實驗原則與設計實驗一、 實驗探究能力是高考中的必考內(nèi)容，除了對教材經(jīng)典實驗和基礎實驗的基本考查外，非選擇題更側(cè)重于對實驗基本探究能力的考查，主要包括以下內(nèi)容：實驗類型及相關變量分析：探究性實驗、驗證性實驗、自變量、因變量書寫、無關變量分析舉例分析實驗原理，題干也許會提示相依的內(nèi)容，設置填空，請你補充。明確實驗設計思路、書寫實驗步驟：分組編號+變量操作+條件控制+觀察記錄選擇和使用實驗材料用具應用實驗原則：科學性原則、單一變量原則、對照原則、平行重復原則。抒寫實驗題目：探究（或者驗證）自變量對因變量的影響。探究（或者驗證）自變量與因變量的關系。預測實驗結(jié)果、得出實驗二、 生物學實驗設計應遵循的基本原則科學性原則：必須要有充分的科學依據(jù)，也就是要以前人的實驗為基礎，而不是憑空設想，主觀臆造。對照原則：在實驗設計中，為排除無關條件的干擾，常常要設立對照實驗。通過干預或控制研究對象，以消除或減少實驗誤差，鑒別實驗中的處理因素與非處理因素的差異，除所控因素外，其他條件與被對照實驗完全相同。常見對照方法主要有：?1.空白對照：不做任何實驗處理的對象組［舉例1］：在唾液淀粉酶催化淀粉水解的實驗中，實驗組滴加了唾液淀粉酶液，而對照組只加了等量的蒸餾水。［舉例2］：探究Ph對酶活性的影響，1號試管加1ml蒸餾水（空白對照組），2號試管加1ml鹽酸（實驗組），3號試管加ImlNAOH溶液（實驗組）?2.自身對照：實驗與對照在同一對象上進行，即不會另設對照。自身對照方法簡便，關鍵是要看清楚實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異，實驗處理前的對象狀況為對照組，實驗處理后的對象變化則為實驗組。［舉例1］：①在質(zhì)壁分離及復原的實驗中，則是典型的自身前后對照。處理前為對照組，實驗處理后為實驗組在探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化實驗中，就是酵母菌前后自身數(shù)量變化在時間上形成自身對照。?3.條件對照：指雖然給與實驗對象某種處理，但是這種處理是作為對照的意義出現(xiàn)的，給與的處理不是實驗的自變量，或者不是所要研究因素，這種對照方法是指實驗組還是對照組的對象做出不同的處理，目的是通過得出兩種獨立的結(jié)論，驗證實驗結(jié)論的準確性。［舉例1］：“驗證甲狀腺激素能促進蝌蚪的生長發(fā)育甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）丙組：不飼喂（空白對照組）乙組：飼喂甲狀腺激素抑制劑（條件對照組）分析：甲狀腺激素抑制劑：很顯然不是該實驗的自變量，也不是實驗所要研究的因素，但是該實驗通過設置條件對照、空白對照能更好的說明實驗變量一一甲狀腺激素能促進蝌蚪的生長發(fā)育［舉例2］：“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗中以下兩組實驗”S菌DNA+R菌活菌 kS型菌落+R型菌落（實驗組）S菌DNA+DNA酶+R菌活菌 ?R型菌落（條件對照組）分析：DNA酶不是該實驗的自變量或則該實驗研究的因素，但是有了這組實驗可以增強實驗說服力。?4.相互對照：指不另設對照組。而是幾個實驗組相互之間對照［舉例1］:①探究溫度對酶活性的影響。②探究酵母菌細胞呼吸的方式。單一變量原則：控制其他因素不變，只改變其中一個因素，觀察其對實驗結(jié)果的影響。如探索溫度對酶活性的影響時，只能改變反應的溫度，其他如pH、酶濃度等因素要完全相同且適宜?！咀⒁狻繉φ諏嶒炛行柙O置自變量為實驗的單一變量，而無關變量必須遵循等量原則。平行重復原則（減少實驗誤差，避免偶然因素的影響）：對所做的實驗在同樣條件下，進行足夠次數(shù)的重復，需要選擇的實驗材料的樣本數(shù)（如植株的數(shù)目、種子的粒數(shù)、實驗動物的個體數(shù)等）不能太少，否則實驗的結(jié)果不足以反映出真實的生物學現(xiàn)象。任何一項生物學實驗，都必須能夠重復，都必須經(jīng)得起重復。三、 實驗中變量的分析（1） 自變量與因變量自變量是實驗中由實驗者操縱的因素或條件，指實驗假設中涉及的給定的研究因素。因變量是指由實驗變量而引起的變化結(jié)果，指實驗變量所引起產(chǎn)生的結(jié)果。????