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生物中考实验题的创新设计,正在由验证性实验向探究性实验的方向突破和发展,并将成为今后一段时间内实验命题的方向和热点。那么,如何才能答好生物实验设计题,取得优秀的分数呢?这就必须有完整的实验方案的设计,掌握实验设计的基本思路和技巧,在理科综合实验能力测试中就能够做到有据可依,有法可循,总体考虑,综合分析,达到事半功倍,获得高分的效果。本文结合自己近几年的教学实践,谈谈生物实验设计题的基本解题思路与技巧。
1什么是實验设计
所谓实验设计,就是要求学生设计实验原理,选择实验器材,安排实验步骤,设计数据处理的方法及分析实验的现象等。但在理科综合能力测试中由于受时间和卷面的限制,实验设计能力考查无法面面俱到,或者是考查实验步骤的设计、续写或修改,或者是实验现象的观察和分析,或者是实验数据的加工和实验结果的分析,或者是考查实验结果的预期与讨论,或者是实验装置的检验或改进等等。
2实验设计的基本内容
设计一个较完整的实验方案一般应包括:①明确实验目的→②确定实验变量→③分析实验原理→④提出实验假设→⑤落实实验用品→⑥设计实验步骤→⑦预测实验结果→⑧得出实验结论
3实验设计的基本解题思路
3.1明确实验目的,分清实验类型
明确实验目的就是要弄清“做什么”的问题,即探究或者是验证什么生物学现象或原理。明确实验目的才能明确运用哪些原理进行实验设计,才能明白实验设计中哪些因素是实验变量。
实验设计一般有两种类型:验证性实验设计和探究性实验设计。验证性实验具有明确的结果,通过实验加以验证;而探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的,应针对多种可能分别加以考虑和分析,得到相关的结论。七年级生物课本“探究光对鼠妇分布的影响”就属于探究性实验设计。
3.2找出两类变量,确定对照类型
3.2.1找出两类变量
在实验过程中,变量是指可被操纵的特定因素或条件。据其在实验中的作用,可分为两类:
实验变量与反应变量:实验变量,也称为自变量,指实验中由实验者操纵的因素或条件。反应变量,又称因变量,指实验中由于实验变量引起的变化和结果。通常实验变量是原因,反应变量是结果,二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。
无关变量与额外变量:无关变量也称控制变量,指实验中除实验变量外的影响实验现象和实验结果的因素或条件。额外变量也称干扰变量,指实验中由于无关变量引起的变化和结果。显然额外变量会对反应变量起干扰作用。
3.2.2确定对照类型
通过设置对照实验,既可排除无关变量的干扰,又增强了对实验结果的可信度和说服力。在一个对照实验中,可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组,对照组是不接受自变量处理的对象组,一般是随机决定的。
3.3理解实验原理
实验原理决定着实验中主要实验步骤的设计及相应实验试剂的选择。如“绿叶在光下制造有机物”的实验。这一实验的实验原理同教材中演示实验“玉米种子的胚乳是否含有淀粉”实验原理相同,因此可用稀碘液滴在叶片上的呈色反应来验证这一问题,这样学生也就明确了其主要实验步骤的设计原理。
3.4提出假设和预期
假设:是“可能会怎么样”,并对可见现象提出一种可检测的解释。具体为:提出假设→寻找证据→符合事实(不符合事实)→假设成立(假设不成立)。
预期:在检测提出的假设以前,先提出实验的预期结果(1个假定的结果),若预期没有实现,则说明假设不成立;若预期得到实现,则假设成立。
3.5恰当选取实验材料
正如孟德尔选择豌豆作为实验材料是其遗传实验成功的原因之一一样,正确的选材决定着实验的成败。实验的选材是受实验原理、实验目的制约的。
3.6细心研究实验条件和器材
完成这一实验所必需的理化条件及生物学处理方法。如光照、温度、PH值、酶、缓冲剂、离心等。认真研究实验装置设计的严密性和合理性;在实验设计中,用具及材料的选择是十分重要的,要根据实验所提出的问题和要求,联系命题者所提供的器材,准确判断和选取实验所需的用具及材料。
3.7合理设计实验步骤
实验步骤的构思一般是:材料准备与前处理→分组、编号→对不同(或同一)对象施以不同的处理(对照原则)→结果观察(或预测)、记录→根据结果(现象)进行分析,得出结论。
