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论文整理之一: 生物实验设计与评价  

2010-10-10 12:14:30|  分类: 发表论文 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文发表于《中国教育报》2002年12月4日第6版http://www.jyb.cn/gb/jybzt/2002zt/kssx/197.htm

生物实验设计与评价
陆敏刚

  生物科学是一门实验科学,因此生物实验一直是生物学高考必出的内容。从近几年的实验题在高考中的题型变化来看,借助实验方法创设新情境,侧重考查学生对实验进行解释和分析的能力已成为命题趋向,其中设计型实验题更是热点。
  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。它包括设计实验方案、设计实验步骤、设计实验改进方法等。
  实验设计,主要考查学生是否理解实验原理,是否具有灵活运用实验知识的能力,是否具有在不同情境下迁移知识的能力。
  一、实验设计的四个原则
  1.对照性原则:
  在实验设计中,通常设置对照组,通过干预或控制研究对象以消除或减少实验误差,鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。
  实验设计中可采用的对照方法很多,除了有阳性对照、标准对照、自身对照、相互对照之外,通常采用空白对照的原则:即不给对照组以任何处理因素。值得强调的是,不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的,实际上对对照组还是要做一定的处理,只是不加实验组的处理因素。
  2.随机性原则:
  实验设计中的随机化原则,是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于:一是可以消除或减少系统误差,使显著性测验有意义;二是平衡各种条件,避免实验结果中的偏差。
  3.平行重复原则:
  平行重复原则,即控制某种因素的变化幅度,在同样条件下重复实验,观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复,这是具有科学性的标志。上述随机性原则虽然要求随机抽取样本,这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差,但不能消除它的全部影响。平行重复的原则就是为解决这个问题而提出的。
  4.单因子变量原则:
  单因子变量原则,即控制其他因素不变,只改变其中某一变量,观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外,其他实验条件要求做到前后一致。
  二、实验设计的基本方法
  1.了解题目要求:
  解题首先要明确题意,只有明确题意才能方向明确,少走弯路。看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果。
  2.明确实验目的原理:
  明确实验到底要解决什么问题,要用到生物学上什么原理。
  3.确定实验思路:
  就是根据原理对实验作出假设,并对可能产生的现象作出预期,并充分利用实验材料设计实验思路。
  4.设计实验步骤:
  根据上述实验目的、原理和思路,设计出合理的实验装置和实验操作步骤。要思考题目中所给出的实验材料和试剂分别起什么作用?怎样运用?要注意:一是题目中给出的实验试剂和材料一般应充分利用;二是除非题目条件允许,否则不能自己随意增加实验试剂和材料。由于实验设计是一种开放性试题,可能存在多种实验步骤,但一般应遵循以下几个要求:简便性、可行性、安全性和精确性。
  5.记录实验现象和数据:
  在实验中将观察到的现象如实、准确地记录下来。除了用文字进行记录外,还可以用数据或符号进行记录。
  6.分析得出结论:
  根据实验观察的现象和记录的数据,通过分析、计算、图表、推理等处理,归纳出一般概括性判断,并用文字、图表、绘图等方法作一个简明的总结。
  以上只是解答一般综合实验设计题的一般思考方法。在解题过程中,应根据实验设计题的具体情况和要求,作出正确的回答。
  三、实验设计题型类析
  1.设计实验方案:
  题目给出实验目的及一些附加条件,让学生设计实验方案,写出实验原理,解答这类题首先要根据题目的要求和给出的条件,确定和书本相关的知识点及实验原理,构思相关的生物情境,然后再设计便于操作的实验方案。
