2019-2020年高考生物復(fù)習 解題技巧19 實驗設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題教案.doc

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2019-2020年高考生物復(fù)習 解題技巧19 實驗設(shè)計應(yīng)注意的幾個問題教案 生物學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學 ，生物科學的每一個原理，每一種現(xiàn)象，每一個知識點都可以通過實驗來驗證、探索，同時，觀察和實驗是生物科學研究的重要方法，是學生獲取知識的重要源泉，是實踐新課標的切入點。下面談?wù)剬嶒炘O(shè)計應(yīng)注意的幾個問題： 1、明確實驗?zāi)康? 明確實驗設(shè)計要解決什么問題，或探索驗證什么結(jié)論。只有明確實驗?zāi)康牟拍苊髁诉\用哪一原理進行實驗設(shè)計，才能明白實驗設(shè)計中哪一因素是實驗變量。 例如：①、“驗證煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA而不是蛋白質(zhì)”。該實驗原理和實驗思路同教材“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗”、“噬菌體侵染細菌實驗”：將煙草花葉病毒的RNA和蛋白質(zhì)分開，單獨地觀察它們的功能。 ②、“探索溫度對酶活性影響的實驗”，探討的問題是溫度與酶活性之間的關(guān)系，那么在實驗設(shè)計中，“溫度”這一因素就是實驗變量 2、遵循實驗原理實驗原理決定著實驗中主要實驗步驟的設(shè)計及相應(yīng)實驗試劑的選擇。 例如：“設(shè)計實驗驗證唾液淀粉酶是蛋白質(zhì)”，該實驗的實驗原理同教材中常規(guī)實驗“生物組織中蛋白質(zhì)的鑒定”實驗原理相同，因此可用雙縮脲試劑與唾液的呈色反應(yīng)來驗證這一問題，明確了這一原理之后，也就明確了其主要實驗步驟同“生物組織中蛋白質(zhì)的鑒定”類似。 3、實驗材料的選擇 正如孟德爾選擇豌豆作為實驗材料 是其遺傳實驗成功的原因之一一樣，正確的選材決定著實驗的成敗。實驗的選材是受實驗原理、實驗?zāi)康闹萍s的。 例如：“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”，實驗?zāi)康氖氰b定組織中存在可溶性還原糖，因而，取材應(yīng)注意含糖量要高。鑒定的原理是“還原性糖與斐林試劑的呈色反應(yīng)”，為使呈色反應(yīng)易于觀察，所選材料最好無色透明；“葉綠體中色素的種類及顏色”實驗，所選材料應(yīng)當是色素含量高的材料（新鮮菠菜）；“植物細胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗”的選材應(yīng)注意兩點：一是選材必須有液泡存在；二是為了便于觀察，所選材料的細胞液最好有一定顏色。 4、對照實驗的設(shè)置 一個完整的實驗設(shè)計應(yīng)包括實驗組和對照組，實驗組接受處理，對照組不進行處理。對照實驗的設(shè)計常有如下四種類型： ⑴空白對照： 設(shè)計一個不加任何實驗處理的對照組。 ⑵自身對照： 指實驗與對照在同一對象上進行，即不加設(shè)對照組。如“植物細胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗”是典型的自身對照，這種對照的關(guān)鍵是比較實驗處理前后的變化。 ⑶條件對照： 給實驗組某種處理，給對照組另一條件處理。如在“證明甲狀腺激素促進幼小動物發(fā)育”的實驗中，可存在以下實驗組和對照組： 甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組） 乙組：飼喂甲狀腺激素抑制劑（條件對照組） 丙組：對蝌蚪不做任何處理（空白對照） ⑷相互對照： 不另設(shè)對照組，而是利用幾個實驗組相互對照。如在“植物向光性”的實驗設(shè)計中，2與1對照可證明感光部位在胚芽鞘尖端，3也可與1對照，4也可與1對照，也可與2對照。 光 光 光 光 未經(jīng)處理 尖端遮光 切去尖端 中部遮光 1 2 3 4 5、找準實驗要素——變量 變量，亦稱因子，指實驗操縱控制的特定因素或條件。