高三生物二轮专题复习资料.pdf
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1、专题一生物实验及设计基础一、包括必修和选修教材考试大纲规定的17个常规实验及实验设计的原则、方法与解题思路。分类生物实验设计新实验 整合输出素材教 材 实 表达验(17按实验对象结构层次和知识范按实验过程设计试题寻 肪 国 的原 理、器材、方法等获取的输出离子分子水平、亚细胞细胞水平、个体水平、种群水近分析结果、确定控制条件、预测结果、设识记层次、理解层次、综合应用答案原则(4个)科学性明确目的要求f联系基本原理f找出变量元素f设置实验对照f构思控制方法f选择实验器材f严格操作程序一捕获实验事实一分析实验结果一规范表述结论可行性简约性 分析实验、数据处理实脍一A观察、收 分析、集 数 据-推论
2、交流、写 实验报告假 预可重复性设 _ 期fE形 式般程序二、考纲提示实验能力是高考“考试说明”要求学生掌握的一项基本能力(设计和完成实验的能力)。此能力要求也包括两方面的内容:一是独立实验的能力(大纲归定学生实验和教师演示实验),即理解实验原理、目的、要求、材料、用具;掌握实验的步骤、控制实验条件、使用有关仪器、安全问题处理;观察现象、分析数据、得出结论;常规实验非常规做法。二是能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器,设计简单的实验方案并处相关的实验问题。(-)实验方法要素及处理要素关系的基本原则1.假设与假设验证原则实验的第一个要素:“假设”;第一项原则是“假设验证”原则。
3、第一个要素:假设第一项原则:假设验证原则假设:预期:验证:较概括的假定较具体的推断用事实证实或证伪科学实验遵循的程序准则:假设一一预期验证2.变量与单一变量原贝实验的第二个要素:“变量”;第二项原则是“单一变量”原则。第二个要素:变量第二项原则:单一变量原则实验变量(自变量)反应变量(因变量)实验目的在于操纵自变量,获取因变无关变量(控制变量)额外变量(干扰变量)实验关键在于控制无关变量,减少干扰变量一个实验变量对应观测一个反应变量。如A实验变量对应观测A反应变量,不可混入B反应变量。单一变量原则,有两层意思:一是确保“单一变量”的实验观测,即不论有几个实验变量,都应做到一个实验变量对应观测一
4、个反应变量;二是 确保“单一变量”的操作规范,即实施中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。3.控制与平稳控制原则通过实验控制,尽量消除实验误差,以取得较为精确的实验结果。实验的第三个要素是“控制”,第三项原则是“平衡控制”原则。第三个要素:控制第三项原则:平衡控制原则严格操纵控制实验变量与反应变量力求平衡抵消无关变量与额外变量单组法:对同一对象,既用A法,又用B法等组法:对象状况相等,甲用A法,乙用B法轮组法:甲组:A法一B法乙组:B法一A法5.捕获解释与真实客观原则实验的第五个要素是“捕获”和“解释”;第五项原则是“真实客观”原则。4.对照与实验对照原则实验的第四个要素是“对照”;第四项原
5、则是“实验才f照”原则。第四个要素:对照第四项原则:实验对照原则设置对照,进一步消除无关变量对实验结果的影响,以增加实验结果的可信度空白对照:指明不做任何实验处理的对照组。自身对照:实验与对照在同一对象上进行。条件对照:给实验组某种处理,给对照组另一条件的处理。相互对照:几个实验组相互对照。(二)实验设计的基本内容、三个原则、实例和备考策略1.实验设计的基本内容(1)实验名称 是关于一个什么内容的实验。第五个要素:捕获与解释第五项原则:真实客观原则捕获:捕捉、记录由实验变量而引起的反应变量的变化和结果,即捕获事实。解释:论证、说明实验变量与反应变量的因果关系,并推出结论,即解释事实。捕获解释事
6、实、现象、数据,一定要实事求是,客观真实,力戒主观臆造(2)实验目的(3)实验原理要探究或者验证的某一事实。进行实验依据的科学道理。(4)实验对象进行实验的主要对象。(5)实验条件根据实验原理确定仪器和设备;要细心思考实验的全过程。(6)实验方法与步骤行有效矫正。(7)实验测量与记录采用的方法及最佳操作程序。每一步必须是科学的;能及时对仪器、步骤进对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。(8)实验结果预测及分析 能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。(9)实验结论 对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。2.实验设计的实例分析“验证成熟植物细胞的渗透作用”实验设计实例:
