时间：2022-05-26 23:46:38
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实验设计要遵循实验的原则。首先，实验的设计要具有科学性，科学性原则要求教师在进行试验教学的时候，要明确实验的目的性，在选择实验材料的时候，一定要选择具有科学性的材料、运用科学性的实验方法、使用合理恰当的实验原理。除此之外还要满足高中生物学实验的基本原则和原理。其次，实验设计要严谨，在生物实验进行时要保证实验设计的方案没有漏洞。最后，实验设计要简易，在进行实验的时候，要保证实验所需的材料能够容易获得，实验的操作步骤简单易懂，避免实验所需时间过长。除以上几点原则之外，还要遵循可行性原则、随机性原则、可重复性原则以及实验条件一致性原则等。
2.高中生物实验设计的方法
高中生物实验设计属于探索性的教学活动，任何的探索都是从问题开始出发的，因此，教师在进行实验教学的时候一定要重视引导学生去发现问题。在实验开始之前，教师首先要确定就是要通过实验来提出问题的假设，用实验来解决问题，用实验来得到正确的结论。由此可见，高中生物实验的设计是高中生物学科的难点。教师在设计实验的时候一定要引导学生去发现问题，让学生对实验感兴趣，并且不断的提出问题，在引导的过程中，激发学生的探索精神和学习兴趣，集中学生的注意力，激发学生的求职欲望，以及鼓励学生自我提问、学生与学生之间相互提问、学生与老师相互提问。除此之外，教师在实验设计的时候，还要不断地优化创新生物实验的设计，在设计的时候教师一定要利用控制单一变量的原则来不断地调整实验的进行，这样才能有效地培养学生的辩证思维和创新思维。只有做到了以上几点，才能有效地保证高中生物实验设计的科学性和有效性。
二、高中生物实验的分析
高中生物实验中，实验结果的分析占有很重要的位置。教师在进行实验分析之前，一定要给学生充分的思考时间，让学生进行讨论交流，使学生尝试着去分析实验的结果。将学 生以小组为单位进行讨论，让学生自己去探索实验的原理、步骤以及对实验结果的分析。如此一来，不仅能够提高学生的学习兴趣，还能够使得一些有困惑的学生能够得到其他同学的解答后恍然大悟。对于学生一些较好的想法和提议，教师要给予及时的鼓励和支持。
《高中生物命题指导思想》中明确提出了对学生实验内容考查的要求：初步具有验证生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理；具备初步探究一些生物学问题，恰当评价和完善实验方案的能力。但我们有很多生物学教师因高中复习学生时间紧取消了原本应该做的实验，让学生盲目地自主设计实验，其作用还不如 “讲实验”。由于学生缺乏设计实验的基本方法和理论，缺乏真正的实验设计实践，使学生的实验设计带有明显的主观性，缺乏科学性及可操作性； 一些教师在进行实验专题复习时，不是根据学生已经做过的实验为思考的基础，而是直接概括出一些实验原则，如对照原则、单因子变量原则、平行原则等。学生除了记住了原则本身，并不清楚在何种情境中运用这些原则。有些教师过分强调单纯的程序性的科学方法，如明确实验目的、严格遵守实验原理、恰当选择实验对象、实验装置设计的严密性和合理性、合理设计实验步骤、精心设置对照组实验、提出假设条件、预测结果、观察实验现象、分析讨论原因等，使留在学生头脑中的科学实验程序化、机械化，不能结合考题举一反三，不利于学生的实验设计分析能力的提高。
2．高三生物实验设计的复习策略
高中生物实验复习之所以效率较低，深究其原因皆因为教师心目中没有学生，考虑的中心还是教师自己的教学任务。高中生物实验设计复习重点应放在引导学生明确实验设计思路，学会实验设计上。实验设计绝不能脱离一定的知识和问题情境，离开高中生物学主干知识的实验设计必然是盲目的、误导的。对于实验设计的复习，我们可先分析挖掘课本经典实验，强化学生的实验基本素养，然后根据复习，的实际精心设计一两个典型的教学实验，让同学们在具体“做科学”的过程中掌握实验设计的步骤、一些原则和方法、关键点，并针对不同的实验设计题训练，让学生学会举一反三，提升实验能力，不再惧怕高考实验设计题。
2.1挖掘课本经典实验，提升学生实验科学素养
首先，使学生积累实验操作的经验。指导学生理解实验目的、原理、材料用具和步骤，在此基础上充分开放实验室，尽可能创造条件加强学生动手操作能力的训练。与此同时，引导每个学生归纳、总结高中生物学实验常用材料、药品的种类、用途等，形成表格，组织学生相互交流，然后完善自己的结果。
其次，使学生理解实验程序。指导学生分析课本实验中每一步骤的作用或必要性、每一步骤的意义及各步骤之间联系。
最后，使学生学会分析实验结果。在实验中，教师既要指导学生重视对实验最终结果的记录，又要求学生对实验的中间过程出现的现象进行记录。既要重视结果又重视对结果的分析，重视对成功实验的分析，也要重视查找实验失败的原因。
2.2 结合典例培养实验设计的一般思路
高中生物实验设计，不管是验证性还是探究性实验设计，不管是自主设计实验还是补全实验、修正改良实验，实验设计思路大体相同。实际教学中我们可以结合课本经典实验或某一高考实验题来概括实验设计的一般思路，便于学生领会掌握。
2.3 针对不同生物实验设计类型进行强化复习
（1）自变量对因变量的具体影响。
（2）观察或检测因变量的依据。实验原理一般表述为：某种因素（自变量或操作过程）会（可能）产生某种结果（因变量或操作结果），通过某种方式（或观察指标），可以观察到（达到实验目的）。
例1验证不同波长对黑藻光合作用强度的影响。
解析：该实验的目的是题干中的最后一句话。根据实验目的，得知该实验属于验证性实验，实验结果和结论是唯一的。分析实验装置可知：该实验的自变量是光的波长；因变量是黑藻的光合作用强度，可用单位时间内O2的产生量来检测；因题目中提供的实验材料有pH试纸，因变量的光合作用强度也可以用溶液中酸碱度的变化来体现；无关变量有光照强度、NaHCO3溶液浓度、温度、灯泡与装置的距离等，要保证这些条件相同且适宜。根据光合作用的影响因素确定其实验原理为：不同波长的光通过影响光反应影响黑藻的光合作用强度，如红光和蓝紫光有利于提高光合作用强度，而绿光不利于提高光合作用强度；通过比较单位时间内气泡（O2）产生量或溶液pH的变化，可以确定光质对黑藻光合作用强度的影响。