按性質(zhì)不同，通常有以下兩類4種變量： ⑴實驗變量與反應(yīng)變量。實驗變量，亦稱自變量，指實驗中由實驗者所操縱、給定的因素或條件。反應(yīng)變量，亦稱因變量，指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。通常，實驗變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于解釋這種前因后果。例如，在“唾液淀粉酶水解淀粉的實驗中，所給定的低溫（冰塊）、適溫（37℃）、高溫（沸水浴）就是實驗變量。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)也隨之變化，這就是反應(yīng)變量，該實驗即在于獲取解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應(yīng)變量）的因果關(guān)系。 (2)無關(guān)變量與額外變量。無關(guān)變量也稱控制變量，指實驗中除實驗變量以外的影響實驗結(jié)果的因素或條件。額外變量，亦稱干擾變量，指實驗中由于無關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果。顯然，額外變量會對反應(yīng)變量起干擾作用。 例如，上述實驗中除實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管潔凈程度、唾液新鮮程度和稀釋濃度、可溶性淀粉溶液濃度、試劑溶液的劑量和實驗操作程序、溫度處理的時間長短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對低溫、適溫、高溫3組實驗是等同、均衡穩(wěn)定的；如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素和條件，對3個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。實驗的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量和減少額外變量。 6、關(guān)鍵實驗環(huán)節(jié)的順序 實驗步驟有一定的順序，實驗步驟的前后順序一般不能前后顛倒，特別是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如在“探索溫度對酶活性影響”的實驗中，是應(yīng)“先將三支試管分別放入37℃、0℃ 、沸水中5分鐘后再加淀粉酶”還是“先向三支試管中加入唾液后再將三支試管分別放入37℃、0℃ 、沸水中”呢？表面看兩種操作無多大差別，其實前者的操作才是正確的，因為如果先向盛有淀粉溶液的試管中加入唾液，此時唾液中淀粉酶對三支試管中淀粉均起消化分解作用。 7、常見的經(jīng)典性實驗方法 ⑴化學物質(zhì)的檢測方法： 淀粉 ---- 碘液 還原性糖 ---- 斐林試劑 CO2 ---- Ca(OH)2溶液或酸堿指示劑 乳酸 ---- pH試紙 O2 ---- 余燼復(fù)原 蛋白質(zhì) ---- 被蛋白酶分解或雙縮脲反應(yīng) ⑵實驗結(jié)果的顯示方法： 光合速度 ---- O2釋放量或CO2吸收量或淀粉產(chǎn)生量 呼吸速度 ---- O2吸收量或CO2釋放量或淀粉減少量 原子途徑 ---- 放射性同位素示蹤 細胞液濃度大小 ---- 質(zhì)壁分離 細胞是否死亡 ---- 質(zhì)壁分離或質(zhì)壁分離復(fù)原 甲狀腺激素作用 ---- 動物耗氧量、發(fā)育速度等 生長激素作用 ---- 生長速度(體重\身高\身長變化) 胰島素作用 ---- 動物活動狀態(tài) 菌量 ---- 菌落數(shù)或亞甲基藍褪色程度 ⑶實驗條件的控制方法： 增加水中O2 ---- 泵入空氣或吹氣或放入綠色植物 減少水中O2 ---- 容器密封或油膜覆蓋或用涼開水 除去容器中CO2 ---- NaOH溶液 除去葉中原有淀粉 ---- 置于黑暗環(huán)境 除去葉綠素 ---- 酒精隔水加熱 除去光合對呼吸的干擾 ---- 給植株遮光 如何得到單色光 ---- 棱鏡色散或薄膜濾光 血液抗凝 ---- 加入檸檬酸鈉 線粒體提取 ---- 細胞勻漿離心 骨的脫鈣 ---- 鹽酸溶液 總結(jié): 分析實驗設(shè)計題要做到“三、四、五”。