实验步骤有一定的顺序,要注意实验步骤的关联性和实验操作的程序性。实验步骤的前后顺序一般不能颠倒,特别是关键环节。不同的操作顺序导致不同的结果并影响实验的严密性。
3.8观察和收集数据
在实验方案中要事先设计定时观察的内容和观察的次数,同时应按要求进行观察,并将观察的现象和结果如实地记录下来。
3.9预测和分析实验结果,得出结论
对记录的数据(包括现象、结果),进行整理分析,一般常用的表达方法有文字描述、表格、坐标曲线、画出观察图象等,然后进行推导得出结论。
4实验设计中的注意技巧
4.1实验组别的编号
凡实验中涉及到两组或两组以上,需用1、2、3……或A、B、C……或甲、乙、丙……等加以编号便于区分。
4.2实验现象的观察
找准实验观察的对象并准确描述。如探究“不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”……请回答:①采用何种指标来确定香烟浸出液对水蚤的影响?……②设计1张表格用于实验时记录数据。本题就考查如何确定实验观察的对象。
4.3实验结果的表达
针对实验现象,分析单一实验变量对结果的影响并选用文字、表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。在预期实验结果时,注意验证性實验具有明确的实验结果和结论;而探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的,应针对多种可能分别加以讨论和分析,得到相应的结论。
4.4对照实验的科学性
对照实验中除变量外,其他条件应相同。如“验证二氧化碳是植物光合作用必需的原料”,实验的设计思路为对照组:蒸馏水+绿色植物,实验组:过氧化氢溶液+绿色植物。该实验组最终没有检验出淀粉,是由于过氧化氢溶液吸收了装置中二氧化碳,导致植物由于缺少原料而无法进行光合作用,没有淀粉滴加碘液后叶片当然不会变蓝。
4.5语言的准确描述
在实验设计中,学生一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化描述,故尽可能用“定性”的语言表达,在实验步骤表述中巧用下列词语:如“一段时间”、“适宜的温度”、“适量的”、“一定量的”、“等量的”、“相同条件下”、“适宜条件”等。
总之,解生物实验设计题时,既要掌握答题的基本思路(准确地把握实验目的——确定实验变量——设置实验变量——理顺设计思路——表达实验步骤——找准观察对象——预测和分析结果——得出实验结论),同时又要了解实验设计中的注意技巧,并结合实践多训练,定能提高实验设计能力。
1什么是實验设计
所谓实验设计,就是要求学生设计实验原理,选择实验器材,安排实验步骤,设计数据处理的方法及分析实验的现象等。但在理科综合能力测试中由于受时间和卷面的限制,实验设计能力考查无法面面俱到,或者是考查实验步骤的设计、续写或修改,或者是实验现象的观察和分析,或者是实验数据的加工和实验结果的分析,或者是考查实验结果的预期与讨论,或者是实验装置的检验或改进等等。
2实验设计的基本内容
设计一个较完整的实验方案一般应包括:①明确实验目的→②确定实验变量→③分析实验原理→④提出实验假设→⑤落实实验用品→⑥设计实验步骤→⑦预测实验结果→⑧得出实验结论
3实验设计的基本解题思路
3.1明确实验目的,分清实验类型
明确实验目的就是要弄清“做什么”的问题,即探究或者是验证什么生物学现象或原理。明确实验目的才能明确运用哪些原理进行实验设计,才能明白实验设计中哪些因素是实验变量。
实验设计一般有两种类型:验证性实验设计和探究性实验设计。验证性实验具有明确的结果,通过实验加以验证;而探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的,应针对多种可能分别加以考虑和分析,得到相关的结论。七年级生物课本“探究光对鼠妇分布的影响”就属于探究性实验设计。
3.2找出两类变量,确定对照类型
3.2.1找出两类变量
在实验过程中,变量是指可被操纵的特定因素或条件。据其在实验中的作用,可分为两类:
实验变量与反应变量:实验变量,也称为自变量,指实验中由实验者操纵的因素或条件。反应变量,又称因变量,指实验中由于实验变量引起的变化和结果。通常实验变量是原因,反应变量是结果,二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。
无关变量与额外变量:无关变量也称控制变量,指实验中除实验变量外的影响实验现象和实验结果的因素或条件。额外变量也称干扰变量,指实验中由于无关变量引起的变化和结果。显然额外变量会对反应变量起干扰作用。
