(浙江专用)高考生物二轮复习 专题七 实验与探究 第16讲 实验设计与评价课件-人教版高三全册生物课件.pptx
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1、第16讲实验设计与评价专题七实验与探究内容索引梳理核心要点热点考向探究01梳理核心要点SHU LI HE XIN YAO DIAN一、生物学实验的设计1.生物学实验探究的一般程序科学探究的一般过程可简单地用下图表示:(1)提出问题,确定实验课题:所谓实验课题的选定,就是实验者首先要确定一个有一定价值的研究课题,明确通过实验要解决什么问题。(2)作出假设:“假设”也称假说或猜测,是指用来说明某种现象但未经证实的论题,也是对所提出的问题作出的参考答案,即依据发现的事实材料或科学原理,通过创造性思维,提出初步假设。(3)设计实验方案:设计一个实验来检验假说,在计划中应该写明详细的实验步骤,以及在实验
2、中要进行哪些观察和测量。设计实验方案是实验探究的最基本环节。(4)预期结果:在实验设计方案确定以后、实验正式实施之前,根据假说和原理,对实验可能出现的结果进行预测,依据提出的假说进行推理,得出假定性结果或推论,即“如果假设成立,则应有何种结果”。(5)分析数据:实验结束时要对数据进行分析,看是否存在什么规律或趋势,它们能不能支持假说,它们是否指出了实验中存在的缺陷,是否需要收集更多的数据。(6)得出结论:在下结论的时候,确定收集的数据是否支持原先的假说。通常需要重复多次实验才能得出最后的结论。结论的得出必须依据实验结果,若出现的结果与预期结果一致,则得出与先前的假说一致的结论即“假说成立”;若
3、实验出现的结果与预期结果不符,则得出的结论应为“假说不成立”。2.实验设计的要求3.实验设计的一般步骤实验步骤应用简洁科学的语言叙述,一般叙述如下:(1)分组编号:根据实验要求选择合适的材料和器材,选材应保持条件相同(如:日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠)。将实验分为实验组和对照组,可以分两组,也可以分若干组,每组进行明确的标记,如用甲、乙、丙,或者是A、B、C,或者是1、2、3,便于实验的观察、统计、比较和叙述。常用语言模板:将培养瓶平均分为3组,编号为A、B、C。分别向三组培养瓶中加入等量的细胞悬浮液和等量的培养液,在相同且适宜的条件下培养,分别用血细胞计数板测定各组的细胞数;取两支试管
4、,分别编号为甲、乙,各加入等量的某溶液;选择年龄、体重(性别)、健康状况相同的某种动物随机等量分组,分别编号为1、2、3等。选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组,分别编号为A、B、C等。(2)对照处理:根据实验的要求分别对实验组和对照组进行处理,除自变量外,对实验组和对照组的培养、饲养等条件应相同,即控制无关变量。要注意能体现“单一变量”词语的准确使用,例如使用“等量”“相同”“适宜”等词语。(3)培养(或饲养)、观察、记录:对于植物实验和某些动物实验,分别进行实验处理后,要进行一段时间的培养才能出现结果。而有些实验进行实验处理之后,在短时间内(12h)就可以观察出现的现象。要仔细观察
5、实验组与对照组出现的差异,记录实验现象和实验数据。4.实验设计的原则(1)对照性原则科学、合理地设置对照可以使实验方案简洁明了,且使实验结论更有说服力。一个实验通常分为实验组和对照组。实验组是施加自变量处理的对象组,对照组是不施加自变量处理的对象组,无关变量对两者的影响是相同的,两组之间的差别被认为是来自自变量的影响,按照对照方式的不同可分为4种类型:对照类型定义实例空白对照不做任何实验处理的对照组如在还原糖检测实验中留一部分样液不加入本尼迪特试剂,以作对照相互对照不设对照组,只在几个实验组之间相互对比如在植物激素的实验设计中,不同浓度之间相互比较条件对照给实验对象施加某种实验处理,虽不是检验
