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生物实验设计剖析 河南省实验中学 高辉辉 内容摘要：实验设计是理综生物考试中难度较高的一类题型，本文从教材出发，通过分析教材实验明确了高考考纲的要求。然后着重总结了设计性试验需要的若干环节，最后提出了在面对实验设计题型时的应对策略。为提升学生实验设计能力提出了建议。 关键词：实验设计 生物实验的主要环节 实验设计的基本方法 探究式实验 验证类实验 变量 单一变量原则 实验设计是高中生物学学习中需要培养的一项重要能力，也是各地高考中经常出现的一个重要题型。就我省使用的全国卷Ⅰ来看，自2005年，实验设计出现在每一年的理综试卷中，且这类题目着重检测学生的实验分析、思维方式、创新能力、语言表达等能力。是一种考察考生综合能力的较理想题型，它的难度较大，区分度高，为历届理综考试中的“压轴题”。 那么，在日常的生物学学习当中，我们应该怎样培养实验设计能力，以便在临试中能够游刃有余呢？ 1.教材当中的实验总结 实验的命题形式多种多样，绝不仅仅局限于做过的或教材中的已有实验，其特点是“情在书外，理在书中”，其基本原理都是一定的。考生必须掌握牢固的基本知识，才能充分发挥自己分析、解决问题的能力，发挥自己的创新思维能力和想象能力。而这些基本知识，则是通过教材中的这些实验来培养和建立的。 2009年生物高考考试大纲中，对生物实验与探究能力做了这样的要求： ①能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。②具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理。③具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。④能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修订。 考纲对教材中涉及到的实验进行了归纳，总共对17项实验提出了要求。我们可以将这些实验分为四大类： 1.1提取鉴定类 ①生物组织中还原性糖、脂肪、蛋白质的鉴定，②叶绿体中色素的提取和分离，③DNA的粗提取与鉴定。 1.2显微观察类 ①高倍显微镜的使用和对叶绿体的观察，②细胞质流动的观察，③观察植物细胞的有丝分裂，④观察植物细胞的质壁分离与复原。 1.3调查研究类 ①调查人群中的遗传病，②种群密度的取样调查，③调查环境对生物的影响。 1.4设计、验证探究类 ①比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率，②探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用，③温度对酶活性的影响，④植物向性运动的试验设计和观察，⑤设计实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响，⑥设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性，⑦观察SO2对植物的影响。 通过对教材相关内容的分析研究，我们可以发现，在这四大类实验中，前两类着重于实验方式方法技能的培养，这些实验中涉及到的内容，学生在自行设计的时候都可以直接应用。如鉴别糖尿病的时候可利用菲林试剂，看到双缩脲试剂的时候知道用于蛋白质的鉴定等等。这些操作即使在实验中没有提示，学生可直接应用。另外，试验中涉及到显微观察的时候，实验器材显微镜可直接使用，至于显微镜的具体用法不需在实验步骤中提及。总的来讲，这两类实验训练了基础知识和基本技能，为学生自行设计实验提供了必要的前提条件。 调查类实验着重培养学生团体合作、调查统计的能力。其中学生不仅应注重调查过程中各种方式方法的训练与培养，更应该留意到这些实验对调查结果的处理方法，即在调查过程中得到的信息，需要一些特殊的处理方式，如表格、曲线、坐标系、图形等等。学到了这些技能，才能使学生在自行设计的过程当中，对实验结果的娴熟处理，最终退出正确结论成为可能。 设计、探究类实验是教材当中要求最高的，我们在考试中常见的也是这种实验。教材中的这些实验为我们做出了示例，指导学生如何以前三项的实验为基础，运用已知的知识与能力，设计出一个全新的，完整的，可行的实验。 2.生物实验的主要环节 那么，一个完整的生物实验，应该包括哪些环节的内容呢？我们一起来看一下： 2.1实验原理 所谓实验原理，应为一个实验之所以成立的科学道理。具体地说，在一个试验中，实验者的每一项操作都有他的原因和理由，这些就是实验原理。举个例子：验证糖尿病实验中用到了班氏糖定性试剂。那么，“班氏试剂与葡萄糖（还原糖）混合后加热有砖红色沉淀”便应该是本实验的原理之一。同时我们也可以看到，如此类的实验原理在题面当中一般是不会出现的，因为这已经是作为基本知识在教材中做了介绍，不熟悉把握教材，这样的题便不可能做出。但如果原理中涉及到了教材中没有的知识，则题面中应该留下信息提示。如2007年全国卷Ⅱ利用甲烯蓝处理蚕豆子叶以验证无氧呼吸产生[H]的实验，“甲烯蓝氧化态为蓝色，接受氢后为无色”就应为实验原理，因为课本并未提