二、巧妙解题
1.选材
选材是操作实验方法和实施实验步骤的保证。实验材料的选择要分析“有什么用”“、怎么用”，如颜色反应的实验材料要求待测物质含量高，无色或接近无色。
2.书写实验设计步骤
（1）分组编号。选材并组装实验设备，将长势相同的植物或年龄、大小、体质相同的实验动物分为若干组，并作好编号。
（2）设置对照。根据实验变量设置对照，施加自变量为实验组，不施加自变量设为对照组；除自变量不同外，要控制好无关变量的条件。
（3）条件处理。将实验设置对照后的培养或反应放在相同且适宜的条件下培养或反应。
（4）观察并记录。观察实验现象（颜色变化，生理特征变化等），测定指标（光合速率，液滴移动距离等），记录实验数据。
例2探究下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素(TRH)减少的原因。
解析：例2的实验未提供实验材料，需要自行确定，选择日龄、大小、体重、健康状况相同的实验动物若干只，甲状腺切除手术需要相应的手术器械，还应提供一定浓度的促甲状腺激素溶液。高中生物设计实验步骤时需设置对照，实验组为切除甲状腺的实验动物，对照组为不切除甲状腺，但做相同手术的实验动物。根据上述分析，确定实验步骤为：取日龄、大小、体重、健康状况相同的实验动物若干只，平均分为两组，甲组为实验组，乙组为对照组。测量两组实验动物血液中的TRH含量。用手术器械将甲组动物的甲状腺切除，乙组不做切除，但做相同的手术。对甲、乙两组实验动物注射等量且适宜浓度的TSH。一段时间后，测定甲、乙两组实验动物血液中的TRH含量。
3.分析实验结果，得出实验结论。验证性实验是对实验目的的肯定，结果和结论只有一个。探究性实验，则结果往往有多种可能，要写出所有的可能。每个结果对应一个结论。
三、其他注意点
1.根据题干提供的实验材料选择正确的实验方法。如验证胰岛素的生理功能应该用注射法不宜用口服法。
2.实验步骤书写要规范。实验步骤书写要分步描述。
在高中生物必修3第五章第3节探究“土壤中的微生物能分解作用”的实验中，要将土壤样品随机分为两等份（即遵循随机性原则），分别装入两个大小相同的容器（如塑料袋），其中一个经高温灭菌处理（做实验组），另一个不做处理（作对照组），造成一个容器内的土壤中不存在生活的微生物，一个容器内的土壤中含有生活的微生物，然后在其他条件相同的情况下进行实验，即设置了对照实验，遵循了对照性原则。在实验过程中，让两个容器内的土壤样品在其他条件都相同的情况下进行实验，唯独不同的就是其中一个容器内的土壤中含有微生物，另一个容器内的土壤中不含微生物，在这里，有无微生物的存在就成了本实验的单因子变量（单一变量），即这样进行实验遵循了单因子变量原则。本探究实验，可以安排多个实验小组先后用相同的实验装置在相同条件下先后来进行，如果各实验小组会得到同样的实验结果，即可说明本实验具有可重复性，即在设计本实验时遵循了可重复性原则。笔者个人认为：重复实验指在同样实验条件下做过后继续做或几个人（或几个小组）同时分别做的实验，其实验结果可以是各自独立的，其重在看实验的重复性。
平行重复原则与可重复性原则不同，平行重复原则即控制某种因素的变化幅度，在同样的条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。在必修3 第三章第2节 “探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度”中，用一系列具有浓度梯度的生长素类似物处理插条，在这里，不同的组别生长素类似物的浓度大小不同即控制了自变量的变化幅度，结果观察不同生长素类似物浓度对枝条生根的影响，故在本实验中使用了平行重复原则。笔者个人认为：平行重复实验也可以是一个人（或一个小组）的几个同时或先后完成的同样实验（多组），而且最后是以多组实验的平均值作为一个结果的实验，其重在看实验的稳定性。在上述实验中，为了使实验结果准确可靠，实验时会在每一个生长素类似物浓度下同时处理多根插条， 计算在该浓度下插条生根的平均值或平均生根长度，这种通过平均值作为实验结果的实验也是平行重复实验。
并不是任意一个生物学实验都会用到平行重复原则，那么在什么情形下需要使用该原则呢？请看下面的一个生物学实验设计：
某研究性学习小组的同学们准备用下甲所示的装置，探究反应物的浓度与酶的催化反应速率有何关系。请你协助他们完成实验设计。
材料用具：注射器、密封橡胶帽、大小相同的新鲜马铃薯小圆片（新鲜马铃薯含有过氧化氢酶）、体积分数为5%的过氧化氢溶液、蒸馏水、烧杯、秒表等（以上材料的数量足够使用）。
（1）该探究实验的原理是 。
（2）实验步骤： 。
实验部分在生物高考中占有很大的比重，纵观近几年高考中的理科综合试题，生物部分已形成了相对固定的模式：第二卷中至少有一道实验题，包括观察实验、分析实验和设计实验等形式，此外，在第一卷选择题中也有以实验为素材的试题。所以，直接或间接涉及实验的试题的分值一般不少于30分。实验题是最容易丢分的地方，对学生分析问题、解决问题、语言表达等多方面的能力要求很高，所以要想获取生物学科的高分，必须做好实验题。高中生物实验题解题程序可归纳如下：
一、审题做到三明确
1.明确实验目的是实验的核心
它是实验设计的核心，弄清是验证性实验还是探究性实验。在题目中往往以“验证……”、“证明……”、“探究……”、“观察……”、“调查……”、“鉴定……”等形式呈现出来。
2.明确实验原理是实验的依据
原理的来源有两个，其一是课本中的相关知识（题干较短），其二是来自题干（题干较长，学生要仔细研读、分析），可以可通过联想相关知识或解读题干来解题。
3.明确实验变量是实验的手段
