程要遵循多個(gè)原則:科學(xué)性原則,單一變量原則,對(duì)照原則,平行重復(fù)原則,其中最常考到對(duì)照原則和單一變量原則。
(一)變量,或稱(chēng)因子,是指實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所作的特定因素或條件。按性質(zhì)不同,通常可分為兩類(lèi):實(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量,無(wú)關(guān)變量與額外變量。無(wú)關(guān)變量,也稱(chēng)控制變量,指實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量以外的影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。額外變量,也稱(chēng)干擾變量,指實(shí)驗(yàn)中由于無(wú)關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果。顯然,額外變量會(huì)對(duì)反應(yīng)變量有干擾作用,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,溫度處理的時(shí)間長(zhǎng)短等等,都屬于無(wú)關(guān)變量,要求對(duì)低溫、適溫、高溫3組實(shí)驗(yàn)是等同、均衡、穩(wěn)定的;如果無(wú)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。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之一在于控制無(wú)關(guān)變量或減少額外變量,以減少誤差。
在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中僅僅改變實(shí)驗(yàn)中的某一項(xiàng)變量,其它因子不變,在此條件下,觀察、研究該變量對(duì)實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。除了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中欲處理的實(shí)驗(yàn)因素外,其他實(shí)驗(yàn)條件要做到前后一致。綜合研究多變量時(shí),也要求先研究一個(gè)變量,再研究一另個(gè)變量。
(二)對(duì)照是實(shí)驗(yàn)控制的重要手段之一,目的還是在于平衡或消除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。通過(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)照,可排除無(wú)關(guān)變量的影響,也可增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)服力。
通常,一個(gè)實(shí)驗(yàn)可為實(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(shuō),由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無(wú)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)照組的差異,則可認(rèn)定為是來(lái)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(lèi)型:
1.空白對(duì)照:指不做任何實(shí)驗(yàn)處理的對(duì)象組。例如,在“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實(shí)驗(yàn)中,向甲試管溶液加入試劑,而乙試管溶液不加試劑,一起進(jìn)行沸水浴,比較它們的變化。這樣,甲為實(shí)驗(yàn)組,乙為對(duì)照組,且乙為典型的空白對(duì)照。在“唾液淀粉酶催化淀粉”的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)組滴加了唾液淀粉酶液,而對(duì)照組只加了等量的蒸餾水,起空白對(duì)照。空白對(duì)照能明白地對(duì)比和襯托出實(shí)驗(yàn)組的變化和結(jié)果,增強(qiáng)了說(shuō)服力。
2.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。單組法和輪組法,一般都包含有自身對(duì)照。如“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn),“探究酵母菌的呼吸方式”實(shí)驗(yàn)就是典型的自身對(duì)照。自身對(duì)照,方法簡(jiǎn)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)處理前的對(duì)象狀況為對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)處理后的對(duì)象變化則為實(shí)驗(yàn)組。
3.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,或者說(shuō)這種處理不是實(shí)驗(yàn)假設(shè)所給定的實(shí)驗(yàn)變量意義的。例如。“動(dòng)物激素飼喂小動(dòng)物”的實(shí)習(xí)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: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);雖然,乙組為條件對(duì)照。該實(shí)驗(yàn)即設(shè)置了條件對(duì)照,又設(shè)置了空白對(duì)照,通過(guò)比較、對(duì)照、更能充分說(shuō)明實(shí)驗(yàn)變量———甲狀腺激素能促進(jìn)小動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育。又如,在艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)組是“R型活細(xì)菌+S型細(xì)菌的DNA混合培養(yǎng)”,條件對(duì)照組是“R型或細(xì)菌+S型細(xì)菌的DNA和DNA酶混合培養(yǎng)”。
4.相互對(duì)照:是指不另設(shè)對(duì)照組,而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)比對(duì)照。如“植物激素與向光性向重力性實(shí)驗(yàn)”和“溫度對(duì)酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)”中,所采用的都是相互對(duì)照,較好地平衡和抵消了無(wú)關(guān)變量的影響,使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有說(shuō)服力。