許多考試題根據(jù)題目的敘述就可以準確的確定自變量與因變量例：關于“唾液淀粉酶水解淀粉”的實驗中，低溫（冰塊）、適溫（37°C）、高溫（沸水）就是實驗變量，而這些變量引起的實驗變化結(jié)果就是反應變量。該實驗旨在獲得和解釋溫度變化（自變量）與酶的活性（因變量）的因果關系。（2） 無關變量：指實驗中除實驗變量外的影響實驗結(jié)果與現(xiàn)象的因素或條件。所用生物材料要相同即所用生物材料的數(shù)量、質(zhì)量、長度、體積、來源和生理狀況等方面特點要盡量相同或至少大致相同。所用實驗器具要相同即試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器莫的大小型號要完全一樣。所用實驗試劑要相同即試劑的成分、濃度、體積要相同，尤其要注意體積上等量的問題。所用處理方法要相同，如保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌或振蕩都要一致。有時盡管某種處理對對照實驗來說，看起來似乎是毫無意義的，但最好還是要做同樣的處理。?例如：“探究溫度對酶活性的影響”實驗中，除實驗變量（溫度）外，試管的潔凈程度、淀粉酶的新鮮程度、淀粉溶液的濃度、溫度處理的時間長短等就屬于無關變量。如無關變量中的任何一個或幾個在三組實驗中不等同、不均衡，就會產(chǎn)生額外變量，影響實驗的真實結(jié)果。????、教材部分實驗中的變量（補充）四、 實驗題的一般解題程序明確實驗目的把握三個要素，即①探究的因素；②探究的對象；③觀察的指標。分析實驗原理，明確實驗設計思路（1） 實驗原理是完成實驗所用到的理論依據(jù)，有的是已有的理論知識，有的在題目中作為條件出現(xiàn)（信息題）。根據(jù)實驗原理，對照實驗目的，通過初步分析，在頭腦中搜尋教材上或曾做過的實驗模型，初步形成設計思路。（2） 實驗設計的關鍵點大多與單一變量和對照實驗有關。（3） 自變量與對照是實驗設計的靈魂。選擇和使用實驗材料用具：選取實驗材料一般要考慮以下因素：（1） 科學合理，簡便易行，有典型性和代表性。（2） 數(shù)量足夠多（避免量少給實驗帶來偶然性誤差）。（3） 各組實驗材料應等量，包括兩方面：材料等量（種類、數(shù)量、生理狀況等）、處理方法等量（溫度、光照、等）。例如：①“觀察洋蔥根尖細胞的有絲分裂實驗”和“質(zhì)壁分離與復原實驗”都用洋蔥，兩者的取材部位分別是根尖的分生區(qū)細胞、紫色的洋蔥鱗片葉外表皮細胞，不能互換，因為前者能進行旺盛的有絲分裂，后者是已經(jīng)分化的細胞，含有大的液泡。②某生物學習小組對動物在空腹狀態(tài)和進食后血液中是否含有葡萄糖進行了實驗研究。他們從一健康的成年狗身上采集了以下實驗材料：a：空腹時的血液；b：進食一小時后的血?液。材料a、b都加入了檸檬酸鈉（一種防凝劑），對材料用斐林試劑檢驗前必須進行離心（或靜置24小時），取上清液，原因是血液呈紅色，會影響觀察還原糖與斐林試劑發(fā)生反應生成的磚紅色沉淀。應用實驗原則，規(guī)范性書寫實驗步驟操作步驟模式：分組編號+變量操作+條件控制+觀察記錄。（1） 第一句話：取材、分組、編號（包括非條件處理等）如：取兩套規(guī)格相同的器材（或取長勢相同的某種生物材料隨機平均分成兩份）分別標記為A、B,并分別加入等量的……（2） 第二句話：設置實驗組（施加自變量）和對照組（不施加自變量或自然狀態(tài)）如：在A組中加人適量的…，在B組中加入等量的…在具體的實驗設計中，可用具體的量，如“在A組中加入2mL…，在B組中加入2mL-..，'【注意】①本步驟強調(diào)對照性原則、單一變量原則及無關變量的等量性原則，施加的無關變量需通過“適量、適宜”和“等量、相同”等表達出來。一組加入試劑時，如另一組不需加入試劑，則必須加等量的蒸餾水或相應不影響實驗結(jié)果的溶液。如果用試管作為實驗用具，實驗中加入試管的各溶液的總量一般不超過10mL。（3） 第三句話：將實驗組與對照組置于相同且適宜條件下培養(yǎng)一段時間（4） 第四句話觀察、記錄什么指標（填空題）、計算平均值預測實驗結(jié)果、得出實驗結(jié)論（1） 分析觀測指標物理、化學特性：顏色反應、有無氣泡、沉淀等。生物特性：生物形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理、生長發(fā)育等。