明确如何操纵实验变量，设法给研究对象施加干扰，造成研究对象的变化，从而使研究对象在扰状态中反映出某些特征，暴露出某种现象和属性。如捕获反应变量，即观察测量数值；控制无关变量，如随机分组、设置对照、条件适宜、重复实验，等等。
二、解题要求三环节
1.选择实验材料用具
生物实验题中已提供实验材料和用具，主要分析“有什么用？”“怎么用？”一般应全部用上而且够用，不可遗漏也不需额外添加，除非这道实验题是让你“选择或增加”。
自行确定实验材料和用具,根据实验步骤，迁移运用教材相关实验中的实验用具。如：临时装片制作与观察就要用到载玻片、盖玻片、显微镜等。
2.书写实验设计步骤一般分成三步
（1）分组编号，即实验准备阶段，选取题干提供的实验材料（有时实验材料不能直接使用，需先经某种方式处理后才符合实验要求）用具，组装实验设备，平均分组，并作好编号。常用语言：选择长势相同、大小相似的同种植物随机等量分组，分别编号为A、B、C……；取两支试管，分别编号为甲、乙，各加入等量的某溶液；选择年龄、体重（性别）、健康状况相同的某种动物随机等量分组，分别编号为1、2、3……，等等。
（2）设置对照组，考虑单因子变量。要注意本实验所有组别“无关变量”要相同，相关描述要准确恰当，例如“等量”、“相同”、“适宜”。设置的对照组常有以下几种可能：
①空白对照，指不用实验变量处理的对照组。
不同情况下要合理地选用不同的水。如：清水、凉开水、蒸馏水、生理盐水。例如不同pH值酸雨对小麦种子发芽的影响，应用清水作对照。
②自身对照，实验与对照在同一对象上进行。
如：“质壁分离与复原”实验。自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及差异。
③相互对照，几个实验组相互之间形成的对照，不需另外设置对照组。
如：“探究温度对酶活性的影响”实验。
（3）观察记录，观察描述实验现象、收集记录实验数据。
下面就以一个具体的例子来介绍实验步骤的设计：
例题：请你利用刚萌发的玉米幼苗和植物无土栽培方法设计实验探究叶绿素的形成是否与镁元素相关。（提示：植物正常生长所需的全营养液配方中含硝酸钾、氯化钠、硫酸钙、磷酸钙和氯化镁等）
实验步骤：_______________________________________________
预期实验结果为：_______________________________________________
实验结论：_______________________________________________
实验设计思路分析：
参考答案：
实验步骤：①将萌发的玉米幼苗平均分成两组A、B。②A组幼苗用完全培养液培养，B组幼苗用等量的缺镁培养液培养；③给A、B组幼苗相同而且适宜的温度、光照，培养一段时间后，观察并记录两组幼苗叶片的颜色变化情况。
预期实验结果：A组的玉米幼苗叶片为绿色，B组的玉米幼苗叶片逐渐变为黄色。
【文章编号】 1004―0463（2015） 02―0065―01
生物是一门以实验为基础的学科，实验设计题也是高考中的重要题型，同时还是高考复习教学中的重点和难点。下面，笔者结合教学实践，就高中生物实验设计的基本原则和基本步骤作以简单介绍。
一、实验设计的基本原则
1.科学性原则。所谓科学性原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期要有科学依据，实验的各个环节不能偏离生物基本知识和基本原理。
2.单一变量原则。所谓单一变量原则，是指控制其他因素不变，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要处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。一般来说，应该做到以下几点：一是所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面要尽量相同或大致相同;二是所用实验器具（试管、烧杯、培养皿、广口瓶等器具）的大小型号要完全一样;三是所用实验试剂的成分、浓度、体积要相同，尤其要注意体积上等量的原则;四是所用处理方法要相同。
3.对照性原则。对照是实验控制的手段之一，目的是消除无关变量对实验结果的影响。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。
二、实验设计的基本步骤
实验设计的基本步骤包括：了解题目要求、明确实验目的、分析实验原理、确定实验思路、设计实验步骤、分析实验结果。
1.了解题目要求。首先要明确题意，只有明确题意才能方向明确，少走弯路。
2.明确实验目的。实验目的是确定实验原理和设计实验方案的依据，而对于实验设计来说，实验目的是题干中必须明确的条件，否则整个实验设计就无从谈起。因此在实验设计前，一定要认真审题，准确把握实验目的。
3.分析实验原理，确定实验思路。一个结论可通过许多不同的实验来验证，但究竟应该选用何种设计方案，则要根据题目的具体要求来确定。所以在把握实验目的之后，要弄清题目的设计要求，之后在此基础上确定实验思路。
4.设计实验步骤。实验步骤是实验设计的核心，在解答实验设计题目中，对于实验能力的考查主要是通过实验设计的步骤来体现的。最好的实验设计思路也要通过具体的实验步骤来体现。要合理设计好实验步骤，一方面需要学生掌握一定的实验理论知识，明确实验设计应遵循的原则;另一方面要有一定的实验技能。
5.分析实验结果。实验是手段，结果才是目的。因此，一定要对实验结果进行讨论、分析。
三、实验设计过程中要注意的几个问题
1.步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙述，并加以编号。在分段叙述的过程中，要掌握一定的技巧，一般情况我们分三步进行：
第一步，一般是对实验进行分组;
第二步，一般是对实验对象进行处理;
第三步，观察、记录数据、现象等。