三個(gè)實(shí)驗(yàn)變量:即實(shí)驗(yàn)變量,無(wú)關(guān)變量,反應(yīng)變量。
實(shí)驗(yàn)變量,也稱(chēng)為自變量,指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱的因素或條件。反應(yīng)變量,亦稱(chēng)因變量,指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化和結(jié)果。通常,實(shí)驗(yàn)變量是原因,反應(yīng)變量是結(jié)果,二者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如,在“溫度對(duì)酶活性的影響”的實(shí)驗(yàn)中,所給定的低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫(沸水浴)就是實(shí)驗(yàn)變量。而由于低溫、適溫、高溫條件變化,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,該實(shí)驗(yàn)即在于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。
無(wú)關(guān)變量,也稱(chēng)控制變量,指實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量以外的影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。額外變量,也稱(chēng)干擾變量,指實(shí)驗(yàn)中由于無(wú)關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果。顯然,額外變量會(huì)對(duì)反應(yīng)變量有干擾作用,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,溫度處理的時(shí)間長(zhǎng)短等等,都屬于無(wú)關(guān)變量,要求對(duì)低溫、適溫、高溫3組實(shí)驗(yàn)是等同、均衡、穩(wěn)定的;如果無(wú)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。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之一在于控制無(wú)關(guān)變量或減少額外變量,以減少誤差。
四個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟:1取材、分組、編號(hào):取材一般指實(shí)驗(yàn)所用的生物材料,實(shí)驗(yàn)材料要有相似性和重復(fù)性,這樣可減少誤差,盡可能消除因材料的不同而引起的干擾。分組及編號(hào)指將材料或所用器皿均分并編號(hào),以便描述及記錄。如:將長(zhǎng)勢(shì)相同高度相似的若干同種植物均分為三組,編號(hào)為1,2,3。
2.設(shè)置實(shí)驗(yàn)變量:按照研究的問(wèn)題確定單一變量,設(shè)置空白對(duì)照、前后對(duì)照或相互對(duì)照。一般研究“是否”的有關(guān)問(wèn)題設(shè)置空白對(duì)照;如:設(shè)置有無(wú)二氧化碳的供應(yīng)研究光合作用是否需要二氧化碳。研究“是多少”的有關(guān)問(wèn)題可設(shè)置有梯度的相互對(duì)照。如:設(shè)置不同梯度的溫度研究酶的最適溫度是多少。
一、什么是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
所謂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),就是要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理,選擇實(shí)驗(yàn)器材,安排實(shí)驗(yàn)步驟,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理的方法及分析實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。它包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),主要考查學(xué)生是否理解實(shí)驗(yàn)原理,是否具有靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)的能力,是否具有在不同情境下遷移知識(shí)的能力。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則包括:(1)科學(xué)性原則。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)平行重復(fù)性原則。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。(3)單一變量原則。一是確保“單一變量”的實(shí)驗(yàn)觀測(cè),不論有幾個(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)觀測(cè)一個(gè)反應(yīng)變量;二是確保“單一變量”的操作規(guī)范,實(shí)驗(yàn)操作中要盡可能避免無(wú)關(guān)變量及額外變量的干擾。(4)對(duì)照原則。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(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)照,又能排除無(wú)關(guān)變量的影響,又可增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)服力。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法
一個(gè)比較完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,一般包括這樣幾方面的內(nèi)容:(1)實(shí)驗(yàn)題目的確定;(2)提出假說(shuō);(3)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法和步驟;(4)提出實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果;(5)要觀察和搜集的數(shù)據(jù)及方法。書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案通常包括:“實(shí)驗(yàn)課題”、“實(shí)驗(yàn)假說(shuō)”、“實(shí)驗(yàn)預(yù)期”、“實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆薄ⅰ皩?shí)驗(yàn)方法類(lèi)型”、“實(shí)驗(yàn)對(duì)照類(lèi)型”、“實(shí)驗(yàn)材料用具”、“實(shí)驗(yàn)方法步驟”和“實(shí)驗(yàn)結(jié)論與討論”等項(xiàng)目。而在中學(xué)生物課本的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中,實(shí)驗(yàn)假說(shuō)和實(shí)驗(yàn)預(yù)期大都隱含在“實(shí)驗(yàn)原理”中,實(shí)驗(yàn)方法類(lèi)型、實(shí)驗(yàn)對(duì)照類(lèi)型則一般隱含在“方法步驟”中。
