引論：我們?yōu)槟砹?3篇高中生物實驗設(shè)計范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
1.科學(xué)性的特點
具體體現(xiàn)在：實驗原理、實驗方法、實驗材料的選取、實驗結(jié)果的處理都應(yīng)有充分的科學(xué)依據(jù)，不能隨意臆造。高中生物實驗科學(xué)性的特點是區(qū)別與其它學(xué)科的最重要的特點之一，生物實驗一定要講求其科學(xué)性，沒有科學(xué)性作指導(dǎo)，生物實驗的結(jié)果就會變得毫無意義，沒有參考的價值，同時也違背了科學(xué)的指導(dǎo)原理。所以在進行生物實驗之前，一定要有科學(xué)性的理論指導(dǎo)，對涉及生物實驗的相關(guān)內(nèi)容進行相關(guān)的研究分析，認真考證，這樣實驗的結(jié)果才有科學(xué)的依據(jù)，才有科學(xué)的價值。
2.相互對照的特點
一個完整的實驗設(shè)計應(yīng)包括兩個方面：實驗組和對照組。先對實驗組加以處理，然后對照組不作處理。對照實驗的設(shè)計常有如下4種：一是空白對照，設(shè)計一個不進行任何實驗處理的對照組。二是自身對照，指實驗組與對照組在同一對象上進行，前后觀察，不另設(shè)對照組。三是條件對照，給實驗組一種處理，給對照組另一不同條件處理。四是相互對照，指不另設(shè)對照組，而是利用幾個實驗相互對照，即每一組既是實驗組，又是其他組別的對照組。只有通過對照實驗，才能有效地排除無關(guān)變量對實驗的干擾，使設(shè)計顯得嚴密。因此對于大多數(shù)實驗，尤其是生理類實驗往往都應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的對照實驗。
3.單一變量的特點
單一變量原則，即控制其他因素不變，只要改變其中某一變量，觀察其對實驗結(jié)果的作用。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，做到其他實驗條件前后一致。這也是生物實驗所獨有的特點，采用單一變量的方法，往往能夠使實驗變得更加有說服力，使實驗的結(jié)果更加直接了然，能解析更多的生物上的科學(xué)道理。
二、高中生物實驗教學(xué)設(shè)計策略
1.明確實驗教學(xué)目標，做好準備工作。明確目標能使學(xué)生產(chǎn)生積極的學(xué)習(xí)動機，思維才會有方向，操作才會認真。做好實驗教學(xué)的準備工作，實驗教學(xué)和一般的授課有不同的要求，而生物教材又往往受地方性的季節(jié)性的限制，有些實驗還需較長的時間才能看到實驗結(jié)果，因此，在實驗課前做好實驗教學(xué)的準備工作就顯得尤為重要了。
2.加強實驗教學(xué)的組織管理。多數(shù)學(xué)生把實驗簡單地理解為“看”，對實驗現(xiàn)象缺乏分析和思考，實驗完畢后往往答不上產(chǎn)生現(xiàn)象的原因和實驗的結(jié)論。如果缺乏嚴格的訓(xùn)練，將會導(dǎo)致教師疲憊不堪，學(xué)生一無所獲。因此，應(yīng)加強實驗教學(xué)的組織管理，注意維持實驗紀律、規(guī)范實驗習(xí)慣、合理指派實驗大組長、小組長等，以確保實驗教學(xué)質(zhì)量。
3.分析實驗程序和實驗現(xiàn)象。一個較為復(fù)雜的實驗過程是設(shè)計人員長期辛勤勞動的結(jié)晶，它往往是經(jīng)過幾十次甚至上百次的反復(fù)摸索。所以，學(xué)生在實驗中，不能單純地用實驗指導(dǎo)進行“按方抓藥”出現(xiàn)結(jié)果就行了。而要指導(dǎo)學(xué)生去分析實驗中每一步驟的作用、每一個處理意義以及各步驟之間的聯(lián)系。
篇2
2．高三生物實驗設(shè)計的復(fù)習(xí)策略
高中生物實驗復(fù)習(xí)之所以效率較低，深究其原因皆因為教師心目中沒有學(xué)生，考慮的中心還是教師自己的教學(xué)任務(wù)。高中生物實驗設(shè)計復(fù)習(xí)重點應(yīng)放在引導(dǎo)學(xué)生明確實驗設(shè)計思路，學(xué)會實驗設(shè)計上。實驗設(shè)計絕不能脫離一定的知識和問題情境，離開高中生物學(xué)主干知識的實驗設(shè)計必然是盲目的、誤導(dǎo)的。對于實驗設(shè)計的復(fù)習(xí)，我們可先分析挖掘課本經(jīng)典實驗，強化學(xué)生的實驗基本素養(yǎng)，然后根據(jù)復(fù)習(xí)，的實際精心設(shè)計一兩個典型的教學(xué)實驗，讓同學(xué)們在具體“做科學(xué)”的過程中掌握實驗設(shè)計的步驟、一些原則和方法、關(guān)鍵點，并針對不同的實驗設(shè)計題訓(xùn)練，讓學(xué)生學(xué)會舉一反三，提升實驗?zāi)芰?，不再懼怕高考實驗設(shè)計題。
2.1挖掘課本經(jīng)典實驗，提升學(xué)生實驗科學(xué)素養(yǎng)
首先，使學(xué)生積累實驗操作的經(jīng)驗。指導(dǎo)學(xué)生理解實驗?zāi)康摹⒃?、材料用具和步驟，在此基礎(chǔ)上充分開放實驗室，盡可能創(chuàng)造條件加強學(xué)生動手操作能力的訓(xùn)練。與此同時，引導(dǎo)每個學(xué)生歸納、總結(jié)高中生物學(xué)實驗常用材料、藥品的種類、用途等，形成表格，組織學(xué)生相互交流，然后完善自己的結(jié)果。
其次，使學(xué)生理解實驗程序。指導(dǎo)學(xué)生分析課本實驗中每一步驟的作用或必要性、每一步驟的意義及各步驟之間聯(lián)系。
最后，使學(xué)生學(xué)會分析實驗結(jié)果。在實驗中，教師既要指導(dǎo)學(xué)生重視對實驗最終結(jié)果的記錄，又要求學(xué)生對實驗的中間過程出現(xiàn)的現(xiàn)象進行記錄。既要重視結(jié)果又重視對結(jié)果的分析，重視對成功實驗的分析，也要重視查找實驗失敗的原因。
2.2 結(jié)合典例培養(yǎng)實驗設(shè)計的一般思路
高中生物實驗設(shè)計，不管是驗證性還是探究性實驗設(shè)計，不管是自主設(shè)計實驗還是補全實驗、修正改良實驗，實驗設(shè)計思路大體相同。實際教學(xué)中我們可以結(jié)合課本經(jīng)典實驗或某一高考實驗題來概括實驗設(shè)計的一般思路，便于學(xué)生領(lǐng)會掌握。
2.3 針對不同生物實驗設(shè)計類型進行強化復(fù)習(xí)
篇3
一、提出問題
人們對事物作縝密觀察以后，常常由于好奇心或想作進一步的了解而提出問題，雖然任何人都能提出問題，但只有意義的問題才值得探討，是實驗要達到的具體目標。
二、假設(shè)
科學(xué)方法的第三步是假設(shè)。假設(shè)，也稱假說或猜測，指用來說明某種現(xiàn)象但未經(jīng)證實的論題，也就是對所提出的問題所做出的參考答案。例如， “食用激素水果會引起動物性早熟嗎”，其假設(shè)是：“食用激素水果不會引起動物性早熟”；其預(yù)期結(jié)果是：“用適量激素水果飼喂幼齡動物，不會促使幼齡動物的生長發(fā)育加速”。實驗預(yù)期是較具體的推斷。一個問題常有多個可能的答案，但通常只有一個是正確的。因此，假設(shè)是對還是錯，還需要加以驗證，即依據(jù)假設(shè)或預(yù)期，設(shè)計實驗方案，進行實驗驗證。
三、設(shè)計實驗
實驗是驗證假設(shè)和解決問題的最終途徑，指在人為控制的條件下研究事物的變化的一種方法。要想實驗成功，在科學(xué)實驗中，就要掌握或貫徹以下幾點：
1.單一變量原則
（1）實驗變量與反應(yīng)變量。實驗變量是實驗中由實驗者操縱的因素或條件，而反應(yīng)變量是指由實驗變量而引起的變化結(jié)果，二者之間是前因后果的關(guān)系。實驗的目的就在于獲得和解釋前因與后果；
（2）無關(guān)變量與額外變量。無關(guān)變量是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。由無關(guān)變量引起的變化結(jié)果就叫額外變量。它們之間也是前因后果的關(guān)系。但它們的存在對實驗與反應(yīng)變量的獲得起干擾作用。
2.對照性原則
對照是實驗控制的手段之一，目的還是在于消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響。實驗對照原則是設(shè)計和實施實驗的準則之一。通過設(shè)置實驗對照對比。既可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。
