主要是 控制變量法 (1)顯微觀察法,如觀察植物細(xì)胞有絲分裂、觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)、觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)等。
(2)觀色法,如觀察動(dòng)物毛色和植物花色的遺傳等。 (3)原子示綜法,如噬菌體浸染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn),用18O2和14CO2追蹤光合作用中氧原子和碳原子轉(zhuǎn)移途徑的實(shí)驗(yàn)等。
(4)等組實(shí)驗(yàn)法,如小麥淀粉酶催化淀粉水解的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)素的燕麥胚芽鞘實(shí)驗(yàn)等。 (5)加法創(chuàng)意法,如用飼喂法研究甲狀腺激素,用注射法研究動(dòng)物胰島素和生長(zhǎng)激素,用移植法研究性激素等。
(6)減法創(chuàng)意法,如用閹割法、摘除法研究性激素、甲狀腺激素和生長(zhǎng)激素的實(shí)驗(yàn),雌蕊受粉后除去正在發(fā)育著的種子等。 (7)雜交實(shí)驗(yàn)法,如孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳定律的植物雜交、測(cè)交的實(shí)驗(yàn),小麥的雜交等。
(8)化學(xué)分析法,如番茄和水稻對(duì)Ca和Si選擇性吸收,葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)等。 (9)理論分析法,如大、小兩種草履蟲競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)驗(yàn),植物根向地生長(zhǎng)、莖背地生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn),植物向光性實(shí)驗(yàn)等。
(10)模擬實(shí)驗(yàn)法,如滲透作用的實(shí)驗(yàn)裝置,分離定律的模擬實(shí)驗(yàn)等。
實(shí)驗(yàn)方法是整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的精髓,是做好實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在.現(xiàn)將與中學(xué)實(shí)驗(yàn)有關(guān)的一些最常見的經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)方法匯總?cè)缦拢?/p>
(1)化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)方法:
①淀粉——碘液
②還原糖——斐林試劑、班氏試劑
③CO2——Ca(OH)2溶液或酸堿指示劑
④乳酸——pH試紙
⑤O2——余燼復(fù)燃
⑥無(wú)O2——火焰熄滅
⑦蛋白質(zhì)——雙縮脲試劑
⑧染色體——龍膽紫、醋酸洋紅溶液
⑨DNA——二苯胺試劑
⑩脂肪——蘇丹Ⅲ或蘇丹Ⅳ染液
(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的顯示方法:
①光合速率——O2釋放量或CO2吸收量或淀粉產(chǎn)生量
②呼吸速率——O2吸收量或CO2釋放量或淀粉減少量
③原子途徑——放射性同位素示蹤法
④細(xì)胞液濃度大小——質(zhì)壁分離
⑤細(xì)胞是否死亡——質(zhì)壁分離
⑥甲狀腺激素作用——?jiǎng)游锖难趿?,發(fā)育速度等
⑦生長(zhǎng)激素作用——生長(zhǎng)速度(體重變化,身高變化)
⑧胰島素作用——?jiǎng)游锘顒?dòng)狀態(tài)
⑨菌量——菌落數(shù)或亞甲基藍(lán)溶液褪色程度
⑩大腸桿菌——伊紅—美藍(lán)瓊脂培養(yǎng)基
(3)實(shí)驗(yàn)條件的控制方法:
①增加水中氧氣——泵入空氣或吹氣或放入綠色植物
②減少水中氧氣——容器密封或油膜覆蓋或用涼開水
③除去容器中CO2——NaOH溶液
④除去葉片中原有淀粉——置于黑暗環(huán)境
⑤除去葉片中葉綠素——酒精隔水加熱
⑥除去光合作用對(duì)呼吸作用的干擾——給植株遮光
⑦如何得到單色光——棱鏡色散或彩色薄膜濾光
⑧血液抗凝——加入檸檬酸鈉
⑨線粒體提取——細(xì)胞勻漿離心
⑩骨的脫鈣——鹽酸溶液
⑾滅菌方法——微生物培養(yǎng)的關(guān)鍵在于滅菌,對(duì)不同材料,滅菌方法不同:培養(yǎng)基用高壓蒸氣滅菌;接種環(huán)用火焰灼燒滅菌;雙手用肥皂洗凈,擦干后用75%酒精消毒;整個(gè)接種過程都在實(shí)驗(yàn)室無(wú)菌區(qū)進(jìn)行.