  例1 设计一个于室外空旷处进行的,在不用任何药剂、装置合乎触及幼苗的情况下,使幼嫩植株长成如图示形态的实验方案,并说明实验原理。
  (1)实验方案
  (2)实验设计原理
  解析:这是来源于生活中的习题,可采用的方法很多,如利用向光性生长等,但题目作了许多限制,因此根据生活常识可设计为将正常生长的植株花盆侧放在地上,待其弯向上方生长后,再摆正花盆。其原理为利用茎的背地性生长的特性。
  2.设计实验步骤:
  根据题目要求给定的器材以及实验提出的目的,设计或补全实验步骤。这类题目体现了高考试题理论联系实际的原则和学以致用的趋向。要求教学中要强化实验,培养学生“根据实验试题的要求和有关原理设计出简单实验方法”的能力,以及“通过分析和综合、比较和论证,选择解决问题的最佳方案的评价能力”。
  例2 现提供新鲜柑桔60个,塑料桶(篮)数个,松树针叶适量,蒸馏水、清水、无色透明保鲜袋若干,医用APC(保鲜剂)、温湿计、台式天平、量筒、空调机等。请你设计一个实验方案,在室温24℃的条件下,研究松树针叶是否有保鲜作用。
  解析:
  (1)将柑桔分成甲、乙、丙三等份,称好每份的重量。
  (2)分组处理。
  甲组:不经任何处理,用一塑料桶(篮)把一份柑桔装好,放在室内桌架上。
  乙组:在一塑料桶(篮)底铺上适量的松树针叶,放上一层柑桔再铺上一层针叶,如此重复直至把一份柑桔放完,上面再用松针叶覆盖好,放室内保存。
  丙组:用适量医用APC(保鲜剂)溶解于蒸馏水配成一定浓度的溶液,把一份柑桔放入浸泡适当的时间。取出后晾干水分,用保鲜袋包装好放塑料桶(篮)中保存。
  (3)观察与记录。利用空调机将室温调节为24℃,定时观察各组出现斑点和软腐的情况,做好详细的记录。试验进行到柑桔完全失去食用价值时结束。
  (4)实验结果分析。在三组处理中,只要乙组的柑桔保鲜期优胜于甲组,说明松树针叶有保鲜作用,而乙组的保鲜期接近、相等或优于丙组,则说明松树针叶有良好的保鲜作用。
  3.设计实验改进方法:
  此类试题主要考查学生对实验设计的严密性和科学性,并以此为媒介,引导解决问题的最佳方法,进一步培养学生的科学素质和科学能力。
  例3 引起50%左右细胞发生初始质壁分离的浓度,我们称之为细胞液的等渗浓度。为了测定洋葱表皮细胞的等渗浓度,有人把剪成小块的洋葱表皮细胞分别(等量)依次放入下面各组溶液中,并记录结果如表(1):
  (1)该洋葱表皮细胞的等渗浓度为多少?
  (2)如果再给你4组实验材料,请设计出可以更精确地测出细胞等渗浓度的方法。
  解析:这类试题并不单纯以实验能力为考查目的,而是以实验作为问题情境,考查学生的综合分析能力。根据题设条件可知该洋葱表皮细胞的等渗浓度为0.5-0.6mol/L之间。如何设计一个更加精确的测定方法,从题中的设计思路推知,可采用缩小各组蔗糖溶液的浓度梯度加以测定。因此可分别配置浓度为0.52mol/L、0.54mol/L、0.56mol/L、0.58mol/L的4组蔗糖溶液进行类似实验。或先配置浓度为0.55mol/L的蔗糖溶液进行实验,如果发生初始质壁分离的超过50%,则再配置0.53mol/L的蔗糖溶液,如果没有达到50%,则再配置0.58mol/L的蔗糖溶液。依次类推,先后进行4次实验。
  4.综合实验设计型:
  这类试题完全为开放性试题,其条件、方法和方案均具有不确定性。要求根据题型要求自行设计。
  例4 某地种、养殖品种及生产的某些因素如表(2)。请依生态学原理,选择种、养殖生物各两种,设计一个良性循环的生态系统(以物质循环示意图方式展示,如有必要请做简要说明)。
  解析:本题要求学生运用生态学知识,根据生态平衡原理,设计一个良性循环的生态系统,其条件、方法和方案具有不确定性。其要点是做到投入少、产量高,要有效避免或减轻环境污染,要以生物能转化的废弃物循环利用为基准点。根据题设要求,种植和养殖可随意选取两种,同时可考虑设置沼气池将秸秆和粪便入沼气池发酵产生沼气,供家庭生活使用。沼渣供植物作肥料,植物草茎可作为养殖动物的饲料。施肥要求用农家肥,防止环境污染不用化肥。同样为避免环境污染,治理虫害不用农药,而采取生物防治方法,甚至可采用转基因技术,将抗虫基因导入农作物体内,从而具备抗虫功能。
  其参考设计方法如图(3)所示:
  说明:可用性引诱剂、害虫天敌等生物防治方法防治害虫。
  《中国教育报》2002年12月4日第6版

       

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