四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)例分析
例1.為證實(shí)“二氧化碳是光合作用合成有機(jī)物必需的原料”,某同學(xué)制訂了下列實(shí)驗(yàn)方案:(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?略);(2)實(shí)驗(yàn)材料和用具(略);(3)實(shí)驗(yàn)方法和步驟:用一適當(dāng)大小的玻璃罩罩住一株生長(zhǎng)正常的盆栽綠色植物和一杯NaOH溶液,密封不漏氣。將上述植物及裝置放在暗室中饑餓,消耗掉葉片內(nèi)貯藏的有機(jī)物。暗室內(nèi)裝有紅色安全燈。饑餓一定時(shí)間后,自暗室中取出,照光若干小時(shí),使其充分進(jìn)行光合作用。取一葉片,放人盛有酒精的燒杯中,水浴加熱,使葉綠素溶于酒精中。將已脫綠的葉片取出,平鋪在一個(gè)培養(yǎng)皿中,用碘液檢測(cè)有無(wú)葡萄糖的特異顏色反應(yīng)出現(xiàn)。該實(shí)驗(yàn)方案有幾項(xiàng)明顯錯(cuò)誤,請(qǐng)指出錯(cuò)誤并改正。
診斷錯(cuò)因:忽視了平時(shí)的生物實(shí)驗(yàn)操作和訓(xùn)練。正確思路:實(shí)驗(yàn)中無(wú)對(duì)照實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)中不能用紅色安全燈,因?yàn)樯啬軌蛭占t光,進(jìn)行光合作用,影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果;淀粉遇碘變藍(lán)是淀粉等特有的顏色反應(yīng),而不是葡萄糖的顏色反應(yīng)。鑒定還原糖(葡萄糖)的存在應(yīng)用的試劑是班氏試劑。
例2.現(xiàn)有一種植物的種子,已經(jīng)知道它的萌發(fā)受水分、溫度和氧氣的影響,但不了解其萌發(fā)與光是否有關(guān),探究光的有無(wú)對(duì)該種子萌發(fā)的影響,請(qǐng)你依據(jù)所給材料和用品設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)的方法步驟,預(yù)測(cè)可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并分別得出相應(yīng)的結(jié)論。材料和用品:數(shù)量充足的鋪有濾紙的培養(yǎng)皿、無(wú)菌水、表面消毒過(guò)的種子等。
參考答案:方法步驟是向培養(yǎng)皿中倒入適量的水,將等量的種子分別放入兩組培養(yǎng)皿中,將一組置于有光照的環(huán)境中,另一組置于黑暗環(huán)境中。在培養(yǎng)過(guò)程中,使兩組所處溫度、水分、空氣狀況適宜且相同。可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)的結(jié)論是有光組萌發(fā)、無(wú)光組也萌發(fā),該種植物的種子萌發(fā)不受光的影響。有光組萌發(fā)、無(wú)光組不萌發(fā),光是該種植物種子萌發(fā)的必要條件之一。有光組不萌發(fā),無(wú)光組萌發(fā),光抑制該種植物種子的萌發(fā)。
五、交流點(diǎn)撥,提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力
誤區(qū)一:實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟幻鞔_。例1鑒別兩種不同濃度的蔗糖液,一瓶30%的蔗糖液,一瓶10%的蔗糖液,半透膜制成的透析袋1個(gè),刻度玻璃管1支,細(xì)線1根,鐵架臺(tái)1個(gè),250ml的燒杯1個(gè)。錯(cuò)誤設(shè)計(jì):把10%的蔗糖液倒入燒杯中,把30%的蔗糖液倒入透析袋中,同時(shí)把刻度玻璃管插入透析袋中的蔗糖液里,并用細(xì)線扎緊透析袋口和刻度玻璃管,垂直吊在鐵架臺(tái)的支架上,記下袋中液面在刻度管上的位置。靜置一會(huì)兒,可以發(fā)現(xiàn),透析袋中的液面上升了,證明水分子通過(guò)半透膜由燒杯進(jìn)入到了透析袋中。【錯(cuò)誤剖析】可見(jiàn),該生對(duì)本實(shí)驗(yàn)的目的根本不明確。本實(shí)驗(yàn)的目的不是證明水分是否穿過(guò)半透膜。正確設(shè)計(jì):把一瓶蔗糖液倒入燒杯中,另一瓶倒入透析袋中,同時(shí)把刻度玻璃管插入透析袋中,用細(xì)線扎緊透析袋口和刻度玻璃管,然后把透析袋放入燒杯中垂直吊在支架上,記下此時(shí)透析袋中液面的位置。靜置一會(huì)兒,若袋中液面上升,則袋中為30%的蔗糖液,杯中為10%的蔗糖液;反之,則袋中為10%的蔗糖液,杯中為30%的蔗糖液。誤區(qū)二:實(shí)驗(yàn)原理不明確。有時(shí),雖然實(shí)驗(yàn)?zāi)康南嗤珜?shí)驗(yàn)條件不同,這時(shí)就應(yīng)依據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)原理達(dá)到同一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模词馔就瑲w。例2已知小麥高稈(D)對(duì)矮稈(d)顯性,抗銹病(T)對(duì)不抗銹病()t顯性,兩對(duì)基因獨(dú)立遺傳。現(xiàn)手頭只有兩個(gè)純系小麥品種:高稈抗銹病小麥和矮稈不抗銹病小麥,請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案選育出矮桿抗銹病小麥品系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和要求,應(yīng)當(dāng)選用雜交育種的方法,實(shí)驗(yàn)原理是基因重組。正確設(shè)計(jì):讓高稈抗銹病小麥和矮稈不抗銹病小麥雜交得F1,F(xiàn)1自交得F2,在F2中選出矮桿抗銹病個(gè)體,再自交……直至自交后代全為矮抗個(gè)體,不再出現(xiàn)性狀分離為止,這樣的個(gè)體就是所要選育的純系矮桿抗銹病品種。例3假設(shè)在前面的條件基礎(chǔ)上,還提供必要的化學(xué)藥劑和技術(shù)手段,要求在最短時(shí)間內(nèi)選育出矮桿抗銹病小麥品系。試題分析:這時(shí)還用雜交育種的方法顯然不行,因?yàn)殡s交育種需要的時(shí)間太長(zhǎng),因此,只能采取單倍體育種的方法,其原理是染色體變異。