如果在题目中没有给出实验步骤，我们可以按照以上的方法设计实验。如果题目中已经规定步骤，那我们可以灵活处理。具体做法是压缩步骤或分解步骤，如把二、三步压缩为一步，或分为两步，要视题目的具体情况而定。
2.要注意分组以后的表述，前后一致，否则会导致实验设计过程中表述上的混乱。
一、 实验导入基本结构
1.创设实验情境，激发学生学习兴趣，为了使与学生之间的教与学能够同步进行。并且使学生们能够迅速地进入到主动学习的状态当中去，作为教师的我们应该尽可能为学生们提供一些较为新颖的实验环境，再配合上一些生动的描述或者是对比鲜明的媒体运用。这样就能更好地激发起学生们的求知欲望，并且更增加了学生们的学习兴趣。而增强趣味性的途径有两条：一则是有目的地选择一些有趣的实验；二就是设计一些教学实验的程序，充分运用语言上的独特艺术魅力，这样既能激起学生们的感情波动又能引发学生对学习的疑问。
2.想要激发学生们认知的冲突，那就需要有既新奇又生动的实验现象，当能引起学生们的好奇心时才会使得他们积极地去思索、去学习。但这并不代表学生们就可以趋向于老师的教学目标，而且这也不一定就能产生认知的冲突。这时教师就应该对学生进行正确的引导和正确的组织了，并应该尽快地使同学们认知上的矛盾表现出来，使学生们在思维上产生冲突，并让学生们对自己能解决问题拥有信心，但在想解决问题时又因为仅凭自己现在所具有的知识还仍然无法解决他们所遇到的问题的这种心理矛盾。实验导入法的应用是在整个生物学发展中占有很重要的地位的，因此在此期间也发生了许多有意思的事情，并且进行了无数次的实验，把这些素材加以整理后再来导入教学的课堂中，并加以多媒体的演示配以视频、图片，会使得课堂更加的生动并增加学习气氛。例如：课本在讲“光合作用”这一内容前，首先讲述了历史上很多光合作用的发现过程的实验，其中较完整地再现了人类对光合作用发现的过程。但笔者在处理这一教材内容时，首先向学生讲述的是范·海尔蒙特的“柳树实验”，因为这是人类最早对植物生长的研究。1648年，比利时的科学家海尔蒙特由于对亚里士多德观点的怀疑，做了类似的实验：把一棵重2.5kg的柳树苗栽种到一个木桶里，木桶里盛有事先称过重量的土壤。以后，他每天只用纯净的雨水浇灌树苗。为防止灰尘落入，他还专门制作了桶盖。五年以后，柳树增重80多千克，而土壤却只减少100g，由此海尔蒙特为此提出了建造植物体的原料是水分这一观点。但是当时他却没有考虑到空气的作用，如何解释这一问题呢？海尔蒙特为此提出了“建造植物体的原料是水”这一论断。当然我们现在都知道这是错误的，但当时海尔蒙特为何在设计了如此经典的实验后又犯下了我们现在看来如此低级的错误呢？教师组织学生开始讨论他的这一论断，最终小结得出“海尔蒙特忽略了空气对柳树生长的影响”。然后教师再提问：“那又是谁首先想到植物生长与空气有关的呢？下面让我们来看1771年英国科学家普利斯特利所做的实验。” 以此导入新课。在教学中导入实验的方法其实还有很多种，而同一个课题的导入方法也是有许多的不同方式的。其导入的方法依据主要是根据教学内容的特点与学生实际的情况的不同而改变的。通常在这种情况下都要在章节单元的开始时或是课题内容较平实时的情况下进行，当然了，更可以考虑一下选择有趣味性的奇特的现象法或者实验故事导入法；如果该知识点有一定的抽象性，或学生存在比较顽固的错误思维定式，这时就需要选择能激发学生强烈思维冲突的方法与教学，特实验现象法或暗箱导入法；应用性较强的课题，则应更多地采用联系实际的实验导入法。在生物课堂教学当中的导入法，在实验导入中有着许多的优势在其中。
二、积极地开展一些课外的活动，并适当地引导学生自主地做一些调查报告
在新课程中更加地强调学生们的实际动手操作能力，我们应该积极地倡导这种探究式的学习。所以，作为生物老师我们应该开展一些有意义的课外活动，以此来丰富学生们在学科知识外的实际操作能力。我们还可以开展一些小课题并用来研究，这样可以充分调动学生们去搜索资料，并对这些资料加以整合。上个学期，我指导学生开展了一些比较具有实际意义的实际活动，比如《植物园的植物数量和种类和统计》、《本地区特有动植物物种的调查》、《在校学生与非在校生的近视比例分析》、《公园的植物种类分布情况》、《城市人口浪费水资源的调查情况》等等，虽然这些调查报告显得有点稚嫩和不够完善，但却能够充分调动学生的学习积极性，更重要的是要给每一个学生都有开拓视野的平台和使得自我的能力得到提升。让素质教育的教育理念真正得以实现了， 并更加注重 “以生为本” 的思想。
三、 充分地利用有限的课时， 提高每一堂课的教学效率
另外，由于新课标生物学的课程的教材容量增大了，并且涵盖了必修的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三本教材内容，但由于生物课和所谓的三大主科来讲课时安排也是相对的较少，每个星期都只有两节， 我们的时间不是太够用，所以也就没有给学生们进行阶段性复习的时间了。而学生们对于生物课方面不太重视并且花费的时间也很少。因此也就导致了学生们学一点忘一点， 对于基础的知识掌握很是不牢固的现象，最终就变成了成绩很不理想的结果。面对这种情况，我们应该紧紧地抓住课堂上的这40分钟，因为课堂上的效率是最高的，只有这样才能获得主动权，并在最后的考试中取得一个满意的成绩。因此，我们可以在开新课前的5分钟或10分钟对前面所学的基本概念、 原理、 生理过程等加以温故， 疏通整个知识章节的脉络结构，从而达到巩固基础知识的效果。而在整个高中生物学的教学阶段当中，尤其是新教材之中适合采用这种实验导入到课本当中的内容确实也不少。但是在真正的课堂教学实践过程当中， 要根据不同的教学内容和学生们的不同特点而采用实践导入、主动学习、课外实践等不同方式从而达到提高学生能力的目的。
参考文献：
[1]郎爽.浅谈中学生物趣味教学法的应用[J].中国-东盟博览，2011，（06）：56
中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1671―0568（2013）24―0154-02
