高中生物實驗設計誤區(qū)分析
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誤區(qū)一：實驗目的不明確。例1鑒別兩種不同濃度的蔗糖液，一瓶30%的蔗糖液，一瓶10%的蔗糖液，半透膜制成的透析袋1個，刻度玻璃管1支，細線1根，鐵架臺1個，250ml的燒杯1個。錯誤設計：把10%的蔗糖液倒入燒杯中，把30%的蔗糖液倒入透析袋中，同時把刻度玻璃管插入透析袋中的蔗糖液里，并用細線扎緊透析袋口和刻度玻璃管，垂直吊在鐵架臺的支架上，記下袋中液面在刻度管上的位置。靜置一會兒，可以發(fā)現(xiàn)，透析袋中的液面上升了，證明水分子通過半透膜由燒杯進入到了透析袋中?！惧e誤剖析】可見，該生對本實驗的目的根本不明確。本實驗的目的不是證明水分是否穿過半透膜。正確設計：把一瓶蔗糖液倒入燒杯中，另一瓶倒入透析袋中，同時把刻度玻璃管插入透析袋中，用細線扎緊透析袋口和刻度玻璃管，然后把透析袋放入燒杯中垂直吊在支架上，記下此時透析袋中液面的位置。靜置一會兒，若袋中液面上升，則袋中為30%的蔗糖液，杯中為10%的蔗糖液；反之，則袋中為10%的蔗糖液，杯中為30%的蔗糖液。誤區(qū)二：實驗原理不明確。有時，雖然實驗目的相同，但實驗條件不同，這時就應依據(jù)不同的實驗原理達到同一實驗目的，即殊途同歸。例2已知小麥高稈（D）對矮稈（d）顯性，抗銹?。═）對不抗銹?。ǎ﹖顯性，兩對基因獨立遺傳。現(xiàn)手頭只有兩個純系小麥品種：高稈抗銹病小麥和矮稈不抗銹病小麥，請你設計一個實驗方案選育出矮桿抗銹病小麥品系。根據(jù)實驗條件和要求，應當選用雜交育種的方法，實驗原理是基因重組。正確設計：讓高稈抗銹病小麥和矮稈不抗銹病小麥雜交得F1，F(xiàn)1自交得F2，在F2中選出矮桿抗銹病個體，再自交……直至自交后代全為矮抗個體，不再出現(xiàn)性狀分離為止，這樣的個體就是所要選育的純系矮桿抗銹病品種。例3假設在前面的條件基礎上，還提供必要的化學藥劑和技術手段，要求在最短時間內(nèi)選育出矮桿抗銹病小麥品系。試題分析：這時還用雜交育種的方法顯然不行，因為雜交育種需要的時間太長，因此，只能采取單倍體育種的方法，其原理是染色體變異。正確設計：讓高抗小麥與矮不抗小麥雜交得F1，去F1花藥離體培養(yǎng)得單倍體幼苗，再用秋水仙素處理幼苗后得到的矮抗植株即是。除要明確實驗目的、實驗原理外，一個完整的實驗設計還應包括：實驗的材料和用具、實驗步驟和對照四個方面，稱為“實驗四要素”。在生物實驗設計中，還有一類重要的實驗———對照實驗。誤區(qū)三：作為對照的對象不明或選擇不當。例4探究甲狀腺激素對動物生長發(fā)育的影響：15只同種同時孵化的小蝌蚪，3只相同的玻璃缸，晾曬過的自來水，新鮮水草，飯粒，滴管，培養(yǎng)皿蓋，坐標紙，小網(wǎng)，甲狀腺素，甲狀腺素抑制劑，蒸餾水。提示：將15只蝌蚪分為三組，每組各5只，分別在甲、乙、丙3只玻璃缸中喂養(yǎng)，進行相互對照，3只玻璃缸中還要加入等量的自來水、水草、飯粒，再向甲、乙、丙中依次滴入等量的甲狀腺素、甲狀腺素抑制劑、蒸餾水。加入甲狀腺素抑制劑是為了起條件對照作用，加入等量的蒸餾水起空白對照作用。結果，加入蒸餾水的正常生長發(fā)育，加入甲狀腺素的加快生長發(fā)育，加入甲狀腺素抑制劑的則生長發(fā)育延緩。以上三個誤區(qū)，學生在生物實驗中要對癥下藥加以克服，才能從實驗設計的誤區(qū)中走出來，取得更好的成績。