正確設(shè)計(jì):讓高抗小麥與矮不抗小麥雜交得F1,去F1花藥離體培養(yǎng)得單倍體幼苗,再用秋水仙素處理幼苗后得到的矮抗植株即是。除要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理外,一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還應(yīng)包括:實(shí)驗(yàn)的材料和用具、實(shí)驗(yàn)步驟和對(duì)照四個(gè)方面,稱(chēng)為“實(shí)驗(yàn)四要素”。在生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,還有一類(lèi)重要的實(shí)驗(yàn)———對(duì)照實(shí)驗(yàn)。誤區(qū)三:作為對(duì)照的對(duì)象不明或選擇不當(dāng)。例4探究甲狀腺激素對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的影響:15只同種同時(shí)孵化的小蝌蚪,3只相同的玻璃缸,晾曬過(guò)的自來(lái)水,新鮮水草,飯粒,滴管,培養(yǎng)皿蓋,坐標(biāo)紙,小網(wǎng),甲狀腺素,甲狀腺素抑制劑,蒸餾水。提示:將15只蝌蚪分為三組,每組各5只,分別在甲、乙、丙3只玻璃缸中喂養(yǎng),進(jìn)行相互對(duì)照,3只玻璃缸中還要加入等量的自來(lái)水、水草、飯粒,再向甲、乙、丙中依次滴入等量的甲狀腺素、甲狀腺素抑制劑、蒸餾水。加入甲狀腺素抑制劑是為了起條件對(duì)照作用,加入等量的蒸餾水起空白對(duì)照作用。結(jié)果,加入蒸餾水的正常生長(zhǎng)發(fā)育,加入甲狀腺素的加快生長(zhǎng)發(fā)育,加入甲狀腺素抑制劑的則生長(zhǎng)發(fā)育延緩。以上三個(gè)誤區(qū),學(xué)生在生物實(shí)驗(yàn)中要對(duì)癥下藥加以克服,才能從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的誤區(qū)中走出來(lái),取得更好的成績(jī)。
二、高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力要求
1.明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題一般都開(kāi)宗明義,告訴要探究或驗(yàn)證的具體事實(shí)。學(xué)生根據(jù)這些能聯(lián)系實(shí)驗(yàn)所涉及的知識(shí)點(diǎn),明確不同類(lèi)型知識(shí)體系的實(shí)驗(yàn)具有諸多的不同因素,這是正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)。
2.理解實(shí)驗(yàn)原理
實(shí)驗(yàn)原理是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù),理解實(shí)驗(yàn)原理是設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。滲透吸水的原理,光合作用、呼吸作用的原理,生長(zhǎng)素的二重性,植物的向性,生物的遺傳規(guī)律等,都是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)。
3.把握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則
在已知實(shí)驗(yàn)題目后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),除了要對(duì)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)有一個(gè)整體設(shè)想,有一條清晰的思路和操作的可行性外,還需要注意以下基本原則。
(1)科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。科學(xué)性,是指在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須有充分的科學(xué)依據(jù),這就要求設(shè)計(jì)時(shí)要以前人的實(shí)驗(yàn)、公式、理論或自己的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),而不是憑空設(shè)想。嚴(yán)謹(jǐn)性,欲使實(shí)驗(yàn)題中的問(wèn)題回答得無(wú)懈可擊,必須要注意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性,如在某些實(shí)驗(yàn)中要設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
(2)實(shí)驗(yàn)條件的一致性和可重復(fù)性。實(shí)驗(yàn)條件的一致性,在實(shí)驗(yàn)中除要設(shè)計(jì)的變量外,其他各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件必須保持前后一致,不能在實(shí)驗(yàn)中隨意變動(dòng)。可重復(fù)性,指一個(gè)實(shí)驗(yàn)不能只看一次的結(jié)果,必須有足夠的實(shí)驗(yàn)次數(shù),才能判斷結(jié)果的可靠性。
4.熟悉實(shí)驗(yàn)所需的材料、器具和藥品
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中,材料和器具的選擇是十分重要的,它由具體的實(shí)驗(yàn)決定。不管命題者是否提供了實(shí)驗(yàn)所需的器材、器具,都要結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理,對(duì)所需器材的性能及使用范圍進(jìn)行綜合考慮,才能準(zhǔn)確判斷實(shí)驗(yàn)所需的器具、材料和藥品。
5.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)施中處理問(wèn)題的能力
盡管在步驟實(shí)施前對(duì)實(shí)驗(yàn)有一整體的設(shè)想和思路,但高考題中的實(shí)驗(yàn)考生以前不一定接觸過(guò),只能依自己的主觀判斷,憑掌握的現(xiàn)成知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)行為,因此考生在具體的步驟設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)這樣或那樣的問(wèn)題。這就要求考生不但要掌握一般實(shí)驗(yàn)的基本操作技能,還要求學(xué)生能樹(shù)立新的實(shí)驗(yàn)觀念,不斷總結(jié)實(shí)驗(yàn)方法,充分挖掘可行的實(shí)驗(yàn)因素,從而解決所遇到的問(wèn)題,保證所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟的嚴(yán)密性、思維的完整性。
