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一个完整实验设计的基本内容包括：实验名称、实验目的、实验原理、实验对象、实验条件、实验方法与步骤、实验测量与记录、实验结果预测与分析、实验结论等。整个实验过程须遵循科学性原则、单一变量原则、对照原则、可重复性原则、简约性和可行性原则等。可见，实验设计的内容繁杂，需要有清晰的解题思路和方法，才能在实验与探究能力上有所突破。本难点主要从以下五个方面进行突破： 一、准确把握实验目的和实验原理 1.实验目的的确认方法
（1）根据题目信息，要求考生直接写出实验目的。此类试题难度较小，一般先找题目中含“探究（验证、证明或研究等）……”的字眼，或者题目提出的问题（或假设）等，然后进行语言修辞上的整理，使其读起来既符合语言逻辑，又符合生物学原理。如“甲型流感病毒正在全球范围内扩散，严重危害人体健康。某学校生物兴趣小组的同学通过查阅资料发现，常见的流感病毒都是RNA病毒，同时提出疑问：甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA。下面是该兴趣小组为探究甲型流感病毒的遗传物质是DNA还是RNA而设计的实验步骤，请将其补充完整。实验目的是 （2）题目给出实验装置或实验现象等，然后据此推断出实验目的。一般情况下，实验目的中必须包含三个要素，即自变量、因变量和二者的关系。自变量可根据不同的实验条件对比得出；因变量一般根据题目信息、实验现象分析得出，或由所学知识推理得出；另外，因变量和自变量之间的关系因实验而异，常用“促进”“抑制”“影响”等表示。 2.根据实验目的，确定变量，设计实验思路 实验目的是整个实验设计的“灵魂”，实验自变量、因变量或观察指标的确认，实验步骤的设计、实验结论的得出等都要围绕实验目的来进行。如果实验目的是“验证光合作用需要光照”，则可判定出自变量为“有无光照”，因变量为“能否进行光合作用”，可用有无氧气或淀粉的生成为观测指标。大致的思路是：两组相同植株分别给予光照和黑暗条件，检测到只有给予光照的植株生成了淀粉，进而验证了实验目的。 3.实验原理的确认及作用 通俗地讲，实验原理就是设计实验必须遵循的基本原理，包括实验中相关实验试剂的选择依据（如鉴定脂肪酶属于蛋白质，需选用双缩脲试剂，依据为蛋白质与双缩脲试剂能发生紫色反应），主要步骤的设计依据等。因此，要熟知高中教材中涉及的各种试剂的选择依据及相应的生理过程，进而确认实验原理，或根据实验原理进行科学的实验设计。 二、规范实验操作并正确选择实验方法 1.规范的实验操作是实验成功的保障 显微镜等各种仪器的规范使用、制作临时装片的规范操作、各种试剂的规范使用等，都直接影响着实验现象与结果，进而影响实验结论的正确性。如2010年江苏卷第26题第(5)小题为探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化实验，涉及的就是血球计数板、如何均匀取样的规范操作问题。 2.科学实验的成功与否，很大程度上取决于能否找到一种巧妙的实验方法 教材中的很多经典实验，都得益于巧妙地选择实验方法，如孟德尔利用假说—演绎法，揭示了基因分离定律和自由组合定律；萨顿用类比推理的方法，提出基因在染色体上的假说；鲁宾和卡门利用同位素标记法，证明了光合作用过程中释放的氧气来自水，赫尔希和蔡斯也用此法证明了DNA是遗传物质等。 下面就试题中出现的一些常用实验方法，做一简单的总结： Ⅰ.有些试题需要根据实验设计要求，确定实验方法：如用最简捷的方法鉴定某个体是纯合子还是杂合子。若是植物，则用自交法；若是动物或雌雄异株的植物，最好用测交法。 Ⅱ.检测某种物质的本质，一般用相应化学试剂进行检测，因此要熟悉吡罗红、甲基绿、健那绿染液、苏丹Ⅲ或Ⅳ染液、酸性的重铬酸钾溶液、龙胆紫溶液、醋酸洋红液、斐林试剂、双缩脲试剂、二苯胺、碘液等试剂的使用及产生的现象。 Ⅲ.有些实验结果不能直接观察到，需要借助其他观测指标。如检测是否进行光合作用，可测有无O2释放或CO2吸收或淀粉的生成；原子转移途径的研究常用放射性同位素示踪法；检测细胞的活性，可用呼吸作用耗氧量、CO2产生量或产热量衡量，植物细胞还可用有无质壁分离与复原现象来检测。 