二、高中生物實驗設計的能力要求
1.明確實驗目的
實驗設計題一般都開宗明義，告訴要探究或驗證的具體事實。學生根據(jù)這些能聯(lián)系實驗所涉及的知識點，明確不同類型知識體系的實驗具有諸多的不同因素，這是正確設計實驗方案的基礎。
2.理解實驗原理
實驗原理是設計實驗的理論依據(jù)，理解實驗原理是設計好實驗的關鍵。滲透吸水的原理，光合作用、呼吸作用的原理，生長素的二重性，植物的向性，生物的遺傳規(guī)律等，都是設計實驗的理論依據(jù)。
3.把握實驗設計的基本原則
在已知實驗題目后進行實驗設計時，除了要對所設計的實驗有一個整體設想，有一條清晰的思路和操作的可行性外，還需要注意以下基本原則。
（1）科學性和嚴謹性?？茖W性，是指在設計實驗時必須有充分的科學依據(jù)，這就要求設計時要以前人的實驗、公式、理論或自己的實驗為基礎，而不是憑空設想。嚴謹性，欲使實驗題中的問題回答得無懈可擊，必須要注意實驗設計的嚴謹性，如在某些實驗中要設計對照實驗。
（2）實驗條件的一致性和可重復性。實驗條件的一致性，在實驗中除要設計的變量外，其他各項實驗條件必須保持前后一致，不能在實驗中隨意變動。可重復性，指一個實驗不能只看一次的結果，必須有足夠的實驗次數(shù)，才能判斷結果的可靠性。
4.熟悉實驗所需的材料、器具和藥品
設計性實驗中，材料和器具的選擇是十分重要的，它由具體的實驗決定。不管命題者是否提供了實驗所需的器材、器具，都要結合實驗原理，對所需器材的性能及使用范圍進行綜合考慮，才能準確判斷實驗所需的器具、材料和藥品。
5.實驗步驟實施中處理問題的能力
盡管在步驟實施前對實驗有一整體的設想和思路，但高考題中的實驗考生以前不一定接觸過，只能依自己的主觀判斷，憑掌握的現(xiàn)成知識進行實驗行為，因此考生在具體的步驟設計中難免出現(xiàn)這樣或那樣的問題。這就要求考生不但要掌握一般實驗的基本操作技能，還要求學生能樹立新的實驗觀念，不斷總結實驗方法，充分挖掘可行的實驗因素，從而解決所遇到的問題，保證所設計的實驗步驟的嚴密性、思維的完整性。
6.正確預見和準確表達實驗結果
能正確預見所設計實驗的結果，并能用醒目的化學方程式、精確的圖表、簡練的語言文字等方式，準確表達自己的實驗結果及相關的結果分析。當然，針對某一個設計性實驗，其能力要求不一定都要涵蓋以上六個方面，可以只側(cè)重于其中的幾個方面。例5現(xiàn)有如下材料：3支試管（編號分別是A，B，C）、淀粉、碘液以及將溫度控制在37℃，0℃和100℃的3個水浴鍋。根據(jù)以上提供的材料和條件，寫出實驗的步驟3及其以后的實驗步驟，以證明溫度對酶的催化活性的影響。實驗步驟：步驟1：制備5ml淀粉溶液并冷卻至常溫。步驟2：收取唾液若干。步驟3：……解析：本題同樣涉及實驗設計，但給出了具體的材料及條件，要求設計實驗的操作步驟，并預期結果，分析原因。本實驗的原理是：溫度能影響酶的活性。實驗條件分別給出了3組不同的溫度，所給的試管也是3支，因此在設計對照實驗時顯然該設計為3組實驗，利用好溫度分別為37℃，0℃和100℃的環(huán)境條件，這一設計并不困難。參考實驗步驟：步驟3：取3支試管各加入2ml可溶性淀粉。步驟4：將A，B，C這3支試管分別放置于37℃，0℃和100℃的3個水浴鍋中，維持100min。步驟5：各加入1ml新鮮唾液，搖勻后，保持各自溫度10min。步驟6：各加入1滴碘液檢驗，觀察溶液顏色變化。
作者：張其珍 王海瑋 單位：南京師范大學第二附屬高級中學 江蘇儀征教育局教研室