6.正確預(yù)見(jiàn)和準(zhǔn)確表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);生物實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
生物學(xué)中的“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”,主要考查學(xué)生是否理解實(shí)驗(yàn)原理,是否具有靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)的能力,是否具有在不同情境下靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。同時(shí)也體現(xiàn)了生物學(xué)科的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì):注重聯(lián)系實(shí)際,特別是考查學(xué)生日常生活、社會(huì)實(shí)踐和生物高新技術(shù)必備的知識(shí)。要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理,重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果,審準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鞔_所驗(yàn)證的“生物學(xué)事實(shí)”是什么或驗(yàn)證“生物學(xué)事實(shí)”的哪一方面,實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的生物學(xué)原理是什么。
一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則
在生物學(xué)中,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則有以下幾條,即科學(xué)性原則、簡(jiǎn)便性原則、單一變量原則、對(duì)照性原則、平行重復(fù)性原則等。
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(jiǎn)便性原則
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(jiǎn)單,實(shí)驗(yàn)藥品比較便宜,實(shí)驗(yàn)操作比較簡(jiǎn)便,實(shí)驗(yàn)步驟比較少,實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較短。
3.單一變量原則
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(cè),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(guò)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。
4.對(duì)照性原則
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(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)照對(duì)比,即可排除無(wú)關(guān)變量的影響,又可增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)明力。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(shuō),由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無(wú)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)定是來(lái)自實(shí)驗(yàn)變量的效果,這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的。
5.平行重復(fù)性原則
即控制某種因素的變化幅度,在同樣的條件下重復(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)原則就是為解決這個(gè)問(wèn)題而提出的。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般步驟
1.實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):是一個(gè)關(guān)于什么內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)。
2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模阂骄炕蝌?yàn)證什么事實(shí)。
3.實(shí)驗(yàn)原理:進(jìn)行實(shí)驗(yàn)依據(jù)的科學(xué)道理。
4.實(shí)驗(yàn)對(duì)象:進(jìn)行試驗(yàn)的主要對(duì)象。
5.實(shí)驗(yàn)條件:根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理確定所需的儀器、設(shè)備和藥品。
6.實(shí)驗(yàn)方法和步驟:確定實(shí)驗(yàn)采取的方法及必需最佳的操作程序,每一個(gè)步驟都必須是科學(xué)的,能及時(shí)對(duì)儀器步驟進(jìn)行有效矯正。
7.實(shí)驗(yàn)的測(cè)量和記錄,應(yīng)用科學(xué)的測(cè)量手段對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行測(cè)量,并準(zhǔn)確客觀的記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果。
8.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)和分析:預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析導(dǎo)致的原因。
9.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。
三、生物“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”的教學(xué)方法
1.創(chuàng)造新情境,提出新問(wèn)題,以考查學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)