通常，一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組：對照組，也稱控制組，對實驗假設(shè)而言，是不接受實驗變量處理的對象組。按對照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有以下對照類型：
（1）空白對照 指不做任何實驗處理的對象組；
（2）自身對照 指實驗與對照在同一對象上進行，即不另設(shè)對照組。單組法和輪組法，一般都包含有自身對照；
（3）條件對照 指雖給對象施以某種實驗處理，但這種處理是作為對照意義的，或者說這種處理不是實驗假設(shè)所給定的實驗變量意義的；
（4）相互對照 指不另設(shè)對照組，而是幾個實驗組相互對比對照，在等組實驗法中，大都是運用對照。
3.科學(xué)性原則
所謂科學(xué)性，是指實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設(shè)計思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學(xué)基本知識和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則，都要具有可行性。
4.重復(fù)性原則
在實驗設(shè)計中也必須注意實驗的可重復(fù)性。任何實驗部必須要有足夠的實驗次數(shù)，才能判斷結(jié)果的可靠性，尤其是有數(shù)據(jù)計算的實驗，設(shè)計的實驗不能只能進行一次，在無法重復(fù)的情況下，作為正式結(jié)論，這樣的結(jié)論易被。
四、完成實驗
五、觀察并記錄結(jié)果
實驗設(shè)計的觀察內(nèi)容、方法和次數(shù)進行如實記錄。
六、分析結(jié)果（數(shù)據(jù)）并推導(dǎo)結(jié)論
觀察、實驗的目的在于獲得驗證性的結(jié)果。所以，在實驗中要記錄實驗的事實、現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，即捕捉、記錄由實驗變量帶來的反應(yīng)變量。據(jù)此論證、說明實驗中的自變量與因變量的因果關(guān)系，進而得出實驗結(jié)論。
篇4
一、實驗設(shè)計的原則
（一）對照性原則
所謂對照實驗是指除人為控制因素外，其他條件與被對照實驗完全相同的實驗。因為實驗中的無關(guān)實驗因素很多，同一種實驗結(jié)果可能是由多種不同的實驗因素所引起的，因此必須嚴格控制無關(guān)因素，要平衡和消除無關(guān)因素對實驗結(jié)果的影響。而設(shè)置對照實驗，能有效地排除其他因素干擾實驗結(jié)果的可能性，使實驗設(shè)計更加嚴密，所以大多數(shù)實驗尤其是生理類實驗往往都要有相應(yīng)的對照實驗。如在“唾液淀粉酶促進淀粉水解”實驗設(shè)計中，運用與唾液等量的清水作對照，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)計實驗對照可以有多種方式，如空白對照（指不做任何實驗處理的對照組）、相互對照（指不加設(shè)對照組，而是利用幾個實驗組相互對照）、自身對照（指實驗和對照在同一對象上進行，即不另設(shè)對照組）、條件對照等（給實驗組某種處理，給對照組另一條件的處理，給對照組施以部分實驗因素，但不是所要研究的實驗因素）。
（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，而改變其中一個因素，觀察其對實驗結(jié)果的影響。如“探究pH值對酶活性的影響”時，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)置單一變量即對照組和實驗組只能有一項條件不同，其他條件都應(yīng)相同，還應(yīng)考慮是否有額外變量影響實驗結(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)實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。任何實驗都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標志。實驗雖然要求隨機抽取樣本，這能夠在相當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問題而提出的。在實驗時，有些情況的出現(xiàn)是有偶然性的，多做幾個對照實驗，出現(xiàn)相同結(jié)果，更有說服力，更具科學(xué)性。讓這幾組實驗裝置在相同條件下同時進行，這就是平行重復(fù)原則。
二、實驗設(shè)計的基本方法步驟
在明確了實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?、選準實驗材料、遵循實驗原則做出實驗假設(shè)后，就應(yīng)該編制一個嚴密、科學(xué)的實驗程序進行實驗。對于編制的實驗程序，須要仔細推敲，形成一個最優(yōu)化的程序，使實驗科學(xué)、簡捷、明了地進行設(shè)計。探究性實驗一般可分為以下幾步進行：（1）認真研讀題干信息，分析題目類型屬于驗證型實驗、探究型實驗、完全設(shè)計型、實驗評價型中的哪一種；（2）仔細審讀，找準實驗中所要控制的單一變量和因變量，并分析以什么指標表示或觀察因變量；（3）運用對照實驗思想合理設(shè)置對照組；（4）分析實驗過程中需要平衡的無關(guān)變量，即避免（或排除）無關(guān)變量對實驗結(jié)果（現(xiàn)象）的影響；（5）推敲精煉語言，準確表達實驗步驟和實驗結(jié)果及結(jié)論；（6）通讀自己的實驗設(shè)計。運用實驗設(shè)計所遵循的原則進行對照，檢查是否有遺漏。通過對實驗?zāi)康暮鸵蟮姆治?，正確選擇出實驗的變量，按照正確的實驗步驟去分析，即可形成一個科學(xué)的實驗步驟。
三、實驗的現(xiàn)象及結(jié)論
在設(shè)計實驗步驟時，還應(yīng)注意實驗結(jié)果的預(yù)期、分析和討論：要求運用實驗原理和假設(shè)，推導(dǎo)分析出實驗的結(jié)果或?qū)嶒灲M與對照組作出預(yù)期的分析討論。
探究性實驗的設(shè)計一般規(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)。為探究光的有無對該種子萌發(fā)的影響，請你依據(jù)所給材料和用品設(shè)計實驗的方法步驟，預(yù)測可能的實驗結(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)：當水分、溫度、氧氣條件滿足時，光照則是實驗的變量，有光照，種子可能萌發(fā)，也可能不萌發(fā)；無光照，種子可能萌發(fā)，也可能不萌發(fā)。具體設(shè)計如下：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(實驗準備)；②將A組置于黑暗的環(huán)境中，B組置于有光環(huán)境中（做對照），③培養(yǎng)過程中使兩組水分、溫度、氧氣的狀況適宜且相同。A組實驗組與B組對照，符合“單因子變量”“平行重復(fù)”原則。
實驗結(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
生物科學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，科學(xué)概念、原理和規(guī)律都是由實驗推導(dǎo)和論證的。教學(xué)過程中的實驗有助于加深學(xué)生對生物科學(xué)概念、原理和規(guī)律的理解，實驗?zāi)芰σ彩菍W(xué)生將來從事科學(xué)研究的基礎(chǔ)。高中生物實驗要求學(xué)生了解實驗?zāi)康?、實驗原理和實驗步驟，會控制實驗條件和使用實驗儀器，會觀察和分析實驗現(xiàn)象，解釋實驗結(jié)果（數(shù)據(jù)），并得出實驗結(jié)論，能夠根據(jù)要求設(shè)計簡單的實驗方案。
參考文獻
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一、審題做到三明確
1.明確實驗?zāi)康氖菍嶒灥暮诵?/p>
它是實驗設(shè)計的核心，弄清是驗證性實驗還是探究性實驗。在題目中往往以“驗證……”、“證明……”、“探究……”、“觀察……”、“調(diào)查……”、“鑒定……”等形式呈現(xiàn)出來。
2.明確實驗原理是實驗的依據(jù)
