第三章中学生物学实验具体设计

第三章中学生物学实验具体设计

第一节验证性实验的设计

1、验证性实验定义 验证性实验是指对研究对象有了一定了解，并形成了一定认识或提出了某种假说，为验证这种认识或假说是否正确而进行的一种实验。验证性实验本质是“验证”，实验所得到的结果不是要揭示“有什么”或“是什么”，而是将实验结果作为论据来论证某个原理或法则是否成立，或者证实发生的物质或结构的动态变化，即为阐明“为什么”或“怎么样”提供实验依据。

验证性实验的缘起 ●验证性实验是在教师的启发下，学生用实验的方法来验证已学过的生物学原理、概念或规律。 ●验证性实验也可以针对学生所提出的种种猜想或假设通过实验予以验证。

2、验证性实验设计的主要特征（1）

验证性实验设计的主要特征（2）

3、验证性实验设计的基本方法 以《生命科学》（高中第二册）“观察牛蛙的脊髓反射现象 ”实验为个案，介绍生物验证性实验设计方法中通常所涉及的主要环节。

明确实验目的、确定实验原理、预测实验结果明确实验目的、确定实验原理、预测实验结果首先：要明确实验目的，即本实验欲解决什么问题？其次：要考虑如何来解决这个问题？即依据何生物学原理来解决这个问题，由此提出实验原理。

观察牛蛙的脊髓反射现象（1） 实验目的：验证中枢神经系统的脊髓功能，这种功能即便在中枢神经系统的脑切除之后仍存在，其结构基础是反射弧。实验设计所依据的基本实验原理：脊髓反射中枢的调节功能和反射调节依赖的结构基础-反射弧。

观察牛蛙的脊髓反射现象（2） 实验预测：当切除牛蛙脑后，伤害性刺激蛙体仍可产生反射行为刺激，验证脊髓；当去除皮肤感受器后，蛙体对刺激无发射行为出现，验证反射行为的结构基础是反射弧。

设计验证实验的方案 第一步：列出本实验所需要的实验器材及实验药品。第二步：设计去脑牛蛙制备的方法及去脑牛蛙之后的处理注意事项。

第三步：设计验证反射弧中感受器环节的对照实验第三步：设计验证反射弧中感受器环节的对照实验在本实验的感受器验证中，所设计的对照属自身对照。教材：通过设计同一牛蛙后肢脚趾分别用蒸馏水、0.5%HCl刺激以及用0.5%HCl刺激腹部的3个自身对照，然后对同一脚趾皮肤作一环行切口后用0.5%HCl刺激去皮肤脚趾作为实验处理，来验证皮肤感受器在反射弧结构中的作用。

第四步：设计验证脊髓神经中枢 在反射弧中作用的实验环节教材：先用0.5%HCl刺激保留皮肤脚趾的步骤设计为自身对照；然后，捣毁脊髓再用0.5%HCl刺激同一脚趾作为实验处理，通过反射行为是否出现来验证脊髓神经中枢在反射弧中的作用。

分析与讨论 观察并准确记录符合预测现象或与预测相对立的实验现象，并依据实验现象作出相应的实验结论。

教材在本实验的“分析和讨论”部分针对本实验可能产生的实验结果共设计了3个分析讨论题（1）：教材在本实验的“分析和讨论”部分针对本实验可能产生的实验结果共设计了3个分析讨论题（1）：通过第一题“实验中的三个手术：切除脑、环割脚趾皮肤以及破坏脊髓的作用分别是什么？”来论证脊髓在中枢神经系统的调节功能和反射行为发生的前提是反射弧结构的完整性。通过第二题“请解释搔扒反射的中枢及可能的调节机制” 来验证脊髓是搔扒反射的中枢；搔扒反射可能的调节机制可用教材反射弧模式图来解释。

教材在本实验的“分析和讨论”部分针对本实验可能产生的实验结果共设计了3个分析讨论题（2）：教材在本实验的“分析和讨论”部分针对本实验可能产生的实验结果共设计了3个分析讨论题（2）：第三题“实验结果与预测结果是否一致？请说明原因。” 若实验结果与预测结果相一致，说明实验设计所依据的原理是科学的、实验步骤设计是准确的、学生实验操作过程是规范的；由于本实验设计为验证性实验，在排除实验原理与实验步骤设计的因素之外，若出现实验结果与预测结果不一致的现象，主要原因是实验对象本身的状况发生了变化以及所用HCl的刺激强度。

4 、验证性实验设计的个案展示

案例1维生素D对小白鼠生长效应的验证性实验设计案例1维生素D对小白鼠生长效应的验证性实验设计 1、提出假设维生素D与机体钙、磷代谢密切相关，其主要作用是促进小肠对钙、磷吸收，而钙、磷是机体生长发育不可缺少的元素。基于以上理论背景，设想：通过人为改变动物饲料中维生素D的添加，验证维生素D与动物生长的关系。

2、实验过程的设计 白鼠基本饲料配方：玉米粉 76% 麸皮粉 20% 食盐 1% 碳酸钙 3% 将上述饲料成分加适量水混匀，蒸煮。

控制组的设置 取10只断奶4-5天（日龄25-30日）幼年白鼠随机分成两组。实验组与对照组的区别: 对照组按每100g饲料加入20滴维生素D滴剂； 实验组的饲料中则不加入维生素D滴剂。

饲养方法 两组白鼠分开饲养，饲养笼置于无阳光直射处。 每天上下午各喂食1次并提供充足的饮水。 保持笼内清洁卫生，避免干扰影响。

3、观察与记录 体重记录：饲养期间逐个按日称重并记录 形态记录： 实验组：生长迟缓——体重增加不明显；病态呈现——步态不稳、毛发蓬松卷曲等。 对照组：体重日增、形态正常。

案例2、植物的向光性验证性实验设计

1、提出假设 在自然界，植物普遍具有向光性生长的现象。基于以上自然现象，设想：通过实验设计，观察植物在单侧光照射下的生长情况，验准植物的生长具有向光性。

2、验证性实验的设计方案 ●实验器具小麦种子(或燕麦、玉米)、培养皿、纱布（或滤纸）、不透光的纸盒、锡纸、台灯

小麦种子萌发 取3个培养皿，皿内分别铺垫纱布，用水湿润后分别在皿内放入等量的种子，让其萌发。

控制组的设置 待小麦幼苗生长至约2cm高时，将3个培养皿随机分别标记为A、B、C，作以下处理： A培养皿内的幼苗胚芽鞘尖端均切去2mm； B培养皿内的幼苗胚芽鞘尖端均带上锡纸做的“小帽”； C培养皿内的幼苗不做处理，设为对照。

纸盒装置 取3个不透光的纸盒，纸盒一侧挖直径为1cm的孔，作模拟单侧光照射时使用。纸盒分别罩住培养皿，白天将装置置于阳光充足的地方，夜间以台灯代替光源，并使光从小孔中透入纸盒。

实验记录 每天打开纸盒，观察幼苗的生长情况，记录高度、倾斜角及当日温度、天气等情况，若能间断地拍照，可保留图片记录。

结果分析 分析实验结果与预测结果是否一致？若一致，则验证本实验所依据的植物生长的向光性原理。

第三章 中学生物学实验具体设计