当前，小学、初中、高中对于生物课堂的的实验教学都存在许多问题和弊端，尤其是高中生物教学。生物教学同其他科目一样都是教学的组成部分之一，其灵活性和操作性都比较强，因此，要加强生物教学中学生的实验设计能力。结合学生的学习特点、学习兴趣，以实验教学为出发点，把实验设计能力的培养作为教学课程的重点项目之一。这样不仅能完善教学机制，还能提高学生的综合能力，将知识和能力的培养结合起来。
一、实验教学的必要性及流程
实验教学与课堂教学最大的不同在于它的操作性。学习是理论联系实际的过程，因此，实验教学在学习过程中显得格外重要。对于学业繁重的高中生来说，实验教学一方面可以增强他们的学习积极性和学习兴趣，提高他们的自主学习能力，另一方面，在一定程度上也能减轻学习压力，使之在轻松的学习环境下学习。同时，在充分掌握科学知识原理的情况下进行科学实验，明确研究的目的和要求，实验者可以及时准备实验所需的材料，制定学习步骤。生物学实验设计主要从七个方面把握：明确实验目的、掌握实验原理、确定实验类型、设计实验步骤、准备实验材料、确认变量、设计实验装置。
二、学生实验设计能力训练的过程
学生实验设计能力的培养需要很长时间，这就要求学生要寻求适合自身的学习方法，一个好的方法可以使学习达到事半功倍的效果。因此，在教学过程中，教师的引导作用就显得尤为重要。教师要根据学生的认知能力和接受程度来制定教学方案，只有这样才能更好地提高学生的实验设计能力。
1.了解实验目的。了解实验目的是实验进行的前提，因此，要明确实验解决的问题，准确把握实验重点。在实验过程中，常常会出现许多变量，要准确地 把握这些变量，就必须了解实验的目的，以便正确地选择相关实验原理进行实验设计。由于不同的实验有不同的原理，所以还要求学生在课堂教学过程中熟练地掌握基本原理，以加强理论研究。
2.掌握实验原理。掌握实验原理是在明确实验目的后的工作，对于生物学的实验来讲，还要了解一些化学方面的知识，如水的形成原理、二氧化碳的形成原理等，实验原理是实验设计的理论基础，是实验操作的科学依据。实验步骤和方法都要依据实验的原理来制定，因此，掌握实验原理对于提高学生的实验设计能力非常必要。
3.实验材料的选择。掌握实验原理后就要选择适当的实验材料，在选择实验材料中应做到以下五点：符合实验的原理、便于取材、容易观察、符合实验的目的、便于操作。实验材料的选择看似简单其实非常有讲究，需要学生细心做好实验前的准备工作，这样就可以为实验减少出错率，提高效率。
4.分析变量。在实验进行过程中会遇到一些变量，它是随着实验的进行而产生的。根据变量在实验中的作用，可以将其分为两大类：自变量和因变量；无关变量和额外变量，在实验过程中一般使用的是自变量和因变量。因此，为了保证实验的稳定性就必须严格控制好变量，并及时做好数据的记录和分析，同时还要认真观察实验过程中所发生的变化，以便提高实验的准确度。
5.明确实验类型，设置实验装置，计划实验步骤。实验的方法有很多，种类也多种多样，在明确实验类型前，要把握实验的种类，再根据实验的目的、原理确定实验类型。确定好实验类型后，要设计实验步骤，这一环节是提高学生设计能力的有效途径，给学生提供了根据实验设计的原理设计实验步骤的创造平台，但同时也不能忽视设计遵循的原则，不能盲目设计。最后是设置实验装置，这个步骤有助于提高学生的设计能力，学生要选好器材进行正确的设计、装置，为实验做好前期准备。例如，一些实验器材的摆设和调整，这就要求学生要熟练掌握实验器材及其用途，为实验的实施减少不必要的技术错误。此外，在实践过程中，还要对可能出现的实验结果进行预测，做到全面分析。
三、提高学生实验设计能力的方法
1.树立正确的实验思想理念。在高中生物教学中，对课本知识的理解融汇才能作用于实践。随着新课标的实施，在开始实验之前，首先，教师要熟知各个实验方法和内容，通过讲解来引导学生探索实验研究所隐含的知识，并且使学生产生探索兴趣与求知欲望。高中生物课包含许多实验，学生必须实践参与，才能有所体会领悟，所以教师应起到抛砖引玉的作用。
2.锻炼学生的思维能力。在日常的生物教学过程中，教师应从生活现象举例说明引导学生，让枯燥理论与日常生活情景结合在一起，丰富教学内容，拉近学生与学科间的距离。激发学生的创造性思维，让学生从课本上的知识就能够举一反三，使学生全面发展。另一方面，为学生实验设计能力的开发提供了帮助。
3.增强实验设计的操作性。学生的实验设计能力不是一蹴而就的，需要长时间的训练培养锻炼才能逐步形成。所以，教师在日常教学过程中，需要布置符合学生某一发展阶段的适量难度的实验设计课题，让学生自主尝试不同的实验设计方法进行设计实验，有充分自由发挥的空间。同时，加强学生实验设计方法的实训。通过这种锻炼模式，在进行了一定数量的实训后，学生有了一定能力后，教师要适时予以指点，消除学生的疑虑，又必须引导他们互相交流、探讨彼此的想法和设计成果。之后，还需要教师指引学生，让学生自主总结，来提高学生的实验设计能力，从而加深对知识的理解和运用。
总之，学校既要为学生提供可供实验的器材和场地，也重视要对学生的实验设计能力的培养，尽量增加教师人数，为学生的生物教学实验设计予以指导。还要求教师要与时俱进，学会运用网络的力量，实现教学相长。同时，教师要有高度的责任感，要认真做好本职工作。在日常教学活动中，应注意因材施教，培养学生的实际实验设计能力，让他们树立正确的实验思想理念，锻炼其思维能力，由此，使学生实现全面发展。
[中图分类号]G424 [文献标识码]A [文章编号]1000-5962（2013）05（a）-0099-01
引言
实验设计题注重对学生生物实验能力的考察，能够全面考察学生对相关知识的理解能力、语言组织能力及迁移和综合运用能力。结合近年来全国各地的理综试卷来看，实验设计是实验考察的重点，同时也是考生失分较多的题型。为了提高考生对生物实验设计题的解题能力，作者认真分析了高中生物教学中的不足，提出了一些切实可行的解决方案，对广大学生和生物教师有一定参考意义。
1.明确实验目的