原理的來源有兩個，其一是課本中的相關(guān)知識（題干較短），其二是來自題干（題干較長，學(xué)生要仔細研讀、分析），可以可通過聯(lián)想相關(guān)知識或解讀題干來解題。
3.明確實驗變量是實驗的手段
明確如何操縱實驗變量，設(shè)法給研究對象施加干擾，造成研究對象的變化，從而使研究對象在擾狀態(tài)中反映出某些特征，暴露出某種現(xiàn)象和屬性。如捕獲反應(yīng)變量，即觀察測量數(shù)值；控制無關(guān)變量，如隨機分組、設(shè)置對照、條件適宜、重復(fù)實驗，等等。
二、解題要求三環(huán)節(jié)
1.選擇實驗材料用具
生物實驗題中已提供實驗材料和用具，主要分析“有什么用？”“怎么用？”一般應(yīng)全部用上而且夠用，不可遺漏也不需額外添加，除非這道實驗題是讓你“選擇或增加”。
自行確定實驗材料和用具,根據(jù)實驗步驟，遷移運用教材相關(guān)實驗中的實驗用具。如：臨時裝片制作與觀察就要用到載玻片、蓋玻片、顯微鏡等。
2.書寫實驗設(shè)計步驟一般分成三步
（1）分組編號，即實驗準備階段，選取題干提供的實驗材料（有時實驗材料不能直接使用，需先經(jīng)某種方式處理后才符合實驗要求）用具，組裝實驗設(shè)備，平均分組，并作好編號。常用語言：選擇長勢相同、大小相似的同種植物隨機等量分組，分別編號為A、B、C……；取兩支試管，分別編號為甲、乙，各加入等量的某溶液；選擇年齡、體重（性別）、健康狀況相同的某種動物隨機等量分組，分別編號為1、2、3……，等等。
（2）設(shè)置對照組，考慮單因子變量。要注意本實驗所有組別“無關(guān)變量”要相同，相關(guān)描述要準確恰當，例如“等量”、“相同”、“適宜”。設(shè)置的對照組常有以下幾種可能：
①空白對照，指不用實驗變量處理的對照組。
不同情況下要合理地選用不同的水。如：清水、涼開水、蒸餾水、生理鹽水。例如不同pH值酸雨對小麥種子發(fā)芽的影響，應(yīng)用清水作對照。
②自身對照，實驗與對照在同一對象上進行。
如：“質(zhì)壁分離與復(fù)原”實驗。自身對照簡便，但關(guān)鍵要看清楚實驗處理前后的現(xiàn)象及差異。
③相互對照，幾個實驗組相互之間形成的對照，不需另外設(shè)置對照組。
如：“探究溫度對酶活性的影響”實驗。
（3）觀察記錄，觀察描述實驗現(xiàn)象、收集記錄實驗數(shù)據(jù)。
下面就以一個具體的例子來介紹實驗步驟的設(shè)計：
例題：請你利用剛萌發(fā)的玉米幼苗和植物無土栽培方法設(shè)計實驗探究葉綠素的形成是否與鎂元素相關(guān)。（提示：植物正常生長所需的全營養(yǎng)液配方中含硝酸鉀、氯化鈉、硫酸鈣、磷酸鈣和氯化鎂等）
實驗步驟：_______________________________________________
預(yù)期實驗結(jié)果為：_______________________________________________
實驗結(jié)論：_______________________________________________
實驗設(shè)計思路分析：
參考答案：
實驗步驟：①將萌發(fā)的玉米幼苗平均分成兩組A、B。②A組幼苗用完全培養(yǎng)液培養(yǎng)，B組幼苗用等量的缺鎂培養(yǎng)液培養(yǎng)；③給A、B組幼苗相同而且適宜的溫度、光照，培養(yǎng)一段時間后，觀察并記錄兩組幼苗葉片的顏色變化情況。
預(yù)期實驗結(jié)果：A組的玉米幼苗葉片為綠色，B組的玉米幼苗葉片逐漸變?yōu)辄S色。
篇6
在最近幾年理科綜合測試中，都考查了學(xué)生生物實驗設(shè)計能力，而且占分都比例大。而從閱卷的反饋情況來看，許多學(xué)生實驗設(shè)計缺乏科學(xué)性，或?qū)嶒灢襟E不合理，怎樣提高學(xué)生的實驗?zāi)芰?？高考?fù)習(xí)中，我們主要從實驗程序、實驗設(shè)計的基本原理和解題思路等方面對學(xué)生進行了指導(dǎo)。生物實驗的一般程序為：通過觀察提出問題提出假設(shè)設(shè)計并完成實驗分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論，一個完整的生物學(xué)實驗包括以下七個基本步驟：（1）實驗名稱、目的：提出是做什么實驗，明確實驗要解決什么問題。（2）假設(shè)：提出初步假設(shè)，并對可見現(xiàn)象提出一種可檢測的解釋。具體為：提出假設(shè)尋找證據(jù)a符號事實假設(shè)成立b符號事實假設(shè)不成立（3）預(yù)期：在檢測提出的假設(shè)以前，先提出實驗的預(yù)期結(jié)果（一個假定的結(jié)果），若預(yù)期結(jié)果沒有實現(xiàn)，說明假設(shè)不成立；若預(yù)期結(jié)果實現(xiàn)，則假設(shè)成立。（4）實驗：根據(jù)實驗?zāi)康暮吞岢龅募僭O(shè)，來設(shè)計實驗的具體方法步驟，并按設(shè)計的方案進行操作。（5）觀察和收集數(shù)據(jù)：客觀如實地觀察記錄實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)果，并通過一定方式將實驗結(jié)果呈現(xiàn)出來。（6）分析、推論：對記錄的數(shù)據(jù)（包括現(xiàn)象和結(jié)果）進行整理分析，并推導(dǎo)得出結(jié)論。（7）交流：寫出實驗報告。
1.生物實驗設(shè)計的基本原則
1.1 科學(xué)性原則?？茖W(xué)性原則具有兩個方面的含義：首先，必須保證實驗的設(shè)計不出現(xiàn)科學(xué)性錯誤；其次，實驗設(shè)計要具有科學(xué)思想和科學(xué)方法的因素。
1.2 單一變量原則。該原則可以使實驗中的復(fù)雜關(guān)系簡單化，使結(jié)果更準確。其含義是：不論一個實驗有幾個實驗變量，都應(yīng)該做到一個實驗變量對應(yīng)觀察一個反應(yīng)變量。（2）實驗中要盡可能避免無關(guān)變量及額外變量的干擾。如，在"探索淀粉酶對淀粉和蔗糖水解作用"實驗中，加入淀粉和蔗糖是單一變量，而加入的淀粉酶的量、反應(yīng)溫度、PH則應(yīng)控制成相同的條件、否則這些因素的差異將作為無關(guān)變量，干擾實驗結(jié)果及對實驗結(jié)果的分析。
1.3 對照原則。對照原則是中學(xué)實驗設(shè)計中最常用的原則，如有關(guān)酶的高效性、專一性和影響酶活性的條件實驗，觀察植物細胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗等都采用了對照，通過對照實驗，既可以排除無關(guān)變量的干擾，又可以增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。
對照實驗，一個實驗可包括實驗組和對照組，實驗組是接受自變量處理的對象組，對照組是不接受自變量處理的對照組。至于哪個作實驗組，哪個作對照組，一般是隨機決定的。常用的對照類型有以下幾種：（1）空白對照：對照組為無任何處理的對象組，如"探索影響淀粉酶活性的條件"實驗中，1號試管加1ml的蒸餾水，2號、3號試管分別加選擇題的NaOH、HCl溶液。1號試管為典型的空白對照組，如"觀察植物細胞質(zhì)壁分離和復(fù)原"實驗，即是典型的自身對照――實驗處理前的對象狀況設(shè)為對照組，實驗處理后的對象變化為實驗組。（3）條件對照：給實驗?zāi)撤N處理，給對照組另一條件的處理，如在"驗證甲狀腺激素促進幼小動物發(fā)育"的實驗中，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（條件組）丙組：對蝌蚪不作任何處理（空白對照）
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解題先要認真審題，抓住關(guān)鍵的有效信息點，弄清該實驗的性質(zhì)是驗證性還是探究性實驗，其次要明確該實驗的目的是什么？
二、分析原理，回顧實驗設(shè)計的原則
實驗原理是設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)，只有明確實驗的原理，才能掌握實驗的關(guān)鍵，進而進行實驗的設(shè)計。實驗原理一方面可來源于題干，另一方面也可來源于書中的知識，即可通過閱讀題干或聯(lián)想書中知識來獲取原理。
三、明確實驗變量，確定平衡無關(guān)變量的方法
變量是指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件，據(jù)其在實驗中的作用，可分為實驗變量與反應(yīng)變量、無關(guān)變量與干擾變量兩類。