6、假设需要的,但更能充分说明自变量的对照如在用动物激素饲喂小动物的实验方案中,饲喂甲状腺激素的为实验组;饲喂甲状腺激素抑制剂的是条件对照组;不饲喂药剂的是空白对照组自身对照实验与对照在同一对象上进行如质壁分离及质壁分离复原实验(2)等量性原则对照实验设置的正确与否,关键就在于如何尽量去保证“其他条件的完全相同”。具体有如下四个方面:生物材料要相同所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面的特点要尽量相同或至少大致相同实验器具要相同试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号要完全一样实验试剂要相同 试剂的成分、浓度、体积要相同,尤其要注意体积上等量的问题处理方法要相同如保温或冷却、
7、光照或黑暗、搅拌或振荡都要一致(3)单一变量原则在实验设计中仅仅改变实验中的某一项变量,其他因素不变,在此条件下,观察、研究该变量对实验材料和实验结果的影响,除了整个实验过程中欲处理的实验因素外,其他实验条件要做到前后一致。(4)可重复性原则:指的是控制某种因素变化幅度,在同样条件下重复实验,观察其对实验结果影响的程度。目的在于尽可能减小非处理因素所造成的实验误差,体现实验的科学性。(5)简约性和可行性原则:指实验材料容易获得,实验装置简化,实验药品便宜,实验操作简便,实验效果明显,并能在较短时间内完成(用药少,步骤少,时间短)。从实验目的、实验原理到材料用品的选择、实验操作等,都要符合实验者
8、的一般认知水平,满足现有的条件,具有实验和完成实验的可行性。(6)科学性原则:指实验目的要明确,实验原理要正确,实验材料和实验手段的选择要恰当,整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学的基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。二、探究性实验与验证性实验的比较1.区别项目探究性实验验证性实验概念指实验者在不知实验结果的前提下,通过自己进行实验、探索、分析、研究得出结论,从而形成科学概念的一种认知活动指实验者针对已知的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验实验目的探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系验证已知对象的已知属性、特
9、征以及与其他因素的关系实验假设假设一般采用“如果A,则B”的形式表达,是根据现有的科学理论、事实,对所要研究的对象设想出一种或几种可能性的答案和解释因结论是已知的,故不存在假设问题实验现象未知已知实验结果预测对应假设,分类讨论:实验组与对照组无显著差异,实验变量无影响;实验组比对照组好,实验变量有利;实验组比对照组差,实验变量不利(如果是相互对照,也分类讨论)根据实验原理确定已知实验结果,并对实验结果进行准确描述实验结论根据可能的实验结果,进行分析对应实验目的作出肯定结论2.举例项目探究性实验验证性实验实验名称鉴定某人是否出现糖尿验证某糖尿病患者尿液中含葡萄糖实验原理相同(本尼迪特试剂与可溶性
10、还原糖,在热水浴加热的条件下相互作用出现红黄色沉淀)实验步骤相同(取尿液后加本尼迪特试剂热水浴加热,观察实验现象)实验现象出现或不出现红黄色沉淀出现红黄色沉淀预期实验结果出现或不出现红黄色沉淀出现红黄色沉淀实验结论若出现红黄色沉淀,证明此人出现糖尿;若不出现红黄色沉淀,证明此人不出现糖尿糖尿病患者尿液中含葡萄糖03热点考向探究RE DIAN KAO XIANG TAN JIU考向一考查实验目的、实验原理的书写1.某生物兴趣小组做了一系列的实验后,得到的结果如图所示。123456789 10 11实验目的是:_。探究光照时间、赤霉素和赤霉素合成抑制剂对某种植物茎伸长的影响自变量:_因变量:_实验
