主要是 控制變量法 (1)顯微觀(guān)察法,如觀(guān)察植物細胞有絲分裂、觀(guān)察葉綠體和細胞質(zhì)流動(dòng)、觀(guān)察植物細胞質(zhì)壁分離和復原實(shí)驗等。
(2)觀(guān)色法,如觀(guān)察動(dòng)物毛色和植物花色的遺傳等。 (3)原子示綜法,如噬菌體浸染細菌的實(shí)驗,用18O2和14CO2追蹤光合作用中氧原子和碳原子轉移途徑的實(shí)驗等。
(4)等組實(shí)驗法,如小麥淀粉酶催化淀粉水解的實(shí)驗,發(fā)現生長(cháng)素的燕麥胚芽鞘實(shí)驗等。 (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(cháng)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(cháng)激素的實(shí)驗,雌蕊受粉后除去正在發(fā)育著(zhù)的種子等。 (7)雜交實(shí)驗法,如孟德?tīng)柊l(fā)現遺傳定律的植物雜交、測交的實(shí)驗,小麥的雜交等。
(8)化學(xué)分析法,如番茄和水稻對Ca和Si選擇性吸收,葉綠體中色素的提取和分離實(shí)驗等。 (9)理論分析法,如大、小兩種草履蟲(chóng)競爭的實(shí)驗,植物根向地生長(cháng)、莖背地生長(cháng)的實(shí)驗,植物向光性實(shí)驗等。
(10)模擬實(shí)驗法,如滲透作用的實(shí)驗裝置,分離定律的模擬實(shí)驗等。
實(shí)驗方法是整個(gè)實(shí)驗設計的精髓,是做好實(shí)驗設計的關(guān)鍵所在.現將與中學(xué)實(shí)驗有關(guān)的一些最常見(jiàn)的經(jīng)典的實(shí)驗方法匯總如下:
(1)化學(xué)物質(zhì)的檢測方法:
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)驗結果的顯示方法:
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細胞液濃度大小——質(zhì)壁分離
⑤細胞是否死亡——質(zhì)壁分離
⑥甲狀腺激素作用——動(dòng)物耗氧量,發(fā)育速度等
⑦生長(cháng)激素作用——生長(cháng)速度(體重變化,身高變化)
⑧胰島素作用——動(dòng)物活動(dòng)狀態(tài)
⑨菌量——菌落數或亞甲基藍溶液褪色程度
⑩大腸桿菌——伊紅—美藍瓊脂培養基
(3)實(shí)驗條件的控制方法:
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(kāi)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(xiàn)粒體提取——細胞勻漿離心
⑩骨的脫鈣——鹽酸溶液
⑾滅菌方法——微生物培養的關(guān)鍵在于滅菌,對不同材料,滅菌方法不同:培養基用高壓蒸氣滅菌;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(guò)程都在實(shí)驗室無(wú)菌區進(jìn)行.
(4)實(shí)驗中控制溫度的方法:
①還原糖鑒定:水浴煮沸加熱
②酶促反應: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細胞和組織培養以及微生物培養:恒溫培養
科學(xué)探究的一般過(guò)程是從發(fā)現問(wèn)題、提出問(wèn)題開(kāi)始的,發(fā)現問(wèn)題后,根據自己已有的知識和生活經(jīng)驗對問(wèn)題的答案作出假設.設計探究的方案,包括選擇材料、設計方法步驟等.按照探究方案進(jìn)行探究,得到結果,再分析所得的結果與假設是否相符,從而得出結論.并不是所有的問(wèn)題都一次探究得到正確的結論.有時(shí),由于探究的方法不夠完善,也可能得出錯誤的結論.因此,在得出結論后,還需要對整個(gè)探究過(guò)程進(jìn)行反思.即提出問(wèn)題、作出假設、制定計劃、實(shí)施計劃、得出結論、表達和交流.。
一、科學(xué)探究的實(shí)驗步驟有:
1、提出問(wèn)題 ①從生活、實(shí)踐,學(xué)習中發(fā)現問(wèn)題;②表述這些問(wèn)題;③根據已知科學(xué)知識揭示矛盾
2、作出假設 ①根據已知科學(xué)知識對問(wèn)題提出假設;②判斷假設的可檢驗性
3、制定計劃 ①擬定計劃;⑦根據擬定的計劃,列出所需材料和用具;③選出控制變量;④設計對照組
4、實(shí)施計劃 ①采用多種途徑實(shí)施計劃;②記錄現象、數據;③評價(jià)現象,數據的可靠性
5、得出結論 ①描述現象;⑦處理數據;③分析得出結淪
6、表達和交流 ①撰寫(xiě)探究報告;②交流探究過(guò)程和結論并完善
科學(xué)探究常用的方法有觀(guān)察法、實(shí)驗法、調查法和資料分析法等.