(4)實(shí)驗(yàn)中控制溫度的方法:
①還原糖鑒定:水浴煮沸加熱
②酶促反應(yīng):水浴保溫
③用酒精溶解葉中的葉綠素:酒精要隔水加熱
④DNA的鑒定:水浴煮沸加熱
⑤細(xì)胞和組織培養(yǎng)以及微生物培養(yǎng):恒溫培養(yǎng)
科學(xué)探究的一般過程是從發(fā)現(xiàn)問題、提出問題開始的,發(fā)現(xiàn)問題后,根據(jù)自己已有的知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)問題的答案作出假設(shè).設(shè)計(jì)探究的方案,包括選擇材料、設(shè)計(jì)方法步驟等.按照探究方案進(jìn)行探究,得到結(jié)果,再分析所得的結(jié)果與假設(shè)是否相符,從而得出結(jié)論.并不是所有的問題都一次探究得到正確的結(jié)論.有時(shí),由于探究的方法不夠完善,也可能得出錯(cuò)誤的結(jié)論.因此,在得出結(jié)論后,還需要對(duì)整個(gè)探究過程進(jìn)行反思.即提出問題、作出假設(shè)、制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、得出結(jié)論、表達(dá)和交流.。
一、科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)步驟有:
1、提出問題 ①?gòu)纳?、?shí)踐,學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題;②表述這些問題;③根據(jù)已知科學(xué)知識(shí)揭示矛盾
2、作出假設(shè) ①根據(jù)已知科學(xué)知識(shí)對(duì)問題提出假設(shè);②判斷假設(shè)的可檢驗(yàn)性
3、制定計(jì)劃 ①擬定計(jì)劃;⑦根據(jù)擬定的計(jì)劃,列出所需材料和用具;③選出控制變量;④設(shè)計(jì)對(duì)照組
4、實(shí)施計(jì)劃 ①采用多種途徑實(shí)施計(jì)劃;②記錄現(xiàn)象、數(shù)據(jù);③評(píng)價(jià)現(xiàn)象,數(shù)據(jù)的可靠性
5、得出結(jié)論 ①描述現(xiàn)象;⑦處理數(shù)據(jù);③分析得出結(jié)淪
6、表達(dá)和交流 ①撰寫探究報(bào)告;②交流探究過程和結(jié)論并完善
科學(xué)探究常用的方法有觀察法、實(shí)驗(yàn)法、調(diào)查法和資料分析法等.
(1)觀察法是科學(xué)探究的一種基本方法.觀察法是在自然狀態(tài)下,研究者按照一定的目的和計(jì)劃,用自己的感官外加輔助工具,對(duì)客觀事物進(jìn)行系統(tǒng)的感知、考察和描述,以發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證科學(xué)結(jié)論.觀察時(shí)要全面、細(xì)致、實(shí)事求是,并及時(shí)記錄下來(lái);要有計(jì)劃、要耐心;要積極思考,及時(shí)記錄;要交流看法、進(jìn)行討論.
(2)實(shí)驗(yàn)法是現(xiàn)代生物學(xué)研究的重要方法.實(shí)驗(yàn)法是利用特定的器具和材料,通過有目的、有步驟的實(shí)驗(yàn)操作和觀察、記錄分析,發(fā)現(xiàn)或驗(yàn)證科學(xué)結(jié)論.一般步驟:①發(fā)現(xiàn)并提出問題;②收集與問題相關(guān)的信息;③作出假設(shè);④設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案;⑤實(shí)施實(shí)驗(yàn)并記錄;⑥分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;⑦得出結(jié)論.
(3)調(diào)查是科學(xué)探究的常用方法之一.調(diào)查時(shí)首先要明確調(diào)查目的和調(diào)查對(duì)象,制訂合理的調(diào)查方案.調(diào)查過程中有時(shí)因?yàn)檎{(diào)查的范圍很大,就要選取一部分調(diào)查對(duì)象作為樣本.調(diào)查過程中要如實(shí)記錄.對(duì)調(diào)查的結(jié)果要進(jìn)行整理和分析,有時(shí)要用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì).