1.實驗變量與反應(yīng)變量
實驗變量，也稱為自變量，指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。反應(yīng)變量，也稱因變量，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。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如，在“探究溫度對酶活性的實驗”中，所給定的低溫、適溫、高溫就是實驗變量，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)結(jié)果也隨之變化，這就是反應(yīng)變量，該實驗即在于獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應(yīng)變量）的因果關(guān)系。
2.無關(guān)變量與干擾變量
無關(guān)變量，是指實驗中除實驗變量（即自變量）以外的影響實驗結(jié)果的因素或條件。也稱控制變量。 通常最有效、最簡便的方法是設(shè)計對照實驗來對其進行控制。如空白對照、條件對照、自身對照、相互對照等，干擾變量，指實驗中由于無關(guān)變量而引起的變化和結(jié)果。顯然，干擾變量會對實驗變量（即自變量）有干擾作用。例如，上述實驗中實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、可溶性淀粉的純度、試劑溶液的劑量、實驗操作程度、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、高溫三組實驗是等同、均衡、穩(wěn)定的。如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條件，對三個實驗組的給定條件不等同，不均衡，不穩(wěn)定，則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生干擾變量，對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾，造成誤差。
四、分析、選擇實驗材料用具，設(shè)計實驗步驟
1.若題中已提供實驗材料和用具
可認真分析題中所提供的器材在實驗中的作用？如何使用？是否必須用到？通常題中給出的實驗材料和試劑一般應(yīng)充分利用，不能隨意增加。如題中說明了從所提供的器材中選取所需的進行實驗，就要準確地選取用具和材料。其實這也相當于隱含條件，只要你分析判斷準確，就不會有所遺漏。若讓學(xué)生自行確定實驗材料和用具，這就需要根據(jù)實驗步驟與要求等，聯(lián)系相關(guān)的生物學(xué)原理，遷移運用教材相關(guān)實驗中的實驗用具，選擇好器材才能準確地設(shè)計好實驗。
2.設(shè)計實驗步驟
不同的生物實驗，其步驟不一，但大多數(shù)常規(guī)實驗可按照下列步驟進行設(shè)計。
2.1第一步：選取材料，分組編號
即就是選取題干提供的實驗材料用具，對實驗對象進行平均分組并編號，注意相應(yīng)的無關(guān)變量要保持一致。
2.2第二步：施加實驗變量，平衡無關(guān)變量
對實驗組與對照組進行不同處理，即對實驗組要施加實驗變量。
2.3第三步：認真觀察，如實記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)
細心觀察實驗現(xiàn)象，如實記錄數(shù)據(jù)?？茖W(xué)描述結(jié)果。
五、預(yù)測實驗結(jié)果與結(jié)論
實驗結(jié)果是由實驗變量而引起的變化，實驗結(jié)論是根據(jù)實驗結(jié)果作出的一種推論。預(yù)測實驗結(jié)果與結(jié)論又可分為兩種情況來分析：
1.若為驗證性實驗 驗證性實驗是設(shè)計一個實驗來驗證、檢測實驗結(jié)果能否達到實驗原理所描述的結(jié)論的一類實驗。這類實驗在實驗前其實驗結(jié)果是已知的，實驗過程在于努力獲取預(yù)期的結(jié)論，重在結(jié)果的獲得，因而驗證性實驗的實驗結(jié)果是唯一的，即實驗原理所描述的結(jié)果，預(yù)期實驗結(jié)果時的表述方式為“A組……”，“B組……”。
2.若為探究性實驗 探究性實驗是指在假設(shè)前提下，獲取支持假說或推翻假說的一類實驗。這類實驗在實驗前并不知道實驗結(jié)果，實驗過程在于努力探索實驗結(jié)論。因而探究性實驗的實驗結(jié)果與結(jié)論是未知的，實驗前需對實驗結(jié)果進行預(yù)測，并分析出現(xiàn)該結(jié)果的原因，預(yù)測實驗結(jié)果不唯一，大多有三種可能：變量促進結(jié)果，變量抑制結(jié)果，變量與結(jié)果無關(guān)。預(yù)期實驗結(jié)果時的表述方式為“若……，則說明……
六、例題賞析
某科研單位研制出一種新型藥物X，據(jù)說對某種腫瘤有較好的療效，請你設(shè)計一個實驗加以驗證并簡要寫出實驗步驟和結(jié)論。
答案：（1）在無菌條件下，將適宜的動物細胞培養(yǎng)液均分為兩等份，注入兩個潔凈的試管中并分別編號為1號、2號。1號試管加入少量的X藥物，2號試管加入等量的蒸餾水。
（2）將等量且少量的動物腫瘤細胞分別移入1號、2號試管中，在適宜的條件下培養(yǎng)。
（3）培養(yǎng)一段時間后，分別從1號、2號試管中取一滴培養(yǎng)液制成裝片，觀察腫瘤細胞的生長情況。結(jié)果加X藥物的1號試管中腫瘤細胞數(shù)目少，增長慢。
若此實驗為探究性實驗，實驗步驟一樣，只是結(jié)果和結(jié)論要進行討論：若1號試管中的腫瘤細胞數(shù)目比2號試管少，則說明X藥物對腫瘤細胞有較好的療效。
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當前，小學(xué)、初中、高中對于生物課堂的的實驗教學(xué)都存在許多問題和弊端，尤其是高中生物教學(xué)。生物教學(xué)同其他科目一樣都是教學(xué)的組成部分之一，其靈活性和操作性都比較強，因此，要加強生物教學(xué)中學(xué)生的實驗設(shè)計能力。結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、學(xué)習(xí)興趣，以實驗教學(xué)為出發(fā)點，把實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)作為教學(xué)課程的重點項目之一。這樣不僅能完善教學(xué)機制，還能提高學(xué)生的綜合能力，將知識和能力的培養(yǎng)結(jié)合起來。
一、實驗教學(xué)的必要性及流程
實驗教學(xué)與課堂教學(xué)最大的不同在于它的操作性。學(xué)習(xí)是理論聯(lián)系實際的過程，因此，實驗教學(xué)在學(xué)習(xí)過程中顯得格外重要。對于學(xué)業(yè)繁重的高中生來說，實驗教學(xué)一方面可以增強他們的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣，提高他們的自主學(xué)習(xí)能力，另一方面，在一定程度上也能減輕學(xué)習(xí)壓力，使之在輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境下學(xué)習(xí)。同時，在充分掌握科學(xué)知識原理的情況下進行科學(xué)實驗，明確研究的目的和要求，實驗者可以及時準備實驗所需的材料，制定學(xué)習(xí)步驟。生物學(xué)實驗設(shè)計主要從七個方面把握：明確實驗?zāi)康摹⒄莆諏嶒炘?、確定實驗類型、設(shè)計實驗步驟、準備實驗材料、確認變量、設(shè)計實驗裝置。
二、學(xué)生實驗設(shè)計能力訓(xùn)練的過程
學(xué)生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)需要很長時間，這就要求學(xué)生要尋求適合自身的學(xué)習(xí)方法，一個好的方法可以使學(xué)習(xí)達到事半功倍的效果。因此，在教學(xué)過程中，教師的引導(dǎo)作用就顯得尤為重要。教師要根據(jù)學(xué)生的認知能力和接受程度來制定教學(xué)方案，只有這樣才能更好地提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力。