因此,要求學(xué)生重視理解課本上的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃怼⒎椒ê筒僮鞑襟E,掌握相關(guān)的操作技能,學(xué)會(huì)從正逆兩個(gè)方向進(jìn)行推斷,并能將這些實(shí)驗(yàn)涉及的方法和技能進(jìn)行綜合的運(yùn)用,才能創(chuàng)新。
2.“兩基”結(jié)合
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要與教材中的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理相結(jié)合,不管是什么樣的素材,其歸根結(jié)底都是以學(xué)科理論為基礎(chǔ),變的是情景,不變的是知識(shí),考查的是能力,因此認(rèn)真分析題干所給的條件、獲得相關(guān)的信息,從不同的角度去思考、分析,把基礎(chǔ)知識(shí)基本原理運(yùn)用于解題之中,具備驗(yàn)證簡(jiǎn)單生物學(xué)事實(shí)的能力,并能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行解釋、分析和處理,問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。
3.拓展延伸
具有對(duì)一些生物學(xué)問(wèn)題進(jìn)行初步探究的能力,包括確認(rèn)變量、做出假設(shè)和預(yù)期、設(shè)計(jì)可行的研究方案、處理和解釋數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)作出合理的判斷、注重各相關(guān)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的聯(lián)系。注意挖掘教材中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論知識(shí),模擬教材中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn),重復(fù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),豐富設(shè)計(jì)內(nèi)容,掌握設(shè)計(jì)規(guī)律,提高設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的綜合能力。關(guān)注對(duì)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)發(fā)展有重大影響和意義的生物學(xué)新發(fā)現(xiàn)、新成果。
4.表述準(zhǔn)確
要求學(xué)生能運(yùn)用恰當(dāng)?shù)纳飳W(xué)術(shù)語(yǔ)、表格、圖解闡述生物實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)、目的、原理、對(duì)象、方法、條件、步驟、預(yù)測(cè)和分析、結(jié)論,思維具有嚴(yán)密性和邏輯性,要善于綜合分析、歸納、判斷、推理,用語(yǔ)準(zhǔn)確,真正體現(xiàn)出理中的“文”。
5.注重環(huán)保
實(shí)驗(yàn)藥品的處理要妥善,實(shí)驗(yàn)材料的處理要恰當(dāng),有利于身心健康,有利于環(huán)境保護(hù),走可持續(xù)發(fā)展之路。
四、交流點(diǎn)撥――提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力
由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題具有開(kāi)放性的特點(diǎn),再加上每個(gè)學(xué)生自己獨(dú)特的思考方法和不同的解決問(wèn)題的途徑,得出的結(jié)果是多種多樣的,設(shè)計(jì)水平高低不同。所以,在進(jìn)行了一定數(shù)量的設(shè)計(jì)訓(xùn)練后,教師要及時(shí)給予點(diǎn)撥或引導(dǎo)學(xué)生交流設(shè)計(jì)成果,給出生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的基本思路和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(科學(xué)合理、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷、效果明顯等),從而使學(xué)生鞏固實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。另外,通過(guò)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的討論,可以互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,完善設(shè)計(jì)方案,豐富設(shè)計(jì)。同學(xué)的啟示和教師的點(diǎn)撥豐富了解題的思路,啟迪了思維,通過(guò)交流點(diǎn)撥使每個(gè)同學(xué)對(duì)問(wèn)題的理解更加全面和深入,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力從本質(zhì)上得到了很大的提高。
五、引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題
當(dāng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的規(guī)律性有了一定的認(rèn)識(shí)時(shí),教師要積極地引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已理解和掌握的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式,去解決實(shí)際問(wèn)題,鞏固提高;也可檢測(cè)學(xué)生能否靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式。
總之,生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)原理是相對(duì)穩(wěn)定的,是可以把握和靈活運(yùn)用的。教師應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)理念,面向?qū)W生,以學(xué)生為主,鼓勵(lì)學(xué)生多參與科技活動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐,多閱讀課外知識(shí),以開(kāi)拓思維,為提出問(wèn)題、探究問(wèn)題、解決問(wèn)題打下良好的基礎(chǔ),在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重學(xué)生思維訓(xùn)練和科學(xué)思維方法的養(yǎng)成,注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。