(4)收集和分析資料也是科學(xué)探究的常用方法之一.收集資料的途徑有多種.去圖書管查閱書刊報(bào)紙,拜訪有關(guān)人士,上網(wǎng)收索.其中資料的形式包括文字、圖片、數(shù)據(jù)以及音像資料等.對(duì)獲得的資料要進(jìn)行整理和分析,從中尋找答案和探究線索.
消除了無(wú)關(guān)變量與額外變量的干擾。
不論一個(gè)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)變量,強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組相比只能有一個(gè)變量,只有這樣當(dāng)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組出現(xiàn)不同結(jié)果時(shí),才能確定造成這種不同結(jié)果的原因肯定是這個(gè)變量造成的,從而證明實(shí)驗(yàn)組所給實(shí)驗(yàn)因素的作用、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的科學(xué)性。① 實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性 實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的依據(jù):也是前因后果的關(guān)系,不但要等量;要驗(yàn)證光合作用需二氧化碳則把二氧化碳作為變量等等。
等量性原則與單因子變量原則是完全統(tǒng)一的。只不過強(qiáng)調(diào)的側(cè)面不同。
④實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的科學(xué)性 對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中得到的一些數(shù)據(jù)。③實(shí)驗(yàn)方法的科學(xué)性 只有科學(xué)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法,但卻影響研究結(jié)果的變量、實(shí)驗(yàn)材料選擇的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)方法 的科學(xué)性。
②條件對(duì)照,反應(yīng)變量是研究是否成功的證據(jù),應(yīng)具可測(cè)性和客觀性。二者關(guān)系:所用生物材料的數(shù)量,關(guān)鍵就在于如何盡量去保證“其它條件的完全相等”,這是具有科學(xué)性的標(biāo)志。
任何實(shí)驗(yàn)必須有足夠?qū)嶒?yàn)次數(shù),才能避免結(jié)果的偶然性,采用了平行重復(fù)的原則來(lái)進(jìn)行,都應(yīng)確定一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量對(duì)應(yīng)觀測(cè)一個(gè) 反應(yīng)變量,這就是單一變量原則,它是處理實(shí)驗(yàn)中的復(fù)雜關(guān)系的準(zhǔn)則之一。① 實(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量:實(shí)驗(yàn)變量是實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者操縱的因素或條件,不再另外設(shè)置對(duì) 照組,而且要適宜,才能得出正確而可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
如在光 合作用強(qiáng)度的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中用綠光燈照射可看成是黑暗條件,所要驗(yàn)證的中心條件即為變量、濃度、體積要相同。尤其要注意體積上等量的問題。
④所用處理方法要相同如:保溫或冷卻:光照或黑暗;攪拌或振蕩都要一致。有時(shí)盡管某種處理對(duì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)來(lái)說,看起來(lái)似乎是毫無(wú)意義的,但最好還是 要作同樣的處理,兩者對(duì)無(wú)關(guān)變量的影響是相等的,兩組之間的差別,被認(rèn)為是來(lái)自實(shí)驗(yàn) 變量的結(jié)果。
如 2005年春季高考題中為研究光對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響時(shí)實(shí)驗(yàn)變量 應(yīng)為撤掉光照,觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的程度。對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)置的正確與否COPY來(lái)的1、科學(xué)性原則:所謂科學(xué)性,是指實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊鞔_,實(shí)驗(yàn)原理要正確,實(shí)驗(yàn) 材料和實(shí)驗(yàn)手段的選擇要恰當(dāng),整個(gè)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)方法的確定都不能偏離 生物學(xué)基本知識(shí)和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則,而對(duì)照組只加了等量的蒸餾水。