1.了解實驗?zāi)康?。了解實驗?zāi)康氖菍嶒炦M行的前提，因此，要明確實驗解決的問題，準確把握實驗重點。在實驗過程中，常常會出現(xiàn)許多變量，要準確地 把握這些變量，就必須了解實驗的目的，以便正確地選擇相關(guān)實驗原理進行實驗設(shè)計。由于不同的實驗有不同的原理，所以還要求學(xué)生在課堂教學(xué)過程中熟練地掌握基本原理，以加強理論研究。
2.掌握實驗原理。掌握實驗原理是在明確實驗?zāi)康暮蟮墓ぷ鳎瑢τ谏飳W(xué)的實驗來講，還要了解一些化學(xué)方面的知識，如水的形成原理、二氧化碳的形成原理等，實驗原理是實驗設(shè)計的理論基礎(chǔ)，是實驗操作的科學(xué)依據(jù)。實驗步驟和方法都要依據(jù)實驗的原理來制定，因此，掌握實驗原理對于提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力非常必要。
3.實驗材料的選擇。掌握實驗原理后就要選擇適當?shù)膶嶒灢牧?，在選擇實驗材料中應(yīng)做到以下五點：符合實驗的原理、便于取材、容易觀察、符合實驗的目的、便于操作。實驗材料的選擇看似簡單其實非常有講究，需要學(xué)生細心做好實驗前的準備工作，這樣就可以為實驗減少出錯率，提高效率。
4.分析變量。在實驗進行過程中會遇到一些變量，它是隨著實驗的進行而產(chǎn)生的。根據(jù)變量在實驗中的作用，可以將其分為兩大類：自變量和因變量；無關(guān)變量和額外變量，在實驗過程中一般使用的是自變量和因變量。因此，為了保證實驗的穩(wěn)定性就必須嚴格控制好變量，并及時做好數(shù)據(jù)的記錄和分析，同時還要認真觀察實驗過程中所發(fā)生的變化，以便提高實驗的準確度。
5.明確實驗類型，設(shè)置實驗裝置，計劃實驗步驟。實驗的方法有很多，種類也多種多樣，在明確實驗類型前，要把握實驗的種類，再根據(jù)實驗的目的、原理確定實驗類型。確定好實驗類型后，要設(shè)計實驗步驟，這一環(huán)節(jié)是提高學(xué)生設(shè)計能力的有效途徑，給學(xué)生提供了根據(jù)實驗設(shè)計的原理設(shè)計實驗步驟的創(chuàng)造平臺，但同時也不能忽視設(shè)計遵循的原則，不能盲目設(shè)計。最后是設(shè)置實驗裝置，這個步驟有助于提高學(xué)生的設(shè)計能力，學(xué)生要選好器材進行正確的設(shè)計、裝置，為實驗做好前期準備。例如，一些實驗器材的擺設(shè)和調(diào)整，這就要求學(xué)生要熟練掌握實驗器材及其用途，為實驗的實施減少不必要的技術(shù)錯誤。此外，在實踐過程中，還要對可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果進行預(yù)測，做到全面分析。
三、提高學(xué)生實驗設(shè)計能力的方法
1.樹立正確的實驗思想理念。在高中生物教學(xué)中，對課本知識的理解融匯才能作用于實踐。隨著新課標的實施，在開始實驗之前，首先，教師要熟知各個實驗方法和內(nèi)容，通過講解來引導(dǎo)學(xué)生探索實驗研究所隱含的知識，并且使學(xué)生產(chǎn)生探索興趣與求知欲望。高中生物課包含許多實驗，學(xué)生必須實踐參與，才能有所體會領(lǐng)悟，所以教師應(yīng)起到拋磚引玉的作用。
2.鍛煉學(xué)生的思維能力。在日常的生物教學(xué)過程中，教師應(yīng)從生活現(xiàn)象舉例說明引導(dǎo)學(xué)生，讓枯燥理論與日常生活情景結(jié)合在一起，豐富教學(xué)內(nèi)容，拉近學(xué)生與學(xué)科間的距離。激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，讓學(xué)生從課本上的知識就能夠舉一反三，使學(xué)生全面發(fā)展。另一方面，為學(xué)生實驗設(shè)計能力的開發(fā)提供了幫助。
3.增強實驗設(shè)計的操作性。學(xué)生的實驗設(shè)計能力不是一蹴而就的，需要長時間的訓(xùn)練培養(yǎng)鍛煉才能逐步形成。所以，教師在日常教學(xué)過程中，需要布置符合學(xué)生某一發(fā)展階段的適量難度的實驗設(shè)計課題，讓學(xué)生自主嘗試不同的實驗設(shè)計方法進行設(shè)計實驗，有充分自由發(fā)揮的空間。同時，加強學(xué)生實驗設(shè)計方法的實訓(xùn)。通過這種鍛煉模式，在進行了一定數(shù)量的實訓(xùn)后，學(xué)生有了一定能力后，教師要適時予以指點，消除學(xué)生的疑慮，又必須引導(dǎo)他們互相交流、探討彼此的想法和設(shè)計成果。之后，還需要教師指引學(xué)生，讓學(xué)生自主總結(jié)，來提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力，從而加深對知識的理解和運用。
總之，學(xué)校既要為學(xué)生提供可供實驗的器材和場地，也重視要對學(xué)生的實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)，盡量增加教師人數(shù)，為學(xué)生的生物教學(xué)實驗設(shè)計予以指導(dǎo)。還要求教師要與時俱進，學(xué)會運用網(wǎng)絡(luò)的力量，實現(xiàn)教學(xué)相長。同時，教師要有高度的責(zé)任感，要認真做好本職工作。在日常教學(xué)活動中，應(yīng)注意因材施教，培養(yǎng)學(xué)生的實際實驗設(shè)計能力，讓他們樹立正確的實驗思想理念，鍛煉其思維能力，由此，使學(xué)生實現(xiàn)全面發(fā)展。
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一、貫徹兩個基本原則
1.單一變量原則
實驗設(shè)計常用控制變量法。變量是實驗中變化的因素或條件，是實驗最關(guān)鍵的部分，無論是原理的確定、器材的選擇、步驟的設(shè)計還是結(jié)果的討論都是圍繞變量進行的。變量主要分為自變量與因變量、無關(guān)變量。
如，“探究溫度對酶促反應(yīng)的影響”這個實驗中有很多變量。其中溫度是要探究的因素，稱自變量（原因）。而酶促反應(yīng)的速度會因溫度這個自變量而變化，是因變量（結(jié)果）。其他的條件如pH、底物等也可以引起酶促反應(yīng)的速度變化，因此在對照實驗中應(yīng)保持一致，保證這些條件不會導(dǎo)致實驗結(jié)果的變化，所以稱無關(guān)變量（其他原因）。這就是單一變量原則。
2.對照原則
對照實驗是指除所控因素外其他條件與被對照實驗完全相等的實驗。通過對照的建立，達到對變量的控制。通常，實驗會分為實驗組和對照組。實驗組，即通常說的接受自變量處理的組。對照組，是不接受自變量處理的組。例如，“探究H2O2酶高效性”的實驗，加入H2O2酶的組就是實驗組，而加入FeCl3的組就是對照組。這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，故實驗組與對照組兩者之間的差異，則可認定為是來自自變量的影響，這樣的實驗結(jié)果是可信的。對照通常有以下類型：空白對照、條件對照、自身對照、相互對照。
二、實驗設(shè)計程序及解題思路
實驗設(shè)計（特別是探究實驗）的程序可歸納為提出課題作出假設(shè)確定原理設(shè)計步驟預(yù)期結(jié)果觀察收集數(shù)據(jù)得出結(jié)論等。解題時可按以下順序進行分析討論：
（1）根據(jù)實驗?zāi)康恼页龈鞣N變量。
（2）運用所學(xué)知識或題目信息確定實驗原理，明確自變量如何操縱、無關(guān)變量如何控制、因變量如何檢測等。
（3）根據(jù)實驗原理，對照實驗?zāi)康模醪叫纬纱笾路桨浮?/p>
（4）結(jié)合實驗所給的條件，選取適當?shù)姆椒?，設(shè)計具體步驟。
（5）分析實驗結(jié)果得出結(jié)論。
下面通過舉例來說明。
如，血液中鈣離子在血液凝固過程中起重要作用，鈣離子缺乏則血液不能凝固，草酸鉀溶液能與血液中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，形成草酸鈣沉淀，起抗凝作用。請根據(jù)提供的實驗材料和用具，簡要寫出第二步及以后的實驗步驟和實驗結(jié)果，以驗證鈣離子在血液凝固中的作用，并回答問題：
（1）實驗材料和用具：家兔、生理鹽水、酒精棉、適宜濃度的草酸鉀溶液、適宜濃度的氯化鈣溶液、試管、注射器
（2）提出實驗課題
（3）寫出實驗原理
（4）實驗步驟和實驗結(jié)果
第一步：在A、B試管中分別加入等量的草酸鉀溶液和生理鹽水
第二步：
第三步： ；結(jié)果
第四步： ；結(jié)果