3.2.2确定对照类型
通过设置对照实验,既可排除无关变量的干扰,又增强了对实验结果的可信度和说服力。在一个对照实验中,可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组,对照组是不接受自变量处理的对象组,一般是随机决定的。
3.3理解实验原理
实验原理决定着实验中主要实验步骤的设计及相应实验试剂的选择。如“绿叶在光下制造有机物”的实验。这一实验的实验原理同教材中演示实验“玉米种子的胚乳是否含有淀粉”实验原理相同,因此可用稀碘液滴在叶片上的呈色反应来验证这一问题,这样学生也就明确了其主要实验步骤的设计原理。
3.4提出假设和预期
假设:是“可能会怎么样”,并对可见现象提出一种可检测的解释。具体为:提出假设→寻找证据→符合事实(不符合事实)→假设成立(假设不成立)。
预期:在检测提出的假设以前,先提出实验的预期结果(1个假定的结果),若预期没有实现,则说明假设不成立;若预期得到实现,则假设成立。
3.5恰当选取实验材料
正如孟德尔选择豌豆作为实验材料是其遗传实验成功的原因之一一样,正确的选材决定着实验的成败。实验的选材是受实验原理、实验目的制约的。
3.6细心研究实验条件和器材
完成这一实验所必需的理化条件及生物学处理方法。如光照、温度、PH值、酶、缓冲剂、离心等。认真研究实验装置设计的严密性和合理性;在实验设计中,用具及材料的选择是十分重要的,要根据实验所提出的问题和要求,联系命题者所提供的器材,准确判断和选取实验所需的用具及材料。
3.7合理设计实验步骤
实验步骤的构思一般是:材料准备与前处理→分组、编号→对不同(或同一)对象施以不同的处理(对照原则)→结果观察(或预测)、记录→根据结果(现象)进行分析,得出结论。
实验步骤有一定的顺序,要注意实验步骤的关联性和实验操作的程序性。实验步骤的前后顺序一般不能颠倒,特别是关键环节。不同的操作顺序导致不同的结果并影响实验的严密性。
3.8观察和收集数据
在实验方案中要事先设计定时观察的内容和观察的次数,同时应按要求进行观察,并将观察的现象和结果如实地记录下来。
3.9预测和分析实验结果,得出结论
对记录的数据(包括现象、结果),进行整理分析,一般常用的表达方法有文字描述、表格、坐标曲线、画出观察图象等,然后进行推导得出结论。
4实验设计中的注意技巧
4.1实验组别的编号
凡实验中涉及到两组或两组以上,需用1、2、3……或A、B、C……或甲、乙、丙……等加以编号便于区分。
4.2实验现象的观察
找准实验观察的对象并准确描述。如探究“不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”……请回答:①采用何种指标来确定香烟浸出液对水蚤的影响?……②设计1张表格用于实验时记录数据。本题就考查如何确定实验观察的对象。
4.3实验结果的表达
针对实验现象,分析单一实验变量对结果的影响并选用文字、表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。在预期实验结果时,注意验证性實验具有明确的实验结果和结论;而探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的,应针对多种可能分别加以讨论和分析,得到相应的结论。
4.4对照实验的科学性
对照实验中除变量外,其他条件应相同。如“验证二氧化碳是植物光合作用必需的原料”,实验的设计思路为对照组:蒸馏水+绿色植物,实验组:过氧化氢溶液+绿色植物。该实验组最终没有检验出淀粉,是由于过氧化氢溶液吸收了装置中二氧化碳,导致植物由于缺少原料而无法进行光合作用,没有淀粉滴加碘液后叶片当然不会变蓝。
4.5语言的准确描述
在实验设计中,学生一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化描述,故尽可能用“定性”的语言表达,在实验步骤表述中巧用下列词语:如“一段时间”、“适宜的温度”、“适量的”、“一定量的”、“等量的”、“相同条件下”、“适宜条件”等。
总之,解生物实验设计题时,既要掌握答题的基本思路(准确地把握实验目的——确定实验变量——设置实验变量——理顺设计思路——表达实验步骤——找准观察对象——预测和分析结果——得出实验结论),同时又要了解实验设计中的注意技巧,并结合实践多训练,定能提高实验设计能力。