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实验设计的方法


实验设计的方法、 原则和技巧
曹建平
( 海安县曲塘中学 江苏海安 226661)

   近几年的高 考试题中, 不断出 现一些实 验设计 题, 这种题对检测学生的实验分析、 思维方式和创新能力等 均有 较好的作用, 具有 难度大、 开放性高 和得分 低等特 点。如何做好实验设计题, 本文简单谈谈实验设计的方 法、 原则和技巧。 1 方法

实验设计一般按照如下步骤进行: 1) 明确目的和要 求; 2) 联系 理论 原理; 3) 确定实 验思 路; 4) 设 计实 验步 骤; 5) 实验结果的预期、 分析和讨论。下面 以 2000 年高 考理科综合考试( 江、 吉卷) 第 25 题为例加以说明。 浙、

题目: 血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作 用, 它缺乏则 血液不能 凝固; 草 酸钾溶液 能与血 液中的 钙离子发生反应, 形成草酸钙沉淀, 起抗凝作用 。 请根据 提供的实验材料和用具, 简要写出第二步及以后的实验 步骤和实验结果。验证钙离子在血液凝固中的 作用, 并 回答问题。 1. 实验材料和用具 家 兔  生理 盐水  酒精棉  !适宜 浓度的 草酸钾溶液 ? 适宜浓度的氯化钙溶 液 #试管、 注射 器( 针管、 针头)

   [ 分析] : 本 题主要 考核学 生的有关 食物链 中能 量 流动 的基本 知识, 要求学 生能读 懂题干 图中提 供的 有 效信息, 正确写出食 物链, 并分析 通过食物关系而联 系 在一起 的 4 种生物数量变化 规律。根据食物链中能 量 传递逐级 递减的特点, 写出 4 种生物所构 成的食物链, 图中丙为 第一营养级, 甲为第二营养级, 乙为第三营 养 级, 丁 为第四 营养级, 即( 丙→甲 →乙→ 丁) , 当 乙的 数 量增 加时, 丁的数 量会增 加, 甲 的数 量会 减少, 而丙 的 数量则随着甲的减少而增加。 本题应选 D 项。 本题难度 为 0. 7617。 答案: D 据统计 有 10% 的考生选了 A 项, 主 要原因是不 能 通过图表获得准确的信息, 写错了食物链所至。反应出 考生的知识迁移能力较差。 2. 2  非选择题答题分析( 题目略) 25 题( 1) : 第 题, 答“ 不再变化” “ 、 保持恒定” 等。原因: 审题 能力欠缺, 未抓住重点( 光饱和点) 。 第 题, 很多考 生没有 考虑到 植物 体晚上 一般 不 进行光合作用, 但仍进行呼吸作用。当白天光照强度为 a 时, 植物体内合成等于分解, 而晚上几乎只有分解, 所 以植物不能正常生长。原因: 对植物 生理活动规律掌握 不够, 思考问题不全面, 导致答题出现漏洞。 第 题, a, 答“ 前移动” 读懂了 题意) , 但答题 不 向 ( 够准确。原 因: 对坐标曲 线图认识模糊, 导致答题用 词 不当。b , 答“ 向下移动” 。原因: 未读懂题意, 审题不严。 25 题( 2) : 此小题难度为 0. 388。错答: a( 很多考生答 ) , 取一 段 胚 芽鞘中间 部分( 顶端) 上面 放空白 琼脂块, ( 基部) 下面放含 IA A 的琼 脂块。原因: 缺乏 设计对 比实验 最 — 48 —

基本的指导思想—— 科学性、 可比性。反应出考生普遍 的设计实验能力较差。 设 计思路基本正确, 但文字叙 b, 述混乱, 非内行很难看明白。原 因: 不能用准 确的专业 术语阐述生命现象和原理, 语言表达能 力差。c, 错将题 中装置整个倒置。原因: 审题不严, 题意理解错误, 其结 果只能 说明生 长素向下 运输不 是重力 引起, 而不 能说 明生长素的极性运输。 26 题( 1) : a, 只答有氧呼吸或无氧呼吸。原因: 未真正掌握酵 母菌兼性呼吸型 的代谢特点, 基本知识掌握不够, 所以 答题不完整。 b, 使用生物术语不规范。 26 题( 2) : a, 错 答: 分 裂生 殖( 无丝分 裂、 有丝 分裂) 、 养生 营 殖。原因: 概 念混淆, 没有 掌握出芽生殖与分 裂生殖和 营养生殖的区别。 基本 知识掌握不够。 , 答: 无性生殖。 b 原因: 审题不严, 答题不够准确。 26 题( 3) : 本题难度为 0. 342, 多数考生答题不准确, 如答“ 有 氧呼吸” “ 、 生命活动” 新陈代谢” 和“ 等。原因: 不能很好 地提取题干中的 有效信息, 不 理解题意, 解决问题能力 欠缺。 3 思考 抓紧抓好基本知 识的学习, 基本技能的训练, 仍然 是以后高考复习的关键。 识是能力的载体, 能力的形 知 成和发展不能脱 离知识而凭空产生。但 题海战术是不 能适应现在高考的要求了。在扎实的基本功基础上, 要 注意培养学生知 识迁移和知识表达 ( 包括文字、 图表和 简易曲 线等) 能力, 要求 学生能 分析新 情境 下的问 题。 实验能力是一种综合能力。重视实验教学, 注重实验过 程的分析, 从中启发学生的创造性思维 。 ( BW )