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[2]杜典宏等,生物實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)[M],北京:龍門(mén)書(shū)局出版,2002
關(guān)鍵字:高中生物;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);方法步驟
生物科學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué),因此實(shí)驗(yàn)一直是生物學(xué)高考的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。從近幾年的高考實(shí)驗(yàn)題題型變化來(lái)看,借助實(shí)驗(yàn)方法創(chuàng)設(shè)新情境,側(cè)重考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解和運(yùn)用能力、對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋和分析能力已成為命題趨向,其中設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題更是熱點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容一般有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則、方法步驟和觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)論三部分,學(xué)生掌握了這三部分的內(nèi)容,就可以設(shè)計(jì)出具有科學(xué)性的實(shí)驗(yàn)。本文旨在就如何進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行探究。
一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則
(一)對(duì)照性原則
所謂對(duì)照實(shí)驗(yàn)是指除人為控制因素外,其他條件與被對(duì)照實(shí)驗(yàn)完全相同的實(shí)驗(yàn)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)實(shí)驗(yàn)因素很多,同一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能是由多種不同的實(shí)驗(yàn)因素所引起的,因此必須嚴(yán)格控制無(wú)關(guān)因素,要平衡和消除無(wú)關(guān)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。而設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn),能有效地排除其他因素干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可能性,使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加嚴(yán)密,所以大多數(shù)實(shí)驗(yàn)尤其是生理類(lèi)實(shí)驗(yàn)往往都要有相應(yīng)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。如在“唾液淀粉酶促進(jìn)淀粉水解”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,運(yùn)用與唾液等量的清水作對(duì)照,排除了“淀粉本身就可以在水溶液中快速水解”這一非本質(zhì)的特征。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)照可以有多種方式,如空白對(duì)照(指不做任何實(shí)驗(yàn)處理的對(duì)照組)、相互對(duì)照(指不加設(shè)對(duì)照組,而是利用幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照)、自身對(duì)照(指實(shí)驗(yàn)和對(duì)照在同一對(duì)象上進(jìn)行,即不另設(shè)對(duì)照組)、條件對(duì)照等(給實(shí)驗(yàn)組某種處理,給對(duì)照組另一條件的處理,給對(duì)照組施以部分實(shí)驗(yàn)因素,但不是所要研究的實(shí)驗(yàn)因素)。
(二)單一變量原則
單一變量原則即單因子變量原則,指控制其他因素不變,而改變其中一個(gè)因素,觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。如“探究pH值對(duì)酶活性的影響”時(shí),只能改變反應(yīng)的pH值,其它如溫度、酶的濃度等條件均要求完全一樣。設(shè)置單一變量即對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組只能有一項(xiàng)條件不同,其他條件都應(yīng)相同,還應(yīng)考慮是否有額外變量影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
(三)平行重復(fù)原則
平行重復(fù)原則指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。實(shí)驗(yàn)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(wèn)題而提出的。在實(shí)驗(yàn)時(shí),有些情況的出現(xiàn)是有偶然性的,多做幾個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn),出現(xiàn)相同結(jié)果,更有說(shuō)服力,更具科學(xué)性。讓這幾組實(shí)驗(yàn)裝置在相同條件下同時(shí)進(jìn)行,這就是平行重復(fù)原則。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法步驟