对生物设计题进行解题之前，要先认真审题，寻找题目的关键词、创新点、考察内容等，才能了解题意少走弯路。首先要明确实验设计要解决什么问题，是验证性实验还是探究性实验，对不同的实验采用不同的思考方式。然后明确该实验的目的，即验证或探究此生物事实是考察哪一方面的内容或生物事实是什么。
2.分析实验原理
明确实验的目的后，要认真分析该实验的科学依据是什么，主要涉及了生物学科和其他那些科目的知识，往往生物实验设计题和化学、物理等科目联系比较紧密，这就需要学生广泛阅读，集思广益，多和同学老师交流。只有做好这些，才能真正把握实验设计的关键点、要点、考点和重点，进而对设计进行改进和创新。
3.把握实验的基本原则
为了取得理想的实验效果，实验设计中必须严格遵守几条实验原则：
（1）要遵循实验对照原则。一个完整的实验设计最少要包括实验组合对照组，为了体现实验的严谨和可重复性，甚至可以设置多组实验组合对照组。实验组接受处理，而对照组不做处理。如在“探究甲状腺激素对动物发育影响”的实验设计中，以蝌蚪为实验载体，主要设计了甲乙丙三组样本：甲组蝌蚪饲喂甲状腺激素，用来做为实验组，乙组蝌蚪饲喂甲状腺抑制剂，用来做为条件对照组，丙组蝌蚪不做任何处理，用来和甲组乙组的蝌蚪做空白对照。
（2）遵循单一变量因子原则。变量是实验设计中由实验者控制的因素和条件，根据其在实验中的作用，变量可分为反应变量和实验变量、额外变量和无关变量，实验设计之前，实验者就要把它们严格区分开来。要想取得理想的实验结果，各个实验组就要遵循以下几点：实验变量的数目相同；实验等量原则；实验对象一致，即每次实验所加的试剂的量要相等；实验时间和实验条件要一致。
（3）实验还必须遵循平行性原则、重复性原则、随机性原则、科学性原则等等，只有严格遵循、层层把关、科学指导，才能提高自己应对生物实验设计题的能力。
4.明确实验条件，科学选取实验材料和用具
4.1实验设计题中已经提供实验材料和用具
考生进行实验设计之前，要根据实验所提出的要求和问题，认真分析题中提出的器材在实验中有什么作用，每个器材是否都必须用到以及该怎么利用这些器材。只有弄情了这些问题，实验设计才有章可循。题目中提供的实验材料和试剂一般都应充分利用，如非特殊说明，自己不能随意增加材料和试剂。如果题中明确说了要从题目中提供的器材选取材料和试剂进行实验设计，考生就要认真分析，严格选取，避免多用或者少用，在实验设计时不能有遗漏。
4.2自行确定实验材料和用具
这类题型难道较大，题型灵活多变，是比较开放式的设计题。为了减少失分，考生需要根据实验步骤和要求，联系相关的生物知识、化学知识、物理知识等，熟悉相关实验材料和器具的作用，选取合理、科学、恰当的材料和用具来进行实验设计，只有这样，才能有效提高自己应对此类设计题的能力。
5.合理设计实验设计步骤
合理规划实验设计的步骤是快速解答的前提，尽管每个实验设计的目的和原理不尽相同，但根据实验内容和实验进程大致可以划分为以下几步：（1）选取材料和试剂，对实验进行分组、编号，实验材料的取舍要遵循单一变量因子原则，分组编号要遵循随机性原则。（2）根据实验变量设置对照实验，注意除了实验变量不同外，其他因素都应该相同并且适宜。（3）控制实验时间，让实验组充分反应或培养。（4）观察并且记录，找出具体记录和观察的对象，同时比较实验数据和现象，如果实验现象比较隐蔽，必须设计好具体的检测方，用来显示结果，便于记录和观察。
6.全面分析实验结果
实验结果指能够测量或可观察的实验现象，是实验结论的主要依据。我们需要根据实验原理及记录下来的实验现象和数据，进行合理分析，准确判别，要做到实验结论和实验现象复合科学逻辑和生物原理。预测实验的结果和结论通常可以分为两类：
（1）验证性实验。这类实验在实验设计前已经知道实验结果，实验过程在于获取预期的实验结论，实验目的是为了让实验人员了解实验的操作方法，了解实验的基本原理。
实验目的是指要探究或者验证的问题或事实，在实验目的的称述中，一般采用叙述的形式。根据实验类型可将实验分为探究性实验和验证性实验。探究性实验的实验目的主要是探索研究对象的属性、特征以及与其他因素的关系；而验证性实验的实验目的主要是验证已知研究对象的属性、特征以及与其他因素的关系。学生往往因为不明确实验目的究竟要写什么而出现书写不规范无法得分的情况。
【例1】 为了探究某物质（X）的作用，研究者提出了以下实验思路：
（1） 实验分组：
甲组：培养液+Y细胞+3H-Tdr(3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷)+生理盐水；
乙组：培养液+Y细胞+3H-Tdr+X（用生理盐水配制）。
每组设置若干个重复样品。
（2） 分别测定两组的CRD（细胞内的放射性强度），求每组的平均值。
（3） 将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定CRD，求每组平均值并进行统计分析。（要求与说明：答题时用X、CRD、3H-Tdr表示相关名词，Y细胞是能增殖的高等动物体细胞）请回答：
（1） 实验目的： 。
（2） 预测实验结果及结论： 。
（3） 实验中采用3H-Tdr的原因是： 。
答案：（1） 探究X对Y细胞增殖（DNA的合成）的影响
（2） 如果乙组CRD明显高于甲组，说明X对Y细胞增殖有促进作用
如果乙组CRD与甲组基本相同，说明X对Y细胞增殖无影响
如果乙组CRD明显低于甲组，说明X对Y细胞增殖有抑制作用
（3） 3H-Tdr是DNA合成的原料之一，可根据CRD变化判断细胞增殖情况
1.1 常见错误
“X物质对细胞生长的影响”；“X物质对Y细胞的作用”；“X物质对Y细胞吸收3H-Tdr的影响”；“X物质对高等动物的影响”；“X物质对CRD的影响”；“X物质能否促进细胞内CRD的合成”。
1.2 应对策略
实验目的中一般应呈现出以下三种信息：
（1） 探究因素（自变量）:X物质。
（2） 实验对象:细胞。
（3） 观察目标（因变量）:增殖情况。