11、目的:_。2.如图装置表示3株脱淀粉(经充分“饥饿”处理)的长势相同的同种植株放在透光的不同钟罩内,完善下面图解,体验分析思路:123456789 10 11CO2浓度光合速率探究CO2浓度与光合速率的关系1.书写实验目的(1)单自变量双(多)因变量实验目的的书写书写模式:实验性质(探究或验证)自变量对研究对象因变量1和因变量2的作用(影响或效果等)。(2)获得自变量、观察指标和因变量的方法策略随自变量的变化而变化的量称为因变量。如在“缺氮完全培养液培养大豆幼苗”的实验中,大豆幼苗的生长状况就是因变量。特别要注意因变量和观察指标的区别,因变量是由于自变量的改变而引起的变化,这种变化有时不是直接
12、能观察到的,因此要有一定的观测数据。如“探究pH对过氧化氢酶活性的影响”实验中,自变量是123456789 10 11模型构建不同的pH,因变量是酶的活性,但是酶的活性不是直接能观察到的,要通过气泡释放速率来衡量。这时的气泡释放速率是观察指标而不是因变量。若自变量和因变量是唯一的,则可直接利用两者的因果关系来判断。当有多个自变量或因变量时,运用“分解目的法”。有些实验题的自变量或因变量从实验目的的角度分析,初看不止一个,较难确定,可以用“分解目的法”来确定实验的自变量和因变量。如“请根据以下提供的实验材料,完善验证生物制剂W对动物不同细胞(正常体细胞和癌细胞)的分裂具有促进作用的实验思路”,可
13、以将实验目的分解为两个小目的:验证生物制剂W对动物正常体细胞的分裂具有促进作用;验证生物制剂W对动物癌细胞的分裂具有促进作用。由此得出该实验的自变量为生物制剂W的有无、细胞的种类,因变量有两个,分别为正常体细胞的分裂情况和癌细胞的分裂情况。123456789 10 11(3)观察指标与因变量的转换策略因变量不能直接观察或不易检测时就要选定相应的容易观察或易于测量的观察指标。若在实验步骤或图表中找到两个观察指标,则需要根据生物教材所学内容分别转换成两个因变量。(4)双(多)自变量单因变量实验目的的书写书写模式:实验性质(探究或验证)自变量1、自变量2(和自变量3)对研究对象因变量的作用(影响或效
14、果等)。获取双(多)自变量的常见方法。从实验步骤中获取,根据实验步骤中的描述提取出创设的自变量。从实验结论中获取,实验结论往往体现实验目的,也就能从中提取出实验的自变量。从实验给出的曲线、图表等信息中提取出自变量。123456789 10 112.书写实验原理(1)题型特点:此类题目通常提供实验方案、步骤或实验结果,要求学生定性探究(验证)实验变量的作用,并分析实验方案、步骤和结果,从而理解实验原理。(2)实验原理解读及书写实验原理是在实验结果(现象)与实验结论之间架起的一座“桥梁”,建立实验操作和实验结果的理论联系,实验原理一般应包含三部分内容。自变量和因变量的关系因变量的观测指标实验具体过
15、程描述。自变量的作用原理,即“为什么这么做”,要密切关注实验目的及题干信息,注意充分利用题干的提示或联系教材基础知识进行准确描述。因变量的检测原理(或操作原理、现象原理),即“为什么出现这样的现象”,可参考题中相关实验步骤进行分析。123456789 10 11考向二考查实验步骤的书写与分析纠错3.轮状病毒(RV)是引起婴幼儿腹泻的主要病原体之一,其主要感染小肠上皮细胞,从而造成细胞损伤,引起腹泻。有专家指出物质X可以预防轮状病毒感染。为了验证物质X的作用,研究者计划用新生小白鼠做实验。实验材料:生长发育状况相同的出生3天的健康小白鼠30只(实验前各小鼠粪便轮状病毒检测为阴性),RV(来源于R