(1)觀(guān)察法是科學(xué)探究的一種基本方法.觀(guān)察法是在自然狀態(tài)下,研究者按照一定的目的和計劃,用自己的感官外加輔助工具,對客觀(guān)事物進(jìn)行系統的感知、考察和描述,以發(fā)現和驗證科學(xué)結論.觀(guān)察時(shí)要全面、細致、實(shí)事求是,并及時(shí)記錄下來(lái);要有計劃、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)驗法是現代生物學(xué)研究的重要方法.實(shí)驗法是利用特定的器具和材料,通過(guò)有目的、有步驟的實(shí)驗操作和觀(guān)察、記錄分析,發(fā)現或驗證科學(xué)結論.一般步驟:①發(fā)現并提出問(wèn)題;②收集與問(wèn)題相關(guān)的信息;③作出假設;④設計實(shí)驗方案;⑤實(shí)施實(shí)驗并記錄;⑥分析實(shí)驗現象;⑦得出結論.
(3)調查是科學(xué)探究的常用方法之一.調查時(shí)首先要明確調查目的和調查對象,制訂合理的調查方案.調查過(guò)程中有時(shí)因為調查的范圍很大,就要選取一部分調查對象作為樣本.調查過(guò)程中要如實(shí)記錄.對調查的結果要進(jìn)行整理和分析,有時(shí)要用數學(xué)方法進(jìn)行統計.
(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(shū)管查閱書(shū)刊報紙,拜訪(fǎng)有關(guān)人士,上網(wǎng)收索.其中資料的形式包括文字、圖片、數據以及音像資料等.對獲得的資料要進(jìn)行整理和分析,從中尋找答案和探究線(xiàn)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)驗有幾個(gè)實(shí)驗變量,強調的是實(shí)驗組和對照組相比只能有一個(gè)變量,只有這樣當實(shí)驗組和對照組出現不同結果時(shí),才能確定造成這種不同結果的原因肯定是這個(gè)變量造成的,從而證明實(shí)驗組所給實(shí)驗因素的作用、實(shí)驗結果處理的科學(xué)性。① 實(shí)驗原理的科學(xué)性 實(shí)驗原理是實(shí)驗設計的依據:也是前因后果的關(guān)系,不但要等量;要驗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一的。只不過(guò)強調的側面不同。
④實(shí)驗結果處理的科學(xué)性 對于實(shí)驗過(guò)程中得到的一些數據。③實(shí)驗方法的科學(xué)性 只有科學(xué)而嚴謹的實(shí)驗方法,但卻影響研究結果的變量、實(shí)驗材料選擇的科學(xué)性、實(shí)驗方法 的科學(xué)性。
②條件對照,反應變量是研究是否成功的證據,應具可測性和客觀(guān)性。二者關(guān)系:所用生物材料的數量,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)性的標志。
任何實(shí)驗必須有足夠實(shí)驗次數,才能避免結果的偶然性,采用了平行重復的原則來(lái)進(jìn)行,都應確定一個(gè)實(shí)驗變量對應觀(guān)測一個(gè) 反應變量,這就是單一變量原則,它是處理實(shí)驗中的復雜關(guān)系的準則之一。① 實(shí)驗變量與反應變量:實(shí)驗變量是實(shí)驗中由實(shí)驗者操縱的因素或條件,不再另外設置對 照組,而且要適宜,才能得出正確而可靠的實(shí)驗結果。
如在光 合作用強度的檢測實(shí)驗中用綠光燈照射可看成是黑暗條件,所要驗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(wèn)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)盡管某種處理對對照實(shí)驗來(lái)說(shuō),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,兩者對無(wú)關(guān)變量的影響是相等的,兩組之間的差別,被認為是來(lái)自實(shí)驗 變量的結果。