7、I实验名称:观察马铃薯条的渗透吸水与渗透失水现象。II实验目的:验证成熟植物细胞的渗透作用。I I I实验原理:当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,植物细胞通过渗透作用失水;反之则吸水。IV实验对象:新鲜马铃薯条。V 实验条件:0.8 g/m L的蔗糖溶液、蒸偏水、大试管、有刻度的小烧杯、刀片、镜子等。VI实验设计的基本原则:对照、等量。VD实验方法与步骤:(1)制备3条长度、宽度、体积都相同的新鲜马铃薯条。(2)将其中的2条分别放入盛有等体积的蔗糖溶液与蒸储水的烧杯中,另1条放入加塞的空试管中。(3)2 h以后,通过比较的方法观察薯条的长度变化及蒸偏水、蔗糖溶液体积的变化。W实验结果预测分析:可
8、能出现的实验结果是:(1)放入蒸储水中的薯条长度增加,而放入蔗糖溶液中的薯条长度变小,且蔗糖溶液体积明显大于蒸储水体积。(2)放入蒸锵水中的薯条长度增加,而放入蔗糖溶液中的薯条长度不变,且蒸储水的体积小于蔗糖溶液体积。(3)放入蒸偏水中的薯条长度不变,而放入蔗糖溶液中的薯条长度变小,且蔗糖溶液体积大于蒸储水体积。(4)薯条的长度及溶液的体积都没有明显的变化。I X 实验测量与记录:将放入溶液中的薯条与试管中的薯条比较观察,并比较烧杯中溶液的体积:放入蒸储水中的薯条变长、放入蔗糖溶液中的薯条变短,且烧杯中蔗糖溶液的体积比蒸储水的体积大。X 实验结论:放入蔗糖溶液中的薯条渗透失水,放入蒸锵水中的薯
9、条渗透吸水。3.实验设计题的分类解析验证性实验的基本内容(1)实验题目(2)实验原理即完成实验所用的理论依据(3)目的要求通过实验要解决的问题(4)材料用具(5)方法步骤(为加强说服力,有时往往对实验要设立“实验组”和“对照组”。设计对照实验时切记:只有遵循“单一变量”原则,这样才有对照价值。补充实验步骤时,对每一步有必要先打腹稿然后下笔,并要编号清楚(如,表达清晰。)(6)实验结果(预测实验现象)验证性实验由于有明确的实验目的,预测的结果是科学的、合理的、惟一的。有实验(题目)中需要记录实验结果,这就要搞清楚记录什么?如何记录?用文字描述:略。表格的设计:要理清设计思路:I.首先要读懂题目要
10、求在表格“工作区”记录的内容。(题目中 有 明 确 的 要 求)I I.其次要明确表格的第一列写什么?第一行写什么?注意在第一列或第一行中肯定要写组别,即实验组和对照组(相互对照中组数可能更多)。山.再绘制表格(切记:表 格“工作区”是预留给所设计的实验中记录到的数据,而不是要学生造出数据来填入其中。因此只要设计完成一张空白表格即可。设计表格时,要先在草稿纸上画出表格轮廓,再写入答题纸中。)IV.表格设计好后,切勿忘记给表格添上题注(即表格名称)。坐标图的设计:要理清横轴的含义?纵轴的含义?纵横轴的单位?曲线的走势?关键点?分析实验结果;用书本理论分析实验结果。(7)实验结论联系实验目的得出结
11、论。结论是合理的、科学的、肯定的。不少结论是在实验要验证的内容中寻找。(8)讨论对实验操作的理论、具体细节等进行讨论。也可讨论与实验无直接关系但有一定联系的其他知识。注意:验证性实验中,实验目的、实验(或预测)结果和实验结论三者是一致的。结果是指通过实验所观察到的实验现象或通过实验直接得到的“成果”。验证性实验中,由于要验证的结论是肯定的,因此无实验假设。在验证实验中,如果实验记录作为题目条件已出现,那么就可得到肯定的实验结论。探究性实验的基本内容(1)实验课题 如试题需要学生写出实验课题,那对课题的文字描述大多渗透在题干的字里行间,仔细阅读便可领会。实验课题的格式有:X X X X X X
12、X X X X X研究“、X X X X X X X X X X X实验”“X X X X X X X X X X的影响”(2)实验原理完成实验所应用到的理论依据。有的是书本学到的理论知识,有的在题目中作为条件出现。(3)实验目的大多是写做了该实验后要解决的问题。(4)材料用具:包括实验材料、仪器、试剂等,有时省略。大多数试题是作为条件提供给学生。(5)实验假设 指用来说明某种现象但未经证实的论题,也就是对所提出问题所作出的参考答案。如果要学生写出来,请参阅实验课题的名称,但要比实验课题的名称在文字上写得更具体一些。(6)实验步骤的设计(即实验设计方案或曰实验设计思路)涉及到:实验设计思想器材
13、药品实验步骤(要体现单一变量对照原则)。故要设立“实验组”和“对照组”。设对照组时,只需明确写出单一变量内容,其余条件(无关变量,如培养条件等)用“其他条件与(甲)对照组相同”即可。观察记录(图表、曲线等。表格的设计要求同验证性实验)(7)实验预测及分析 探究性实验是对本不知道,现在需要知道的实验现象或结果进行探究。即使我们能用掌握的理论知识作出科学的、唯一的预测,但由于我们是作理论上的实验设计,因此实验预测应该是开放性的,即要写出所有可能出现的实验现象或结果。探究性实验不象验证性实验能得出一个肯定的结论,往往有几种预测结果,相应的就有几种可能的结论。(8)讨论讨论的是与实验直接有关的内容,也