Ⅳ.实验条件的控制方法 ①增加O2，可通入空气或吹气或放入绿色植物；②减少O2，可将容器密封或将水煮沸再覆以油膜；③调节CO2含量，可用NaOH溶液和NaHCO3溶液；④除去植物体中原有淀粉，可将植物置于黑暗环境中“饥饿”处理；⑤提取细胞器，可用细胞匀浆差速离心法；⑥确定某种激素的功能可用饲喂法、切除注射法、阉割移植法、切除口服法等。 熟知一些科学的实验手段和方法，有助于考生快速、准确地作答。备考过程中，学生需要进行方法的归纳总结，以提高实验与探究能力。 三、科学选材并控制变量 1.科学选材的意义和依据 地球上的生物种类繁多，生物体内的生理过程复杂多样，因此揭示一些生理现象或规律是非常困难的。恩格尔曼选水绵进行实验证明了光合作用进行的场所是叶绿体，孟德尔选豌豆做遗传实验揭示了遗传规律，摩尔根选果蝇证明了基因在染色体上，格里菲思选肺炎双球菌揭示了转化因子等，这些实验成功的重要原因之一就是选材巧妙、科学。可见，科学的选材有利于彰显结果、现象，并决定着实验的成败。 实验的选材是受实验原理、实验目的制约的。如“生物组织中还原糖的鉴定”实验目的是鉴定生物组织中存在还原糖，因而，应选含还原糖高的材料（甘蔗、甜菜不太合适）。鉴定的原理是还原糖与斐林试剂共热生成砖红色沉淀，因此所选材料最好是白色或浅色（不能选西瓜瓤、西红柿）。 2.严格控制变量是实验设计成功的关键 实验设计的“变量”有三种：自变量、因变量、无关变量。自变量是指实验中由实验者所操纵的因素或条件。通常所说的实验设计遵循单一变量原则中的“单一变量”就是指自变量。因变量是指实验中由自变量所引起的变化和结果。通常自变量是原因，因变量是结果，二者具有因果关系。这两个变量一般都隐藏在实验目的中，可以根据实验目的来分析确认。 实验变量与无关变量、额外变量有差异。无关变量也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。额外变量也称干扰变量，指实验中由无关变量所引起的变化和结果。在实验设计时，无关变量应控制为“相同且适宜”， 遵循单一变量原则和对照原则。 四、准确描述实验步骤 设计实验时，要注意实验步骤的关联性和实验操作的程序性，实验步骤的先后顺序一般不能颠倒，特别是关键环节。如在探究温度对酶活性影响的实验中，应该是“先保温，后混合”。具体来讲，就是先将酶溶液和底物分别保温在对应的温度条件下，一段时间后，将具有相同温度的酶溶液和底物混合，再保温一段时间。如果操作顺序颠倒，变为“先混合，后保温”则不科学。因为混合时酶溶液和底物的温度都接近室温，混合后保持在某温度下，如 0 ℃，在逐渐降温的过程中，酶会催化一部分底物分解，从而影响实验结果的准确性。另外，实验步骤应该用生物学术语进行准确、规范地描述，以免表达不清或引起歧义。 常见的实验步骤设计顺序是：分组编号→分组施加实验条件→放置（或培养）一段时间→观察并记录实验现象→分析结果，得出结论。 同时注意各步骤需掌握的细节： ①分组编号时需遵循“相同性原则”和“单一变量原则”，即除单一变量外，其他变量必须相同（如药品的量等一定要相同）。 ②施加实验条件时，需遵循“对照原则”和“单一变量原则”。实验组添加试剂时，对照组须添加等量的蒸馏水(有的须添加等量的该生物的等渗溶液)，以排除无关变量的影响，增强实验设计的科学性和说服力。 ③如果实验现象能直接观察到，则直接记录现象；如果不能直接观察到，一定要借助实验器材或试剂(如热量产生的多少，常用到温度计；气体产生的多少，常用有色液滴的移动位置指示等)。 五、实验结果的记录与分析 实验的最后，一定要弄清实验结果和实验结论的区别：实验结果是一种实验现象，是实验者直接或借助仪器、试剂观察到的现象，而实验结论是根据观察到的实验现象分析后得出来的，紧扣实验目的。因此，做题时，一定要看清题目的要求，问的是实验结果还是实验结论，二者不可混淆。如在验证脂肪酶的化学本质是蛋白质的实验中，在脂肪酶溶液中加入双缩脲试剂后，实验现象（或结果）为“溶液呈现紫色”，而得出的实验结论应为“脂肪酶的化学本质是蛋白质”，实验结论刚好紧扣实验目的。 |
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