所以探究性实验目的一般可以套用以下格式：探究自变量对实验对象、观察目标的影响。而该题中学生在答题时主要没有准确找到观察目标，出现了一些错误指标如“细胞的生长”、“高等动物的影响”等。确定观察目标是要根据题目中所给的信息，通过实验思路可以看出甲、乙两组分别为实验组和对照组，实验变量为X物质。但甲乙两组又同时加入了3H-Tdr（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷），根据所学的知识，3H-Tdr应该用于DNA的合成，自然观察目标也就是DNA的合成，或者发生DNA合成的时期——细胞的增殖，所以观察目标也就是因变量为细胞的增殖。
2 实验原理书写不规范
实验原理是实验设计的依据和思路，是实验进行的科学理论，同时也是检测结果的理论依据，既体现实验设计的整体思路，也包括实验现象与结果出现的原因以及重要实验步骤设计的根据等。在答题时如果学生不理解何为实验原理，很难得分。
【例2】 为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠活动状况为观察指标设计实验。
某同学的实验方案如下：
① 将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录其活动状况。② A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组注射等量生理盐水。一段时间后，A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，B组活动状况无变化。③ A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段时间后，A组小鼠低血糖症状缓解，B组活动状况无变化。
该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。
请回答：该实验的原理是什么？
答案：胰岛素具有降低血糖的作用。体内胰岛素含量过高时，引起血糖下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。
2.1 常见错误
错将实验原理写成实验原则：如单一变量原则、对照原则，没有理解实验原理的实质。
实验原理不完整：如只回答胰岛素具有降低血糖的作用。
观察指标阐述错误：本题中已经明确指出以小鼠活动状况为观察指标设计实验，但很多学生还是把观察指标写成直接检测血糖浓度。
2.2 应对策略
实验原理可以从以下3个方面来书写：
（1） 自变量作用的科学依据：实验中涉及到的科学依据必须是经人证明的科学理论，往往来源于书本。如，胰岛素能降低血糖浓度；还原糖与斐林试剂加热时产生砖红色的沉淀；淀粉遇碘变蓝。
（2） 因变量获得的原理。因变量是实验现象与结果出现的原因，如本题中胰岛素含量过高，引起血糖下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。如在验证甲状腺具有促进动物新陈代谢的作用时，甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，从而使耗氧量和活动量加大。
（3） 因变量检测的方法：如观察特异颜色变化、溶液浑浊度、沉淀和气泡现象；观察形态结构、生理特征变化；测量生长发育速度；测量生化反应速度等。
3 实验结果分析不到位
实验结果是在实验结束时出现的，通常伴有一定的现象。在验证性实验中结果是在预料中的，无需再预测；而探究性实验的结果应该对应假设，分类讨论，而且要根据预测的不同结果得出相应的结论。以例1第二小题为例，通常有3种可能：如果出现现象①说明自变量促进因变量；如果出现现象②说明自变量抑制因变量；如果出现现象③说明自变量与因变量无关。
3.1 常见错误
学生对结果的分析不全面，不能把所有的情况都写出来，可能原因是没有真正理解题目的要求或者对于探究性实验的结果与结论不能正确把握。
在回答时学生容易将结果与结论的关系倒置，如“如果X对Y细胞增殖（DNA合成）有抑制作用，说明乙组CRD明显高于甲组”。
中图分类号G633.91 文献标识码B
1 实验题目的拟定
一个实验题目中应该体现出该实验的性质是验证性实验还是探究性实验。所以验证性实验的题目应写成“验证……”;探究性实验应写成“探究……”。
探究性实验的题目中的格式一般为“探究自变量对因变量的影响”
【例1】在用生长素促进某植物枝条生根的实践过程中,发现枝条生根情况不一,分析其原因,认为可能与生长素的浓度有关。请据此拟定一个相关研究的课题,要求写出课题名称及相关研究中的观察指标和影响这一指标的因素。
解析:显然可以确定生长素的浓度为自变量,枝条生根情况为因变量。
答案:探究生长素浓度对该植物枝条生根的影响观察指标:生根数量(或长度)影响这一指标的因素:生长素浓度。
2 实验结论
实验结论是由实验结果推出自变量和因变量之间的关系
【例2】为了验证“植物主茎顶芽产生的生长素能够抑制侧芽生长”,某同学进行了以下实验:
①选取健壮、生长状态一致的幼小植株,分为甲、乙、丙、丁4组,甲组植株不做任何处理,其他三组植株均切除顶芽。然后乙组植株切口不做处理;丙组植株切口处放置不含生长素的琼脂块;丁组植株切口处放置含有适宜浓度生长素的琼脂块。
②将上述4组植株置于相同的适宜条件下培养。
回答下列问题:
(1)各组植株侧芽的预期生长情况分别为:甲组_____;乙组_____;丙组_____;丁组_____。
(2)比较甲组与乙组的预期结果,能够说明__________。
(3)比较乙组和丙组的预期结果,能够说明__________。
(4)比较丙组和丁组的预期结果,能够说明__________。
(5)顶芽产生的生长素抑制侧芽生长的原因是__________。
解析:如甲组和乙组之间的自变量是顶芽是否存在,因变量是侧芽是否受抑制,所以结论应该为顶芽可以抑制侧芽的生长。同理可以分析出乙组和丙组及丙组和丁组的结论。