14、可能是与该实验内容有关的其他知识。实验设计题的内容虽然较多,但在实际考试中由于种种原因,如试题考查内容、试卷长度等,内容往往是不完整的,主要由试题设计者来决定,选取其中主要部分对学生进行考查。4.实验设计的三个原则(1)对 照 性 原 则 一 科 学、合理的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。“实验组”与“对照组”确认一个实验通常分为实验组和对照组(控制组)。实验组是施加实验变量处理的被试组;对照组是不施加实验变量处理的对象组,两者对无关变量的影响是相等的,两组之间的差别,被认为是来自实验变量的结果,如2005年春季高考3题中为研究光对幼苗生长的影响时实验变量应为撤掉光照
15、,因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组,而自然状态(即来接受实验变量处理的小麦幼苗应为对照组,通过对照组能增强实验的信度。按照对照方式的不同可分为4种:空白对照:即不作任何实验处理的对照组。例如,在还原糖鉴定实验中留一部分样液不加入斐林试剂,以作对照。相互对照:即不设控制组,只在几个实验组之间相互对比。例如,在植物激素与向性的设计实验中,5个实验组的相互比较。在实验中要找出一个最佳效果点,就要采取相互对照进行实验。条件对照:即给对象施加某种实验处理,虽不是检验假设需要的,但更能充分说明实验变量的对照。例如,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;饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组;不
16、饲喂药剂的是空白对照组。自身对照:即实验与对照在同一对象上进行。例如,将过氧化氢酶加入过氧化氢溶液中证明酶是生物催化剂可催化过氧化氢水解,即自身对照,处理前的对象状况为对照组,处理后的对象变化为实验组。再如:在探究温度(或pH)对酶催化活性影响实验中温度(或pH)(0度、50度,100度)为条件对照。清水(软水)、河 水(硬水)对加酶洗衣粉影响中,清 水(软水)、河 水(硬水)为相互对照。用缺素营养液培养的出现缺素症状的植株加入某元素后恢复正常为自身对照。(2)等量性原则一一每次实验所加试剂的量要相等。(3)单因子变量的原则。实验变量剖析:在实验过程中变量是指可被操纵控制的在性质和数量上可以变
17、化的特定因素或条件,具体分析如下:实验变量与反应变量:a.实验变量是研究者主动操纵的条件和因子,是作用于实验对象的刺激变量(也称自变量),自变量须以实验目的和假设为依据,应具有可变性和可操作性。b.反 应 变 量(又称因变量),是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量,反应变量是研究是否成功的证据,应具可测性和客观性。c.二者关系:实验变量是原因,反应变量是结果,即具因果关系。无 关 变 量(控制变量)是指与研究目标无关,但却影响研究结果的变量,实验者应严格控制无关变量,否则实验结果的真实性无法得到认定、我们常在实验过程中强调“选取生长状况相同的幼苗”“数量大小相同的种子”“置于相同并适宜条件
18、下培养”“加入等量的清水”等均是为了控制无关变量对实验结果的干扰。【例题剖析】例如,生物课本内温度对酶活性影响的实验中:实验变量是低温(冰),适 温(60匕),高 温(沸水);酶的活性变化即反应变量;试管的洁净度,淀粉酶的稀释度,可溶性淀粉的浓度,碘液的量和浓度,温度处理时间,操作程序等是无关变量。实验中不论有几个实验变量,都应做到每个自变量对应一个因变量,此外还要做到操作规范。在实验设计、实施的全过程中,应严格操纵实验变量,严格控制无关变量,尽可能消除误差,获取较为精确的反应变量。5.备考策略归类总结,引导构建实验类型框架高中生物学实验常见类型和分类的依据参考表分类依据生物学实验类型实验的直
19、接目的探索性实验、验证性实验实验的作用对照实验、析因实验、(模拟实验)实验研究的质和量定性实验、定量实验(1)探索性实验和验证性实验概念特点联系探索性实验是 探 索 研 究对 象 的 未 知 属性、特征以及与其他因素的关系的实验方法。是对研究对象的不了解,或不完全了解,全凭实验 者 去“尝试”,所以,探索性实验也称“试验”,是一种开创性的研究。解题时,描述实验现象时是未知的,可不描述。实验结果预测是对应假设,分类讨论。无实验结论。两种类型在生物科学 研 究 的 过 程 中 往 往是不可分割的,在对研究对象的探索过程中,对未知的研究目标,必然要提出假设或猜想,并做出预期,只有通过验 证 性 实