16、V流行高峰期腹泻患儿)。(注:给药方式和给药剂量不作具体要求。)完善实验思路:(1)_,分别编号为甲、乙、丙。123456789 10 11取生长发育状况相同的出生3天的健康小白鼠30只,随机分成数量相等的三组(2)_;乙组和丙组每只小白鼠注射等量的生理盐水。(3)将甲、乙、丙三组小白鼠置于相同且适宜的条件下饲养。一段时间后,_,丙组不做处理。(4)将甲、乙、丙三组小白鼠置于相同且适宜的条件下饲养。一段时间后,观察并记录小白鼠的患病情况,统计并分析各组小白鼠的患病率。123456789 10 11分别给甲组每只小白鼠注射适量且等量的物质X给甲、乙两组小白鼠注射适量且等量的轮状病毒(RV)4.某
17、同学进行了温度对酶活性影响的研究,设计了以下实验。实验步骤:(1)取三支试管,分别加入质量分数为3%的可溶性淀粉溶液。另取三支试管,分别注入新鲜-淀粉酶溶液。(2)将装有淀粉溶液和酶溶液的试管分成三组分别放入100、37的水中和冰块中,维持各自的温度5min。分别将酶溶液注入相同温度下的淀粉溶液中,两支试管中的pH6.8,第三支试管中的pH4,摇匀后维持各自温度5min。(3)在三支试管中各滴一滴碘碘化钾溶液,并摇匀。观察记录:(略)。结论:温度过高或过低都会影响酶的活性。123456789 10 11请回答:(1)该实验能否得出上述实验结论?_。(2)指出步骤中的不正确之处,并在此基础上加以
18、纠正或补充相应的内容。_。123456789 10 11不能试管上没有做标记,应用字母或数字进行标记。步骤(1)中,加入试管中的两种溶液应有量的描述,补充“3%的可溶性淀粉溶液2mL,新鲜的-淀粉酶溶液1mL”。步骤(2)中没有设置最适温度,应把37改为60。未遵循单一变量原则,酸碱度应一致,pH应都为6.81.实验步骤的分析填空此类题目通常给出实验目的和实验原理,并且提供不完整的实验方案、步骤,要求学生结合实验目的和实验原理,补充完善实验方案、步骤。123456789 10 11模型构建(1)实验步骤与实验思路的区别:实验步骤操作性强,而实验思路概括性强。(2)实验设计的思路实验设计往往是解
19、答实验题的难点,但只要理清思路,找准方法和突破口,也能化难为易。实验的设计可遵循以下思路和方法进行。首先确定实验目的,并对其去粗取精,提炼要点,确定是验证性实验还是探究性实验。运用所学知识,找准实验原理,并要做到对原理理解透彻。理解实验原理对实验设计有重要作用,每一个生物实验材料的选择、实验装置的确定、实验步骤和实验方法的安排都不是随意的、盲目的,而是由其实验原理作为依据的。实验现象和实验结果的预期也是依据实验原理而作出的。根据实验原理,对照实验目的,通过初步分析,确认实验变量。在头脑中搜寻教材上或曾做过的实验模型,初步形成操控变量的方法(即大致方案),实验设计大多与单一变量和对照实验有关。1
20、23456789 10 11结合实验所给的条件,选取适当的方法(简便性原则),开始草拟具体步骤方案,设计具体步骤后,通过对实验结果(现象)的判断,综合分析,得出实验结论。回归检验看看自己的实验是否遵循科学性原则,紧扣实验原理来进行分析;是否有遗漏的地方;是否还有其他可能性存在,即检验实验的严密性、科学性。实验设计的检验过程最终应该对照实验原理,回归实验目的。实验设计中反应变量的确定和控制生物实验设计中,因变量的确非常重要,因为任何一个科学实验的结论都是从因变量所表现出的数量、质量或状态的事实中推导或分析出来的。123456789 10 11步骤及操作错误分析主要有以下几种情况:某个实验步骤遗漏
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