答案:(1)生长受抑制 生长 生长 生长受抑制 (2)顶芽生长抑制侧芽的生长 (3)琼脂块对侧芽生长没有影响 (4)对侧芽生长起抑制作用的是生长素 (5)顶芽产生的生长素向下运输、在侧芽处积累较多,侧芽对生长素浓度比较敏感,使侧芽生长受到抑制
3 实验设计思路
实验设计思路是指实验设计的大致过程,通常包括如何控制自变量,怎样控制无关变量,怎样检测因变量等。在写实验设计思路时要“上看实验器具,下看实验步骤”。
值得提醒的是,有些实验思路中仅写3种变量的控制是不完善的,还要具体考虑题目的信息。总之,实验设计思路可以看成是实验步骤的浓缩。
4 实验假设
实验假设是指在探究性实验中对所要研究的问题提出的一种解释
例题:探究生长素是否具有延缓叶片衰老的作用。
实验假设就是:生长素具有延缓叶片衰老的作用(或生长素不具有延缓叶片衰老作用)。
5 实验原理
是整个实验的设计的依据,支持自己设计的实验结果出现的科学依据。也就是正因为该科学依据的存在才能导致设计的实验出现结果。
【例3】为了验证胰岛素具有降低血糖的作用,以小鼠活动状况为观察指标设计实验。
某同学的实验方案如下:
①将正常小鼠随机分成A、B两组,观察并记录其活动状况。
②A组小鼠注射适量胰岛素溶液,B组注射等量生理盐水。
一段时间后,A组小鼠会出现四肢无力,活动减少,甚至昏迷等低血糖症状,B组活动状况无变化。
③A组小鼠出现低血糖症状后,分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段时间后,A组小鼠低血糖症状缓解,B组活动状况无变化。
该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。
请回答:
(1)该实验原理是什么?
(2)分析小鼠注射胰岛素溶液后出现低血糖症状的原因。
(3)胰岛素在血糖平衡调节中的作用是什么?
6 结果分析
6.1 验证性实验的结果分析是指解释该实验结果出现的原因
【例4】为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗,请用所提供的实验材料与用具,在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上,继续完成实验步骤的设计和预测实验结果,并对你的预测结果进行分析。
实验材料与用具:烟草幼苗、试管两支、NaHCO3稀溶液(为光合作用提供原料)、真空泵、暗培养箱、日光灯(实验过程中光照和温度等条件适宜,空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计)。
实验步骤和预测实验结果:
(1)剪取两小块相同的烟草叶片,分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时,叶片均浮在水面。
(2)用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后,敞开试管口,可观察到叶片均下沉到试管底部。
(3)______________。
分析预测结果:__________。
分析预测的结果:__________。
(1)光照下,NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用,释放出来的氧气多于消耗的氧气,叶肉细胞间隙的氧气增加,叶片上浮。而蒸馏水中缺乏二氧化碳和氧气,叶片不能进行光合作用和呼吸作用,叶肉细胞间隙缺乏气体,因此叶片仍位于试管底部。
(2)黑暗中,NaHCO3稀溶液中的叶片呼吸作用,消耗了叶肉细胞间隙中的氧气,放出二氧化碳溶于NaHCO3稀溶液中,叶肉细胞间隙缺乏气体,叶片下沉。蒸馏水中缺乏氧气,叶片不能进行呼吸作用,叶肉细胞间隙仍缺乏气体,因此叶片仍位于试管底部。
6.2 探究性实验的结果分析是指若……则……进行多种情况的的讨论
那么作为一个探究性实验的多种结果的讨论究竟讨论几种情况才最合适,教师可以根据实验的假设情况进行讨论。有几种假设就可以预测出几种相应的结果和结论。
【例5】探究性实验的结果分析
下图是一种可以测定呼吸速率的密闭系统装置
(1)关闭活塞,在适宜温度下,30 min后读取有
色液滴向______(左佑)移动的距离
(2)为了使测得的数据更准确,必须进行矫正。矫正装置的容器和小瓶中应分别放入
(3)生活中发现,受到机械损伤的樱桃易烂。有人推测易烂与机械损伤引起樱桃呼吸速率升高有关。请结合测定呼吸速率实验装置,设计实验探究机械损伤对樱桃呼吸速率的影响。
①实验假设
②实验步骤_______。
第一步:按装置图中所示进行操作,30分钟后,记录有色液滴移动距离a。
第二步:__________。
第三步:_________。
④结果分析:__________。
解析:该实验的可能会出现的假设
①一定程度的机械损伤对樱桃的呼吸速率无影响
②一定程度的机械损伤对樱桃的呼吸速率有促进性影响
③一定程度的机械损伤对樱桃的呼吸速率有抑制性影响。
因为可以出现三种实验假设所以就会预测出三种相应的实验结果和结论,所以该实验的结果分析应该分析三种情况。
答案:
(I)左 (2)等量的消毒死的樱桃:等量的20%NaOH 5 mL
(3)②机械损伤会引起樱桃的呼吸速率升高/机械损伤和樱桃的呼吸速率无关/机械损会使樱桃的呼吸速率降低。(书写任意一种情况)
③第二步:将装置中的樱桃进行机械损伤,放入该装置,30min后记录有色液滴的移动距离为b。
第三步:比较a,b的大小。
④结果及结论:如果a=b;则无影响。
如果a>b;则抑制。
如果a
8 写操作步骤
实验操作的表述从形式上看,应分步、分组。分组时要标号,同时注意单因子变量原则。分步原则上是三步:第一步实验准备(选材料分组编号),第二步实验进行(交代自变量是怎样控制的),第三步实验现象观察及记录(交代因变量是怎样测定的)。三步中要时刻交代清无关变量时怎样控制均衡的。
例:以下是验证某大豆品种的矮化特性与赤霉素的含量有关的实验步骤。
