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近几年高考中,生物试题对实验设计的考察愈加重视。考试大纲要求考生在理解实验目的、原理、方法的基础上,运用实验设计的方法和技能解决真实问题;高考评价体系也引导我们,生物学作为自然科学类学科,实验设计能力是实践操作能力群的考察重点。笔者在研究近几年高考实验设计题的基础上,通过对一些题目的整理和改编,总结了这类题型的一般解题步骤和策略。
一、明确实验目的
实验设计要解决的首要问题,是判断实验的类型:这是一个探究性实验还是验证性实验?这两类实验的根本区别是有无先给出明确的实验结论,而不能机械地寻找“探究”“验证”等词来确定实验类型。
对于探究性实验,它要根据现有的科学事实、理论,判断、探究未知生物学新问题,可能存在多种假设与结论。如2017年全国Ⅰ卷第29题,要求用给定的材料和方法确定一种新病毒的类型。结合题干中对病毒分类方法的说明,可知其本质是“探究”该病毒遗传物质是DNA还是RNA,因此这是一个探究性实验。
对于验证性实验,它要验证、证明已知的生物学事实,因其结论是已知的,故不存在假设。如2019年全国Ⅰ卷第29题,题目首先就给出了“干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的”这个科研结论,所以这是一个验证性实验。它的创新之处在于结论采用“不是……,而是……”的形式,两个分结论均需要验证。
二、理清实验变量
理清实验的三种变量及其相互关系,是做好实验设计题的关键。实验变量可以根据题目内容分析确定,多数直接来自实验目的,有些隐含在实验原理中。“拆开”实验情境的包装后,应以实验目的为方向,排除无关变量的影响,搭建自变量通向因变量的桥梁。有多组对照的实验中,根据研究因素的不同,自变量和无关变量还可以相互转换。
例1 (2010年天津卷第8题改编)某生物兴趣小组取小鼠若干只,手术切除它们的垂体和胰腺,一段时间后将其随机均分为四组,分别注射相关激素及生理盐水,结果如下图。
(1)请为他们的实验探究拟定课题名称:_____________。
(2)每次注射不同激素時应按小鼠当时体重乘以单位体重注射量计算,同种激素注射量应保证比例_____________。本实验的无关变量还有:_____________(答两点)。
分析:该实验结果用坐标曲线图的形式呈现,找准各组对应的变量及其相互关系后,实验目的可概括为“探究自变量对因变量的影响”。改编后设置的几个小问题,着重考察对实验目的的理解,以及对实验变量的控制。课题的名称拟定,就是根据实验目的简洁、准确地表述研究的具体问题。控制实验变量,一要注意取材的随机性与科学性,二要遵循实验设计的对照原则与单一变量原则。
答案:(1)探究胰岛素和生长激素对小鼠生长(体重)的影响;
一、明确实验目的
实验设计要解决的首要问题,是判断实验的类型:这是一个探究性实验还是验证性实验?这两类实验的根本区别是有无先给出明确的实验结论,而不能机械地寻找“探究”“验证”等词来确定实验类型。
对于探究性实验,它要根据现有的科学事实、理论,判断、探究未知生物学新问题,可能存在多种假设与结论。如2017年全国Ⅰ卷第29题,要求用给定的材料和方法确定一种新病毒的类型。结合题干中对病毒分类方法的说明,可知其本质是“探究”该病毒遗传物质是DNA还是RNA,因此这是一个探究性实验。
对于验证性实验,它要验证、证明已知的生物学事实,因其结论是已知的,故不存在假设。如2019年全国Ⅰ卷第29题,题目首先就给出了“干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的,而是由ABA引起的”这个科研结论,所以这是一个验证性实验。它的创新之处在于结论采用“不是……,而是……”的形式,两个分结论均需要验证。
二、理清实验变量
理清实验的三种变量及其相互关系,是做好实验设计题的关键。实验变量可以根据题目内容分析确定,多数直接来自实验目的,有些隐含在实验原理中。“拆开”实验情境的包装后,应以实验目的为方向,排除无关变量的影响,搭建自变量通向因变量的桥梁。有多组对照的实验中,根据研究因素的不同,自变量和无关变量还可以相互转换。
例1 (2010年天津卷第8题改编)某生物兴趣小组取小鼠若干只,手术切除它们的垂体和胰腺,一段时间后将其随机均分为四组,分别注射相关激素及生理盐水,结果如下图。
(1)请为他们的实验探究拟定课题名称:_____________。
(2)每次注射不同激素時应按小鼠当时体重乘以单位体重注射量计算,同种激素注射量应保证比例_____________。本实验的无关变量还有:_____________(答两点)。
分析:该实验结果用坐标曲线图的形式呈现,找准各组对应的变量及其相互关系后,实验目的可概括为“探究自变量对因变量的影响”。改编后设置的几个小问题,着重考察对实验目的的理解,以及对实验变量的控制。课题的名称拟定,就是根据实验目的简洁、准确地表述研究的具体问题。控制实验变量,一要注意取材的随机性与科学性,二要遵循实验设计的对照原则与单一变量原则。
答案:(1)探究胰岛素和生长激素对小鼠生长(体重)的影响;