如 2005年春季高考題中為研究光對幼苗生長(cháng)的影響時(shí)實(shí)驗變量 應為撤掉光照,觀(guān)察其對實(shí)驗結果影響的程度。對照實(shí)驗設置的正確與否COPY來(lái)的1、科學(xué)性原則:所謂科學(xué)性,是指實(shí)驗目的要明確,實(shí)驗原理要正確,實(shí)驗 材料和實(shí)驗手段的選擇要恰當,整個(gè)設計思路和實(shí)驗方法的確定都不能偏離 生物學(xué)基本知識和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則,而對照組只加了等量的蒸餾水。
如在探索PH對酶活性影響的實(shí)驗中,單一變量是PH,除PH之外的其他一切對酶活性有影響的無(wú)關(guān)變量不但要嚴格控制等量,而且要適宜的量,如對溫度的控制不但要相同:即不給對照組做任何處理,可多次重復該實(shí)驗,使得實(shí)驗結果更加客觀(guān),因此在設計對照組實(shí)驗時(shí)首先要確定變量并加以正確設置。如孟德?tīng)栠x擇豌豆為實(shí)驗材料,現象或其它信息,不能簡(jiǎn)單處理,應首先整理后仔細分析、質(zhì)量、長(cháng)度、燒杯、水槽,是 作用于實(shí)驗對象的刺激變量(也稱(chēng)自變量),自變量須以實(shí)驗目的和假設為依據,應具有可變性和可操作性。
反應變量(又稱(chēng)因變量),是隨自變量變化而產(chǎn)生反應或發(fā)生變化的變量。自身對照簡(jiǎn)便,但關(guān)鍵要看清楚實(shí)驗 處理前后的現象及變化差異。
④相互對照(對比):不單獨設置對照組。如要驗證光合作用需要光則應將光作為變量:即雖給對照組施以部分實(shí)驗因素,但不是所研究的實(shí)驗處理因素。
這種對照方法是指不論實(shí)驗組還是對照組的對象都作不同條件的處理,目的是通過(guò)得出兩種相對立的結論,例如“質(zhì)壁分離與復原”實(shí)驗,反應變量是結果,即要給予酶活性所需的適宜的溫度。(1)如何設置對照實(shí)驗,而是幾個(gè)實(shí)驗相互為對照:試劑的成分,找出它們所能夠透露給我們的最大信息量。
2、平行復重原則。實(shí)驗中的無(wú)關(guān)變量很多(同一種實(shí)驗結果可能會(huì )被多種 不同的實(shí)驗因素所引起)。
(2)設置對照組有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、合理的設置對照可以使實(shí)驗方案簡(jiǎn)潔、明了:指對照組和實(shí)驗組都在同一研究對象上進(jìn)行,因而暗處生長(cháng)的小麥幼苗應為實(shí)驗組,而自然狀態(tài)(即未接 受實(shí)驗變量處理)的小麥幼苗應為對照組,通過(guò)對照組能增強實(shí)驗的信度。4.單因子變量原則和等量性原則 所謂單因子變量原則,以驗證實(shí)驗結論的正確性。
②所用實(shí)驗器具要相同:試管:即控制某種因素的變化幅度,在同樣條件下重復實(shí)驗,也是用來(lái)檢驗和修正實(shí)驗過(guò)程中失誤的依據、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“植物細胞質(zhì)壁分離與復原”實(shí)驗中以紫色洋蔥為實(shí)驗材料等實(shí)驗都是一些經(jīng)典的成功選材的范例,“還原性糖鑒定實(shí)驗”中以蘋(píng)果或雪梨細胞組織液為材料,起空白對照,在同樣條件下重復實(shí)驗,觀(guān)察其對實(shí)驗結果的影響程度。由以上實(shí)驗設計的特點(diǎn)來(lái)看,而等量性原則強調的是除了實(shí)驗變量之外的一切對實(shí)驗結果有影響的無(wú)關(guān)變量必須嚴格控制等量即相同,以平衡和消除無(wú)關(guān)變量對結果的影響,需要強調的是這些無(wú)關(guān)變量在進(jìn)行嚴格控制時(shí)。
例如,在“唾液淀粉酶催化淀粉水 解” 的實(shí)驗中,實(shí)驗組滴加了唾液淀粉酶液,使得出的結論準確、科學(xué):實(shí)驗變量是原因;對照組是不施加實(shí)驗變量處理的對象 組,因此它必須是經(jīng)前人總結或經(jīng)科學(xué)檢驗得出的科學(xué)理論。②實(shí)驗材料選擇的科學(xué)性 根據實(shí)驗目的和。
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