20、验 来 证 明 假设的正确与否,才能得出科学的结论验证性实验是 验 证 某 一个理论是否正确的实验。当对研究对象有了一定的了解,并形成一定认识或提出某种假设时,就需要用实验来证明其正确与否。解题时,描述实验现象时是已知的,应准确描述。没有实验结果预测和分类讨论。对应实验目的做出肯定结论(2)比较实验比较实验是通过对照或比较来研究和揭示研究对象某种属性或某种原因的一种实验方法。这种实验要设置两个或两个以上的相似组样,一个是对照组,作为比较的标准;另一个是实验组,通过某种实验步骤,在两组之间判定实验组是否具有某种性质或影响。概念例对照比较实验是在两个相似组样中进行,其中一个是已经确定其高中生物平时
21、作的练习对照结果的事物,称 之 为“对照组”,让其自然发展,实验者对之不加干大多是对照比较实验。如实比较涉;另一组是未知的、需要研究的事物,称 其 为“实验组”。将实验验证明甲状腺激素能促进实验组中的未知因素同对照组的已知因素进行干预,以确定该因素的影响作用。小蝌蚪的发育。可以把对照比较实验模式为对照组A i A A-A n=M注 A为研究因素,M为实验结果。实验组A 1 A 2 A sA产M*鼠为干预因素,为干预后的结果(3)定性和定量实验定性实验定性实验是判断研究对象具有哪些性质,并判定某种物质的成分、结构或者鉴别某些因素之间是否具有某种关系的一种实验方法。一般来说是解决的是“有与无”和“
22、是与否”的问题。如植物生长素对植物的促进生长作用的证明。判断叶绿体中色素的种类和颜色。定 量 实验为了对研究对象的性质、组成及影响因素有更深入的认识,就必须探究它们之间的数量关系。证明生长素的量对植物的影响。P H 值与酶的活性的关系,植物的光合作用与环境的温度、C O z、光照强度等的关系,生物体内微量元素对生物代谢的影响,都有其相应的数学表达式或函数曲线图。(4)验证性实验和探究性实验有关内容的比较目的步骤假设预测结果结论验证性实验验证相同无结果惟一解题前已知有惟一肯定的结论探究性实验探究有结果多种解题前后都未知几种预测就有几种结论当然,涉及到具体的实验题时,一般不会面面俱到,也就是以上各
23、项实验要求不会在试题中全部出现,即在题中仅出现其中的部分要求,因此解题时需具体情况具体分析。(三)实验设计题的应试技巧解答实验设计题的思路1.明确实验目的 弄清该题要验证或探究的是什么样的生物学事实。一般在题干中有“验证”、证明、:探究”,其后内容就是实验的口的。I 例题W为了验证甲状腺激素的生理作用,试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标,根据给出的实验材料和用具,设计实验步骤,预测实验结果,并作出分析。(1)材料和用具:日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠两组,甲状腺激素溶液,蒸镭水,灌胃器,耗氧量测定装置,小动物活动测定仪等。(实验提示:给药途径为每日灌胃,给药剂量和仪器操作不作考试要求,室温
24、恒定。)(2)方法与步骤:o(3)结果预测与分析:.解析(接上例)此实验目的就是题干中“为了验证甲状腺激素的生理作用”这 句“验证”后面的内容,即“验证甲状腺激素的生理作用2 .分 析 实 验 原 理 就是完成该实验的理论依据是什么?这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法,以及所依据的科学科学原理。另外提供的实验仪器的使用方法和原理也是应考虑在内。此过程要求学生利用储备知识独立分析、运用。解析 接上例:实验原理是甲状腺激素的生理作用,即加速物质的氧化分解,耗氧量增加,提高神经系统的兴奋性,使活动量增加。3 .独立设计实验 根据题目给出的材料、用具(一般情况下要用全所给的材料用
25、具),实验设计应从三个方面入手,即实验设计尾 步 曲 i:编组标号。研究对象、器皿等要编组标号,设立实验组和对照组;实验处理。分别对实验组和对照组施加单一叁毒;实验处理要遵循“单 变 量,对照原则”。单 变 量,就是对实验结果有关键影响的单一因素;对照原则,就是要有正反两个方面的实验。即在实验中设置对照组,与实验组进行比较,以显示实验的效果,增强实验结果的可信度和说服力。常见的对照方法有以下几种:类型设置对照实验实 例空白对照不给对照组以任何处理“动物激素饲喂小动物的实验”中,3号缸不加药自身对照实验组和对照组都在同一实验对象上进行植物细胞质壁分离和复原实验,在同一装片中先后进行条件对照给对照
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