在明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理、選準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)材料、遵循實(shí)驗(yàn)原則做出實(shí)驗(yàn)假設(shè)后,就應(yīng)該編制一個(gè)嚴(yán)密、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)于編制的實(shí)驗(yàn)程序,須要仔細(xì)推敲,形成一個(gè)最優(yōu)化的程序,使實(shí)驗(yàn)科學(xué)、簡(jiǎn)捷、明了地進(jìn)行設(shè)計(jì)。探究性實(shí)驗(yàn)一般可分為以下幾步進(jìn)行:(1)認(rèn)真研讀題干信息,分析題目類(lèi)型屬于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、探究型實(shí)驗(yàn)、完全設(shè)計(jì)型、實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)型中的哪一種;(2)仔細(xì)審讀,找準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中所要控制的單一變量和因變量,并分析以什么指標(biāo)表示或觀察因變量;(3)運(yùn)用對(duì)照實(shí)驗(yàn)思想合理設(shè)置對(duì)照組;(4)分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要平衡的無(wú)關(guān)變量,即避免(或排除)無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(現(xiàn)象)的影響;(5)推敲精煉語(yǔ)言,準(zhǔn)確表達(dá)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論;(6)通讀自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所遵循的原則進(jìn)行對(duì)照,檢查是否有遺漏。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟮姆治觯_選擇出實(shí)驗(yàn)的變量,按照正確的實(shí)驗(yàn)步驟去分析,即可形成一個(gè)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟。
三、實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象及結(jié)論
在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟時(shí),還應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期、分析和討論:要求運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原理和假設(shè),推導(dǎo)分析出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果或?qū)?shí)驗(yàn)組與對(duì)照組作出預(yù)期的分析討論。
探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)一般規(guī)律(預(yù)期結(jié)果)是:
(1)若條件A存在事件B能發(fā)生,條件A改變事件B不能發(fā)生(或發(fā)生程度改變),結(jié)論是__。
(2)若條件A存在事件B能發(fā)生,條件A改變事件B能發(fā)生(或發(fā)生程度改變),結(jié)論是___。
(3)若條件A存在事件B不能發(fā)生,條件A改變事件B能發(fā)生(或發(fā)生程度改變),結(jié)論是___。
例如:現(xiàn)有一種植物的種子,已經(jīng)知道它的萌發(fā)受水分、溫度和氧氣的影響,但不了解其萌發(fā)與光是否有關(guān)。為探究光的有無(wú)對(duì)該種子萌發(fā)的影響,請(qǐng)你依據(jù)所給材料和用品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法步驟,預(yù)測(cè)可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并分別得出相應(yīng)的結(jié)論。方法步驟:①____;②____。可能的結(jié)果及相應(yīng)的結(jié)論:①____;②_____;③______。
解析:根據(jù)題目要求可知,光照則是變化的條件A,因此可作出理論假設(shè):當(dāng)水分、溫度、氧氣條件滿(mǎn)足時(shí),光照則是實(shí)驗(yàn)的變量,有光照,種子可能萌發(fā),也可能不萌發(fā);無(wú)光照,種子可能萌發(fā),也可能不萌發(fā)。具體設(shè)計(jì)如下:①取A、B兩組培養(yǎng)皿,倒入適量的水,將等量的種子分別放入兩組培養(yǎng)皿中(實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備);②將A組置于黑暗的環(huán)境中,B組置于有光環(huán)境中(做對(duì)照),③培養(yǎng)過(guò)程中使兩組水分、溫度、氧氣的狀況適宜且相同。A組實(shí)驗(yàn)組與B組對(duì)照,符合“單因子變量”“平行重復(fù)”原則。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)的結(jié)論:①A組萌發(fā),B組不萌發(fā)(或A組發(fā)芽率高于B組),光抑制該植物種子的萌發(fā);②A組萌發(fā),B組也萌發(fā)(或發(fā)芽率差異不顯著),該植物種子萌發(fā)不受光的影響;③A組不萌發(fā),B組萌發(fā)(或A組發(fā)芽率低于B組),光是該植物種子萌發(fā)的必要條件之一。
四、結(jié)語(yǔ)
生物科學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué),科學(xué)概念、原理和規(guī)律都是由實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)和論證的。教學(xué)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)有助于加深學(xué)生對(duì)生物科學(xué)概念、原理和規(guī)律的理解,實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ彩菍W(xué)生將來(lái)從事科學(xué)研究的基礎(chǔ)。高中生物實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟,會(huì)控制實(shí)驗(yàn)條件和使用實(shí)驗(yàn)儀器,會(huì)觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果(數(shù)據(jù)),并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,能夠根據(jù)要求設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案。
參考文獻(xiàn)
[1]譚雪琴. 淺談對(duì)高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識(shí)[J]. 新課程研究,2008,(15).
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