讓我們以上面提到的順序來解答這道試題。
①分析這個實驗的目的：即本實驗要驗證的生物學(xué)事實是什么？（驗證鈣離子在血液凝固中的作用）
②確定變量：這個實驗的自變量是鈣離子的有無，因變量是血液凝固與否，無關(guān)變量是影響血液凝固的其他因素，如溫度、草酸鉀溶液的濃度、試管的干凈程度等。
③確定實驗原理：從題干所給信息獲得（草酸鉀能與血液中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，形成草酸鈣沉淀，起抗凝作用）。
④該實驗的實驗組為哪支試管？對照組為哪只試管？該實驗為何種對照？
加草酸鉀的A試管為實驗組，加生理鹽水的B試管為對照組。本實驗既有空白對照（A與B），又有自身對照（A試管先加了草酸鉀形成了沉淀，后又加入CaCl2溶液）。
⑤該實驗采用哪種方法排除無關(guān)變量的干擾？（主要采用對照原則和單一變量原則）
通過以上分析，我們基本上就掌握了該實驗設(shè)計程序要求的各要素，之后再將以上分析內(nèi)容形成文字，這個實驗的主要問題就解決了。
三、實驗步驟的書寫
書寫實驗步驟一般采取“三部曲”模式：
（1）選材、分組、編號。
（2）對照實驗的處理。
（3）觀察記錄實驗結(jié)果。
下面通過例題說明如何訓(xùn)練學(xué)生書寫實驗方法步驟。
例：已知2H2O2=2H2O+O2，可以通過觀察反應(yīng)過程中O2的生成速度（即氣泡從溶液中釋放的速度）來判斷H2O2分解反應(yīng)的速度。請用所給的實驗材料和用具設(shè)計實驗，使其能同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實驗步驟、預(yù)測實驗結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問題。
實驗材料與用具：適宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，3.5%FeCl3溶液，0.01%過氧化氫酶溶液，恒溫水浴鍋，試管。實驗步驟：
（1） （2）（3）略
分析：本實驗?zāi)康氖且瑫r驗證酶具有催化作用和高效性，因此需要設(shè)置A組“在H2O2溶液中滴加0.01%過氧化氫酶”、B組滴加“蒸餾水”、C組滴加“3.5%FeCl3溶液”。通過比較A組和B組、A組和C組實驗現(xiàn)象得出結(jié)論。再完善實驗步驟，這里要提醒學(xué)生注意遵循單一變量、對照等原則。最后用文字表達：
①取3支試管，分別編號A、B、C，各加入等量且適量的H2O2溶液，放入37℃恒溫水浴鍋中保溫適當時間。
②分別向上述3支試管加入等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液。
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在我國第8次課程改革中，科學(xué)探究在生物課程教學(xué)中受到了廣泛重視。實驗設(shè)計能力是科學(xué)探究能力的重要環(huán)節(jié)，在高中生物教學(xué)中有意識地對學(xué)生進行實驗設(shè)計能力的訓(xùn)練，有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
一、實驗設(shè)計及其流程
實驗設(shè)計是指在正式進行科學(xué)實驗之前，實驗者根據(jù)一定的目的和要求，運用有關(guān)的科學(xué)知識原理對實驗過程中的材料、手段、方法、步驟等全部方案的制定。一個完整的生物學(xué)實驗設(shè)計一般包括以下七個方面：把握實驗?zāi)康?、明確實驗原理、選擇合適的實驗材料、確認變量、確定實驗類型、設(shè)計合理的實驗裝置和實驗步驟、預(yù)期實驗結(jié)果。
二、高中生物教學(xué)中對學(xué)生進行實驗設(shè)計能力訓(xùn)練的過程和方法
實驗設(shè)計能力不是短時間內(nèi)能達到的，需要較長時間的學(xué)習(xí)。在教學(xué)中，教師應(yīng)遵循學(xué)生學(xué)習(xí)的認知規(guī)律來教學(xué)，才能更快、更好地提高學(xué)生實驗設(shè)計的能力?，F(xiàn)以人教版必修一第五章中《比較過氧化氫在不同條件下的分解速率》實驗為例，闡述教師對學(xué)生進行實驗設(shè)計能力訓(xùn)練的過程。
1.把握實驗?zāi)康?。準確把握實驗?zāi)康?，明確實驗要解決的問題。把握實驗?zāi)康牟拍艽_定實驗設(shè)計中的自變量，才能明確運用相關(guān)原理進行實驗設(shè)計。本實驗的目的是比較過氧化氫在不同條件下的分解速率。
2.明確實驗原理。實驗原理是實驗設(shè)計中的靈魂，是實驗方法、實驗手段、實驗操作過程和實驗結(jié)果分析等所依據(jù)的科學(xué)理論。本實驗的實驗原理是：新鮮肝臟中有較多的過氧化氫酶。經(jīng)計算，質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液和質(zhì)量分數(shù)為20%的肝臟研磨液相比，每滴FeCl3溶液中的Fe3+數(shù)，大約是每滴研磨液中過氧化氫酶分子數(shù)的25萬倍。
3.選擇合適的實驗材料。實驗材料的選擇要符合如下要求：一是易于實現(xiàn)實驗的目的，二是符合實驗原理，三是容易獲取，四是便于觀察，五是利于操作。本實驗選取豬肝作為實驗材料，是根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?，同時考慮了豬肝在當?shù)厝菀撰@得，又比較便宜。
4.確認變量。變量，是指實驗過程中可以變化的因素或條件。根據(jù)其在實驗中的作用，通常可分為兩類：一類是自變量與因變量，另一類是無關(guān)變量與額外變量。實驗的關(guān)鍵在于嚴格地操縱自變量以獲取因變量，同時要嚴格地均衡無關(guān)變量以減少額外變量。本實驗中變量的確認主要包括自變量、無關(guān)變量和因變量三個方面，具體闡述如下：自變量是反應(yīng)條件（即本實驗研究的對象），操縱方法是2號試管水浴加熱（即高溫），3號試管加入質(zhì)量分數(shù)為3.5%的FeCl3溶液（即無機催化劑），4號試管加入過氧化氫酶（即生物催化劑）。本實驗探究的是在這三種條件下，過氧化氫分解速率的問題。所以因變量是過氧化氫的分解速率，通過觀察試管中氣泡產(chǎn)生量的多少及衛(wèi)生香燃燒的情況來檢測，無關(guān)變量是過氧化氫的量及濃度等，控制方法是每組實驗都保持一樣。
5.確定實驗類型。實驗方法有多種多樣，如按實驗在科學(xué)認識中的作用可分為析因?qū)嶒灐φ諏嶒?、模擬實驗等，其中對照實驗是高中生物實驗的常見類型。處理一個因素以外，其余因素都保持不變的實驗叫做對照實驗。對照實驗一般要設(shè)置對照組和實驗組，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之差異，則可認定為是來自自變量的效果。因此，對照的目的在于進一步消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，以增加實驗結(jié)果的可信度。按對照的內(nèi)容和形式上的不同，對照實驗分為空白對照、自身對照、條件對照和相互對照。本實驗中1號試管屬于就是空白對照組，因此本實驗屬于空白對照。
6.設(shè)計合理的實驗裝置和實驗步驟。設(shè)計具體的實驗裝置和實驗步驟時，要注重引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實驗設(shè)計的原則來設(shè)計。實驗設(shè)計的原則有平衡控制原則、對照性原則、隨機性原則、重復(fù)性原則等，每一個原則的制定都有其科學(xué)理論的依據(jù)，都是在嚴密的科學(xué)思維的指導(dǎo)下制定的。因此，實驗設(shè)計的原則為實驗過程和實驗結(jié)果的準確性提供了可靠保證，是實驗設(shè)計必須遵循的理論準繩，同時也是評價實驗設(shè)計正確與否的基本準則。根據(jù)本實驗的目的、原理及實驗設(shè)計的原則確定實驗裝置和實驗步驟（略）。
7.預(yù)期實驗結(jié)果。所謂預(yù)期，就是在實驗設(shè)計方案確定之后，在實驗正式實施之前，根據(jù)假設(shè)和原理，對實驗可能出現(xiàn)的結(jié)果的判斷。如果預(yù)期在實驗結(jié)果中出現(xiàn)，則假設(shè)成立；否則假設(shè)被否定或可能是實驗設(shè)計中或操作過程中出現(xiàn)了一些失誤，這就需要尋找原因，修改設(shè)計方案，或重新進行實驗操作。根據(jù)實驗?zāi)康募霸?，預(yù)期本實驗的結(jié)果是：4號試管產(chǎn)生的氣泡最多，衛(wèi)生香燃燒最猛烈，3號試管次之，第三是2號試管，而1號試管幾乎不產(chǎn)生氣泡。