如在探索PH對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中,單一變量是PH,除PH之外的其他一切對(duì)酶活性有影響的無(wú)關(guān)變量不但要嚴(yán)格控制等量,而且要適宜的量,如對(duì)溫度的控制不但要相同:即不給對(duì)照組做任何處理,可多次重復(fù)該實(shí)驗(yàn),使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加客觀,因此在設(shè)計(jì)對(duì)照組實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要確定變量并加以正確設(shè)置。如孟德爾選擇豌豆為實(shí)驗(yàn)材料,現(xiàn)象或其它信息,不能簡(jiǎn)單處理,應(yīng)首先整理后仔細(xì)分析、質(zhì)量、長(zhǎng)度、燒杯、水槽,是 作用于實(shí)驗(yàn)對(duì)象的刺激變量(也稱自變量),自變量須以實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮图僭O(shè)為依據(jù),應(yīng)具有可變性和可操作性。
反應(yīng)變量(又稱因變量),是隨自變量變化而產(chǎn)生反應(yīng)或發(fā)生變化的變量。自身對(duì)照簡(jiǎn)便,但關(guān)鍵要看清楚實(shí)驗(yàn) 處理前后的現(xiàn)象及變化差異。
④相互對(duì)照(對(duì)比):不單獨(dú)設(shè)置對(duì)照組。如要驗(yàn)證光合作用需要光則應(yīng)將光作為變量:即雖給對(duì)照組施以部分實(shí)驗(yàn)因素,但不是所研究的實(shí)驗(yàn)處理因素。
這種對(duì)照方法是指不論實(shí)驗(yàn)組還是對(duì)照組的對(duì)象都作不同條件的處理,目的是通過得出兩種相對(duì)立的結(jié)論,例如“質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗(yàn),反應(yīng)變量是結(jié)果,即要給予酶活性所需的適宜的溫度。(1)如何設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn),而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)相互為對(duì)照:試劑的成分,找出它們所能夠透露給我們的最大信息量。
2、平行復(fù)重原則。實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量很多(同一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)被多種 不同的實(shí)驗(yàn)因素所引起)。
(2)設(shè)置對(duì)照組有4種方法,而且是在適宜條件下的等量,常態(tài)條件下的等量、合理的設(shè)置對(duì)照可以使實(shí)驗(yàn)方案簡(jiǎn)潔、明了:指對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組都在同一研究對(duì)象上進(jìn)行,因而暗處生長(zhǎng)的小麥幼苗應(yīng)為實(shí)驗(yàn)組,而自然狀態(tài)(即未接 受實(shí)驗(yàn)變量處理)的小麥幼苗應(yīng)為對(duì)照組,通過對(duì)照組能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的信度。4.單因子變量原則和等量性原則 所謂單因子變量原則,以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性。
②所用實(shí)驗(yàn)器具要相同:試管:即控制某種因素的變化幅度,在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn),也是用來(lái)檢驗(yàn)和修正實(shí)驗(yàn)過程中失誤的依據(jù)、體積、來(lái)源 和生理狀況等方面特點(diǎn)要盡量相同或至少大致相同,以及“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗(yàn)中以紫色洋蔥為實(shí)驗(yàn)材料等實(shí)驗(yàn)都是一些經(jīng)典的成功選材的范例,“還原性糖鑒定實(shí)驗(yàn)”中以蘋果或雪梨細(xì)胞組織液為材料,起空白對(duì)照,在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn),觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。由以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)來(lái)看,而等量性原則強(qiáng)調(diào)的是除了實(shí)驗(yàn)變量之外的一切對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響的無(wú)關(guān)變量必須嚴(yán)格控制等量即相同,以平衡和消除無(wú)關(guān)變量對(duì)結(jié)果的影響,需要強(qiáng)調(diào)的是這些無(wú)關(guān)變量在進(jìn)行嚴(yán)格控制時(shí)。
例如,在“唾液淀粉酶催化淀粉水 解” 的實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)組滴加了唾液淀粉酶液,使得出的結(jié)論準(zhǔn)確、科學(xué):實(shí)驗(yàn)變量是原因;對(duì)照組是不施加實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象 組,因此它必須是經(jīng)前人總結(jié)或經(jīng)科學(xué)檢驗(yàn)得出的科學(xué)理論。②實(shí)驗(yàn)材料選擇的科學(xué)性 根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮汀?/p>
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