即： １、三個原則 ① 對照性原則：設(shè)立對照組，使實驗結(jié)果具有說服力。 ② 單因子變量原則：控制其他因素不變而只改變其中某一變量，觀察其對實驗結(jié)果的影響。 ③ 平行重復(fù)原則：進行實驗時，有的情況的出現(xiàn)是有偶然性的，多做幾個對照實驗，出現(xiàn)相同的結(jié)果，更有說服力，更具科學性（同時間同條件）。如多測幾次脈搏，取其平均值的實驗。 ２、四種對照 ① 空白對照：不給對照組任何處理因素。 ② 條件對照：雖給對照組施以部分實驗因素，但不是所要研究的處理因子。 ③ 自身對照：對照和實驗都在同一實驗對象上進行。 ④ 相互對照：不僅僅設(shè)對照組，而是幾個實驗組相互對照。 ３、五步分析 ① 了解題目要求，明確實驗要驗證(探究)的是什么。 ② 分析實驗原理：分析實驗所依據(jù)的科學原理是什么；涉及的生物學及相關(guān)學科中的哪些方法和原理。 ③ 確定實驗器材的選擇 ④ 設(shè)置實驗步驟：分析每一環(huán)節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性，或幾個相關(guān)實驗的延續(xù)性，安排實驗的最佳程序。 ⑤ 預(yù)期結(jié)果和分析 例1 現(xiàn)有同樣大小的玻璃缸幾只，發(fā)育狀態(tài)相同的小蝌蚪60只、飼料、甲狀腺激素、放在50℃的水中處理20分鐘的甲狀腺激素、溪水，請設(shè)計一個實驗，探究甲狀腺激素的生物活性是否會受50℃熱水的影響。 ⑴實驗方案設(shè)計： 第一步：取三個玻璃缸，分別標記甲、乙、丙。 第二步：分別加入等量的溪水和20只小蝌蚪。 第三步：甲缸每天喂飼料；乙缸每天喂經(jīng)過處理的甲狀腺激素相拌的等量飼料；丙缸每天喂甲狀腺激素相拌的等量飼料。 ⑵預(yù)計結(jié)果并指出每一種結(jié)果說明了什么 ？ A、若乙、丙兩缸蝌蚪發(fā)育同步，且迅速變態(tài)為青蛙； 而甲缸還是蝌蚪狀態(tài)。說明經(jīng)50℃熱水處理，對甲狀腺激素的生物活性沒有影響。 B、若甲、乙兩缸蝌蚪發(fā)育同步，而丙缸迅速變態(tài)為青蛙。說明經(jīng)50℃熱水處理，甲狀腺激素失去活性。 C、若乙缸蝌蚪發(fā)育比甲缸快，比丙缸慢。說明經(jīng)50℃熱水處理，甲狀腺激素喪失去了部分生物活性。 ⑶該實驗中設(shè)置甲組實驗的目的是：對照 ⑷該實驗選用蝌蚪做材料的優(yōu)點是： 蝌蚪發(fā)育成青蛙為變態(tài)發(fā)育，且時間短，便于觀察。 ⑸做該實驗所選用的蝌蚪有什么要求 ？為什么? 同一種蛙同時孵化出的蝌蚪。 排除實驗材料的差異而造成對實驗結(jié)果的影響。 例2 某些植物能分泌一些化學物質(zhì)用于抑制別種植物在其周圍生長，這稱為他感作用。大麥、玉米、大豆、向日葵等植物，是雜草的天然抑制者，又叫“悶蓋莊稼”。 ⑴為了驗證大麥對鄰近雜草生長具有他感作用。請根據(jù)所給材料器具，在給出的實驗方法和步驟的基礎(chǔ)上繼續(xù)完成實驗、預(yù)期實驗結(jié)果。 材料器具：大麥種子、狗尾草，50厘米50厘米10厘米栽種盒、剪刀、灑水壺、 20厘米10厘米紙袋、鑷子、天平、兩腳規(guī)、直尺 方法步驟： 第一步：選取A、B、C三個栽種盒，在栽種盒土壤表面畫5厘米 5厘米的小方格，每方格中心放一粒大麥或雜草種子。三個栽種盒的播種方式依次是： A盒：間行排列大麥和狗尾草種子。 B盒：全部播種大麥種子。 C盒：全部播種狗尾草種子。 第二步：灑上少量細泥土覆蓋種子，用細孔眼灑水壺澆水，把三只實驗栽培盒放在（相同）的20℃左右環(huán)境中培養(yǎng)2---4周，每天均保持足夠時間的（光照）。 第三步：每天觀察記錄，統(tǒng)計盒內(nèi)植株的地上枝平均干重、（平均植株高度）等數(shù)量特征。比較三只實驗栽培盒的植物特征差異。 結(jié)果預(yù)期和結(jié)論： 比較A盒與C盒狗尾草： ①A盒生長明顯受到抑制 ②A盒與C盒生長狀況相當 結(jié)論：①大麥對鄰近雜草生長具有他感作用。 ②大麥對鄰近雜草生長沒有他感作用。 ⑵為進一步證實大麥分泌物具有抑制狗尾草的生長作用，請你設(shè)計實驗方案。 方案一：用水培養(yǎng)大麥，然后把這些水收集起來澆灌狗尾草。 方案二：把大麥的根莖切碎制成勻漿，用大麥提取液培養(yǎng)狗尾草。