三、教師對學(xué)生進行實驗設(shè)計能力訓(xùn)練的要點
1.研究經(jīng)典實驗尋找實驗設(shè)計思想。生命科學(xué)史中的經(jīng)典實驗蘊涵著豐富的生物學(xué)知識，科學(xué)思維方法以及艱難的科學(xué)探究歷程。經(jīng)典實驗在高中生物教材中列舉了很多，如酶的發(fā)現(xiàn)、遺傳定律的發(fā)現(xiàn)等。教師在教學(xué)過程中注意引導(dǎo)學(xué)生挖掘其中隱含的科學(xué)思維，領(lǐng)會科學(xué)研究的一般方法，并從這些經(jīng)典實驗中學(xué)習(xí)設(shè)計實驗的方法。
篇11
1 實驗題目的擬定
一個實驗題目中應(yīng)該體現(xiàn)出該實驗的性質(zhì)是驗證性實驗還是探究性實驗。所以驗證性實驗的題目應(yīng)寫成“驗證……”;探究性實驗應(yīng)寫成“探究……”。
探究性實驗的題目中的格式一般為“探究自變量對因變量的影響”
【例1】在用生長素促進某植物枝條生根的實踐過程中,發(fā)現(xiàn)枝條生根情況不一,分析其原因,認為可能與生長素的濃度有關(guān)。請據(jù)此擬定一個相關(guān)研究的課題,要求寫出課題名稱及相關(guān)研究中的觀察指標和影響這一指標的因素。
解析:顯然可以確定生長素的濃度為自變量,枝條生根情況為因變量。
答案:探究生長素濃度對該植物枝條生根的影響觀察指標:生根數(shù)量(或長度)影響這一指標的因素:生長素濃度。
2 實驗結(jié)論
實驗結(jié)論是由實驗結(jié)果推出自變量和因變量之間的關(guān)系
【例2】為了驗證“植物主莖頂芽產(chǎn)生的生長素能夠抑制側(cè)芽生長”,某同學(xué)進行了以下實驗:
①選取健壯、生長狀態(tài)一致的幼小植株,分為甲、乙、丙、丁4組,甲組植株不做任何處理,其他三組植株均切除頂芽。然后乙組植株切口不做處理;丙組植株切口處放置不含生長素的瓊脂塊;丁組植株切口處放置含有適宜濃度生長素的瓊脂塊。
②將上述4組植株置于相同的適宜條件下培養(yǎng)。
回答下列問題:
(1)各組植株側(cè)芽的預(yù)期生長情況分別為:甲組_____;乙組_____;丙組_____;丁組_____。
(2)比較甲組與乙組的預(yù)期結(jié)果,能夠說明__________。
(3)比較乙組和丙組的預(yù)期結(jié)果,能夠說明__________。
(4)比較丙組和丁組的預(yù)期結(jié)果,能夠說明__________。
(5)頂芽產(chǎn)生的生長素抑制側(cè)芽生長的原因是__________。
解析:如甲組和乙組之間的自變量是頂芽是否存在,因變量是側(cè)芽是否受抑制,所以結(jié)論應(yīng)該為頂芽可以抑制側(cè)芽的生長。同理可以分析出乙組和丙組及丙組和丁組的結(jié)論。
答案:(1)生長受抑制 生長 生長 生長受抑制 (2)頂芽生長抑制側(cè)芽的生長 (3)瓊脂塊對側(cè)芽生長沒有影響 (4)對側(cè)芽生長起抑制作用的是生長素 (5)頂芽產(chǎn)生的生長素向下運輸、在側(cè)芽處積累較多,側(cè)芽對生長素濃度比較敏感,使側(cè)芽生長受到抑制
3 實驗設(shè)計思路
實驗設(shè)計思路是指實驗設(shè)計的大致過程,通常包括如何控制自變量,怎樣控制無關(guān)變量,怎樣檢測因變量等。在寫實驗設(shè)計思路時要“上看實驗器具,下看實驗步驟”。
值得提醒的是,有些實驗思路中僅寫3種變量的控制是不完善的,還要具體考慮題目的信息?？傊?實驗設(shè)計思路可以看成是實驗步驟的濃縮。
4 實驗假設(shè)
實驗假設(shè)是指在探究性實驗中對所要研究的問題提出的一種解釋
例題:探究生長素是否具有延緩葉片衰老的作用。
實驗假設(shè)就是:生長素具有延緩葉片衰老的作用(或生長素不具有延緩葉片衰老作用)。
5 實驗原理
是整個實驗的設(shè)計的依據(jù),支持自己設(shè)計的實驗結(jié)果出現(xiàn)的科學(xué)依據(jù)。也就是正因為該科學(xué)依據(jù)的存在才能導(dǎo)致設(shè)計的實驗出現(xiàn)結(jié)果。
【例3】為了驗證胰島素具有降低血糖的作用,以小鼠活動狀況為觀察指標設(shè)計實驗。
某同學(xué)的實驗方案如下:
①將正常小鼠隨機分成A、B兩組,觀察并記錄其活動狀況。
②A組小鼠注射適量胰島素溶液,B組注射等量生理鹽水。
一段時間后,A組小鼠會出現(xiàn)四肢無力,活動減少,甚至昏迷等低血糖癥狀,B組活動狀況無變化。
③A組小鼠出現(xiàn)低血糖癥狀后,分別給A、B兩組小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段時間后,A組小鼠低血糖癥狀緩解,B組活動狀況無變化。
該實驗方案可以說明胰島素具有降低血糖的作用。
請回答:
(1)該實驗原理是什么?
(2)分析小鼠注射胰島素溶液后出現(xiàn)低血糖癥狀的原因。
(3)胰島素在血糖平衡調(diào)節(jié)中的作用是什么?
6 結(jié)果分析
6.1 驗證性實驗的結(jié)果分析是指解釋該實驗結(jié)果出現(xiàn)的原因
【例4】為了驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗,請用所提供的實驗材料與用具,在給出的實驗步驟和預(yù)測實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,繼續(xù)完成實驗步驟的設(shè)計和預(yù)測實驗結(jié)果,并對你的預(yù)測結(jié)果進行分析。
實驗材料與用具:煙草幼苗、試管兩支、NaHCO3稀溶液(為光合作用提供原料)、真空泵、暗培養(yǎng)箱、日光燈(實驗過程中光照和溫度等條件適宜,空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計)。
實驗步驟和預(yù)測實驗結(jié)果:
(1)剪取兩小塊相同的煙草葉片,分別放入盛有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液的兩支試管中。此時,葉片均浮在水面。
(2)用真空泵抽去兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細胞間隙中的氣體后,敞開試管口,可觀察到葉片均下沉到試管底部。
(3)______________。
分析預(yù)測結(jié)果:__________。
分析預(yù)測的結(jié)果:__________。
(1)光照下,NaHCO3稀溶液中的葉片進行光合作用,釋放出來的氧氣多于消耗的氧氣,葉肉細胞間隙的氧氣增加,葉片上浮。而蒸餾水中缺乏二氧化碳和氧氣,葉片不能進行光合作用和呼吸作用,葉肉細胞間隙缺乏氣體,因此葉片仍位于試管底部。
(2)黑暗中,NaHCO3稀溶液中的葉片呼吸作用,消耗了葉肉細胞間隙中的氧氣,放出二氧化碳溶于NaHCO3稀溶液中,葉肉細胞間隙缺乏氣體,葉片下沉。蒸餾水中缺乏氧氣,葉片不能進行呼吸作用,葉肉細胞間隙仍缺乏氣體,因此葉片仍位于試管底部。
6.2 探究性實驗的結(jié)果分析是指若……則……進行多種情況的的討論
那么作為一個探究性實驗的多種結(jié)果的討論究竟討論幾種情況才最合適,教師可以根據(jù)實驗的假設(shè)情況進行討論。有幾種假設(shè)就可以預(yù)測出幾種相應(yīng)的結(jié)果和結(jié)論。
【例5】探究性實驗的結(jié)果分析
下圖是一種可以測定呼吸速率的密閉系統(tǒng)裝置
(1)關(guān)閉活塞,在適宜溫度下,30 min后讀取有
色液滴向______(左佑)移動的距離
(2)為了使測得的數(shù)據(jù)更準確,必須進行矯正。矯正裝置的容器和小瓶中應(yīng)分別放入
(3)生活中發(fā)現(xiàn),受到機械損傷的櫻桃易爛。有人推測易爛與機械損傷引起櫻桃呼吸速率升高有關(guān)。請結(jié)合測定呼吸速率實驗裝置,設(shè)計實驗探究機械損傷對櫻桃呼吸速率的影響。
①實驗假設(shè)
②實驗步驟_______。
第一步:按裝置圖中所示進行操作,30分鐘后,記錄有色液滴移動距離a。
第二步:__________。
第三步:_________。
④結(jié)果分析:__________。
解析:該實驗的可能會出現(xiàn)的假設(shè)
①一定程度的機械損傷對櫻桃的呼吸速率無影響
②一定程度的機械損傷對櫻桃的呼吸速率有促進性影響
③一定程度的機械損傷對櫻桃的呼吸速率有抑制性影響。