光合速率：單位時間氧氣的釋放量或二氧化碳的吸收量或淀粉生成量；L.呼吸速率：單位時間二氧化碳的釋放量或氧氣的吸收量或淀粉減少量；生長速率：植物株高、干重或動物身高、體重；動物代謝速率：一定時間內(nèi)耗氧量或消耗一定氧氣所需的時間；某物質(zhì)對生物的毒性：種子的發(fā)芽率或植株染病情況，動物壽命、染病情況。（2） 書寫實驗結(jié)果文字描述：需注意提取題干中對解題有用的關鍵信息，并與題干信息保持一致。一般描述為：因變量隨自變量的變化規(guī)律（或自變量對因變量的影響規(guī)律）設計表格，記錄數(shù)據(jù)a.自變量（表格的第一行、橫排第一列）和因變量（表格的第一行、豎排第一列）；畫曲線圖注意橫（自變量）、縱坐標（因變量）及單位；曲線的變化趨勢（如升、降）及原因；特殊點的意義：交點、轉(zhuǎn)折點、最高點、最低點等。e：若一個坐標系有多條曲線，除橫坐標可以作為自變量外，不同曲線之間還存在自變量（3） 得出實驗結(jié)論探究性實驗的結(jié)果對應假設，分類討論。根據(jù)可能出現(xiàn)的結(jié)果，作出不同的推論。即結(jié)論是不唯一的。一般分為三種情況：①正相關一一促進；②負相關一一抑制；③不相關一一無影響。但有時也會出現(xiàn)“預測最可能的結(jié)果”的問題，此種情況應根據(jù)已有知識推測最合理的結(jié)果。驗證性實驗的實驗結(jié)果是確定的，要與實驗目的一致，對應實驗目的作出肯定結(jié)論。五、評價、糾正型實驗的應對策略①看有無對照實驗，如果有看對照設計是否合理。看實驗是否遵循了單一變量原則。②看實驗步驟的順序是否合理，步驟是否完整。③看實驗儀器、藥劑的使用是否合理。藥劑的配備、使用及用量的大小。④看實驗結(jié)果的驗證是否合理。五、 完善分析型實驗題的解答方法分析實驗設計題往往給出不完整的實驗設計方案，需要補充實驗步驟或分析、預測實驗結(jié)果、結(jié)論等，實驗結(jié)論與實驗目的的相D班，均是體現(xiàn)自變量對因變量影響規(guī)律的語言描述。解答此類題時，一定要把握好實驗設計的單因子變量原則和對照原則，即找準自變量和因變量，再結(jié)合實驗步驟和實驗結(jié)果結(jié)論分析的一般方法進行解答。六、 評價性實驗題的解答方法評價性實驗通常給出實驗方案，要求考生指出并改正該方案中的錯誤，或評價該實驗方案的可行性，解答該類題可遵循以下步驟。一看材料：分析材料的選擇、使用方法、用量是否合理。二看原理：分析實驗原理及方法是否合理三看試劑：分析藥品、與試劑的使用是否合理四看步驟：是否漏掉某個實驗步驟或顛倒某兩個實驗之間的順序操作過程有沒有錯誤看有無對照，若有對照，則看自變量設置的是否合理，是否有分組標記是否遵循單一變量、等量原則，是否排除了無關變量的干擾等看實驗的語言描述，分析是具有偶然性五看條件：是否需要攪拌、加熱等操作；實驗所控制的光、溫度等是否合理等。七、 探究性實驗與驗證性實驗的區(qū)別探究性實驗：實驗者在不知曉實驗結(jié)果的前提下，通過自己實驗、探索、分析、研究得出結(jié)論，從而形成科學概念的一種認知活動。探究性實驗的標志是題干中一般會有“探究”“研究等類似的描述”。驗證性實驗：實驗者針對已知的實驗結(jié)果進行的以驗證實驗結(jié)果、鞏固和加強有關知識內(nèi)容、培養(yǎng)實驗操作能力為目的的重復性實驗。題干中有“驗證”“證明”等之類的描述，但有些實驗的標志不是很明確，需要進行提煉分析。

比較內(nèi)容探究性實驗驗證性實驗實驗目的探索研究對象的未知屬性、特征以及與其他因素的關系。實際上就是把試題中提出的問題變?yōu)殛愂鼍潋炞C研究對象的已知屬性、特征以及與其他因素的關系，試題中已知實驗假設對探究問題提出一種可能性。一般采用“如果A,則B”的形式表述，是根據(jù)現(xiàn)有的科學理論、事實，對所要研究的問題設想出一種或幾種可能性的答案、解釋因結(jié)論是已知的，因此不需要假設 ^實驗現(xiàn)象未知，可以不描述已知，應準確描述結(jié)果預測對應假設,分類討論:①實驗組與對照組無顯著差異，實驗變量無影響;②實驗組比對照組的效果好，實驗變量有利;③實驗組比對照組的效果差,實驗變量不利（如果是相互對照，也要分類討論）根據(jù)實驗原理確定已知實驗結(jié)果,并對實驗結(jié)果進行準確描述實驗結(jié)論無對應實驗目的作出肯定結(jié)論