生 物 学 通 报         2002 年第 37 卷第 3 期

  2. 实验步骤和结果 第 1 步 : 在 A 、 试管 中分别 加入等 量的草酸 钾溶 B 液和生理盐水。

2. 2 单因子变量 原则 即 控制其它因 素不变, 而只改 变其中一个因素, 观察其对实验结果的影响。如探索温 度 对酶 活 性的 影响 时, 只 能改 变 反 应的 温 度, 其 它如 酶的浓度就要完全一样。 pH 、 2. 3 平行重复原 则 在实 验设计中, 为了避 免实验结 果的偶 然性, 必须 对所做的 实验进行足 够次数的 重复, 不能只进行 1~2 次便得出结论。 2. 4 设立对照原 则 在实 验中, 为 了排除无 关条件的 干扰, 常常要设立对照。 如例中, 为了排除 Cl- 对实验结 果的干扰, 设立了 B 管; 为了肯定是血液 中的 Ca2+ 而不

  第 2 步: ……   问题: 设置 B 管的目的 。 分析: 1) 明确 目的 和要求  此 实验的 目的、 求是 验证 要 钙离子在血液凝固中的作用。 2) 联系 理论原理  此实验的原 理是 血液 中的钙 离子 在血 液凝固 过程 中起 重要作 用, 缺乏则 血液 不能 凝固; 草酸钾溶 液能与血液 中的钙离 子发生反应, 形 成草酸钙沉淀, 起抗凝作用。 3) 确定 实验思路  根据目的、 原理, 确定本 实验思 路: 观察血液中有 钙离子和 无钙离子 2 种情况下, 血液 的凝固情况, 以验证钙离子在血液凝固中的作用。 4) 设计 实验 步骤  根据 实验思 路, 结合 题中 所给 实验材料和用具, 设计实验步骤。注 意题中已给的第 1 步, 要意识到 A 管和 B 管是一组对照, 在将要设计的各 步骤中要注意有关事项, 如试剂用量、 控制条件。 本题设计步骤如下: 第 2 步: 用酒精棉消毒, 用注射器取家兔血液。 第 3 步 : 立即 将等量的 新鲜血 液分别 加入 A 、 两 B 试管中, 静置一段时间。 第 4 步 : 将等 量的氯化 钙溶液 分别加 入 A 、 两试 B 管中( 或只在 A 管中加入一定的氯化钙溶液) 。 5) 实验 结果的预 期、 分析 和讨论  完成一步后, 要 考 虑一下, 应 该出现 什么 结果, 即结 果的 预期; 对 探索 性的 实验 由于其 结果 不确 定, 就 要对 结果进 行分 析和 讨论。 本题中第 3 步后, A 管血不凝固, B 管凝固; 第 4 步 后, A 管血凝固, B 管仍凝固。 设置 B 管的目的是作为 A 管的对照。 2 原则 在 实验设 计时, 除了 要对 所设 计的 实验 有一 个整 体设想, 有一条清 晰的思路和 注意操作 的可行性外, 还 要注意以下基本原则: 2. 1 科 学原 则 指 在设 计实验 时必 须有充 分的 科学 依 据, 即 要以 前人的 实验、 式或自 己的 实验 为基 础, 公 而不是凭空设想。

是其它离子如 K + 、 a+ 的作用, 设计了第 4 步。 N 3 技巧 3. 1 器材的选择  在实验 设计中, 用具和器 材的选择 是十分重要的。必须根据实 验目的, 联系题目中给出实 验 器材的 作用, 准确 判断 和选 取实验 所需 的用具 和器 材, 不要多用 或少用。如果 题目中给出 实验器材, 必须 根据 实验目的进 行安排, 确定需要 什么。总之, 必须遵 循取材方便、 低耗高效的原则。 3. 2 实 验结 果的表 达和 处理  实验 结果 表达常 用的 方 法有文 字描 述、 表格、 坐标 曲线图 和绘 图等, 例 中所 用 的 是文字 描述。有 的实 验如“ 观察 植物 细胞有 丝分 裂” 就用绘 图表 示观 察 结果, “ 观察 根对 矿质 离子 的交 换吸附现象 ” 就可 以用 表格 来表 示根、 CaCl 2 溶液 和蒸 馏水颜色的变化, 如下:
颜色变化 液体 根的颜色 实验前 CaCl2 溶液 蒸馏水 实验后 溶液的颜色 实验前 实验后

  在 实验结果表达 中, 有 时要用到其 它学科的 方法, 使 实验结果得以明 朗化。如“ 观察植物 细胞有丝分 裂” 实 验中要 用化学 方法 —— 染色, “ 证明 D NA 是遗 传物 质” 实验中要用物理方法—— 同位素标记。 常 用的表 达、 处理 方法 要注 意归 纳, 如颜 色变 化: “ 观察根对 矿质 离子 的 交换 吸附 现象” 验, 还有 光合 实 作用 产物淀粉 的证明用碘 液, DN A 的鉴定; 有无沉 淀: 如证明 人体呼出的气 体含有较 多的二氧化 碳; 测 量法: 如“ 物 细胞 吸 水和 失 水” 验 中测 量 萝卜 的 长 度变 植 实 化; 同位素 标记 法: “ 合作用 产物 氧气中 氧的 来源” 光 , “ NA 的半保留复制” 。 D 总 之, 掌握方 法, 明确 原则, 积 累技 巧是 解好 实验 设计题的有力保证。 ( BW )

2002 年第 37 卷第 3 期         生 物 学 通 报

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