因為可以出現(xiàn)三種實驗假設(shè)所以就會預(yù)測出三種相應(yīng)的實驗結(jié)果和結(jié)論,所以該實驗的結(jié)果分析應(yīng)該分析三種情況。
答案:
(I)左 (2)等量的消毒死的櫻桃:等量的20%NaOH 5 mL
(3)②機械損傷會引起櫻桃的呼吸速率升高/機械損傷和櫻桃的呼吸速率無關(guān)/機械損會使櫻桃的呼吸速率降低。(書寫任意一種情況)
③第二步:將裝置中的櫻桃進行機械損傷,放入該裝置,30min后記錄有色液滴的移動距離為b。
第三步:比較a,b的大小。
④結(jié)果及結(jié)論:如果a=b;則無影響。
如果a>b;則抑制。
如果a
8 寫操作步驟
實驗操作的表述從形式上看,應(yīng)分步、分組。分組時要標號,同時注意單因子變量原則。分步原則上是三步:第一步實驗準備(選材料分組編號),第二步實驗進行(交代自變量是怎樣控制的),第三步實驗現(xiàn)象觀察及記錄(交代因變量是怎樣測定的)。三步中要時刻交代清無關(guān)變量時怎樣控制均衡的。
例:以下是驗證某大豆品種的矮化特性與赤霉素的含量有關(guān)的實驗步驟。
篇12
在做試驗設(shè)計題時，首先應(yīng)該知道實驗設(shè)計的相關(guān)理論知識：
1.科學(xué)性原則 實驗是人為控制條件下研究事物(對象)的一種科學(xué)方法；是依據(jù)假設(shè)，在人為條件下對實驗變量的變化和結(jié)果進行捕獲、解釋的科學(xué)方法。因此，在實驗設(shè)計中必須有充分的科學(xué)依據(jù)?？茖W(xué)性原則包括實驗原理的科學(xué)性、實驗材料選擇的科學(xué)性、實驗方法的科學(xué)性、實驗結(jié)果處理的科學(xué)性。
2.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)實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。任何實驗都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標志。任何實驗必須有足夠?qū)嶒灤螖?shù)，才能避免結(jié)果的偶然性，使得出的結(jié)論準確、科學(xué)。采用平行重復(fù)的原則可消除無關(guān)變量與額外變量的干擾，可多次重復(fù)該實驗，使得實驗結(jié)果更加客觀、科學(xué)。
3.可行性原則 可行性原則是指在設(shè)計生物學(xué)實驗時，從實驗原理、實驗的實施到實驗結(jié)果的產(chǎn)生，都要具有可行性。
4.隨機性原則 隨機性原則是指被研究的樣本是從總體中任意抽取的。這樣做的意義在于：一是可以消除或減少系統(tǒng)誤差，使顯著性測驗有意義；二是平衡各種條件，避免實驗結(jié)果中的偏差。
5.簡便性原則 實驗設(shè)計時，要考慮到實驗材料要容易獲得，實驗裝置簡單，實驗藥品較便宜，實驗操作較簡便，實驗步驟較少，實驗時間較短。
6.單一變量原則和等量性原則 此兩個原則都是在設(shè)計對照實驗時必須堅持的原則。所謂單一變量原則，強調(diào)的是實驗組和對照組相比只能有一個變量，只有這樣，當實驗組和對照組出現(xiàn)不同結(jié)果時，才能確定造成這種不同結(jié)果的原因肯定是這個變量造成的，從而證明實驗組所給實驗因素的作用。因此在設(shè)計對照組實驗時首先要確定變量并加以正確設(shè)置，至于將誰作為變量則很容易確定，即要驗證誰則把誰作為變量。如要探索pH值對淀粉酶活性的影響，則需把pH值作為變量；驗證光合作用需要光則應(yīng)將光作為變量等。等量性原則是指除了實驗變量之外的一切對實驗結(jié)果有影響的無關(guān)變量必須嚴格控制等量即相同，以平衡和消除無關(guān)變量對結(jié)果的影響。
（1）實驗變量與反應(yīng)變量 實驗變量是實驗中由實驗者操縱的因素或條件，是作用于實驗對象的刺激變量（也稱自變量）自變量須以實驗?zāi)康暮图僭O(shè)為依據(jù)，應(yīng)具有可變性和可操作性。反應(yīng)變量（又稱因變量）是隨自變量變化而產(chǎn)生反應(yīng)或發(fā)生變化的變量，是研究是否成功的證據(jù)，應(yīng)具可測性和客觀性。
二者關(guān)系：實驗變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果，即具因果關(guān)系。例如：關(guān)于“唾液淀粉酶水解淀粉”的實驗中，“低溫(冰塊)、適溫(37℃)、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(yīng)變量。該實驗旨在獲得和解釋溫度變化(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（控制變量）是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。即是指與研究目標無關(guān)，但卻影響研究結(jié)果的變量。實驗者應(yīng)嚴格控制無關(guān)變量，否則實驗結(jié)果的真實性無法得到認定。由無關(guān)變量引起的變化結(jié)果就叫額外變量。
二者關(guān)系也是前因后果的關(guān)系，但它們的存在對實驗與反應(yīng)變量的獲得起干擾作用。實驗中的無關(guān)變量很多，必須嚴格控制，要平衡和消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響。
如何盡量去保證“其它條件的完全相等”，具體來說有如下四個方面：
①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。
②所用實驗器具要相同，即試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具大小型號要完全一樣。
③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。
④所用處理方法要相同。
7.對照性原則 科學(xué)、合理的設(shè)置對照可以使實驗方案簡潔、明了，且使實驗結(jié)論更有說服力。對照實驗的設(shè)計是消除無關(guān)變量影響的有效方法。設(shè)置對照實驗，能有效地排除其它因素干擾結(jié)果的可能性，使設(shè)計顯得比較嚴密。
如何設(shè)置對照實驗?zāi)?？所謂對照實驗是指除所控因素外其它條件與被對照實驗完全相等的實驗。設(shè)置對照組有4種方法：
(1)空白對照 即不給對照組做任何處理。例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”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，起空白對照。
(2)條件對照 即雖給對照組施以部分實驗因素，但不是所研究的實驗處理因素；這種對照方法是指不論實驗組還是對照組的對象都作不同條件的處理，目的是通過得出兩種相對立的結(jié)論，以驗證實驗結(jié)論的正確性。例如，在“動物激素飼喂小動物”的實驗中，采用等組實驗法，甲組為實驗組(飼喂甲狀腺激素)，乙組為條件對照(飼喂甲狀腺抑制劑)，不飼喂藥劑的是空白對照組。
(3)自身對照 指對照組和實驗組都在同一研究對象上進行，不再另外設(shè)置對照組。例如，“質(zhì)壁分離與復(fù)原”實驗，處理前的對象狀況為對照組，處理后的對象變化為實驗組。
（4）相互對照 不單獨設(shè)置對照組，而是幾個實驗相互為對照。即實驗與對照在同一對象上進行，這種方法常用于等組實驗中?！爸参锵蚬庑浴睂嶒炛?，利用若干組燕麥胚芽的不同條件處理的實驗組之間的對照，說明了生長素與植物生長彎曲的關(guān)系。
“實驗組”與“對照組”確認，一個實驗通常分為實驗組和對照組（控制組）。實驗組是施加實驗變量處理的被試組；對照組是不施加實驗變量處理的對象組，兩者對無關(guān)變量的影響是相等的，兩組之間的差別被認為是來自實驗變量的結(jié)果，如為研究光對幼苗生長的影響時實驗變量應(yīng)為撤掉光照，因而暗處生長的小麥幼苗應(yīng)為實驗組，而自然狀態(tài)（即來接受實驗變量處理）的小麥幼苗應(yīng)為對照組，通過對照組能增強實驗的信度。
要注意的是，根據(jù)實驗?zāi)康囊?，凡是涉及確定變化因素之間的因果關(guān)系的實驗中，一般都需要設(shè)計對照組實驗。中學(xué)階段所要求的實驗設(shè)計一般多采用對照的原則，因為科學(xué)、合理的設(shè)置對照可以使實驗方案簡潔、明了，且使實驗結(jié)論更有說服力。
篇13
一、讓實驗增加探究性
