从2000年高考理综Ⅰ第25题谈实验设计的方法原则和技巧
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从2000年高考理综Ⅰ第25题谈实验设计的方法原则和技巧
近几年的高考试题中，不断出现一些实验设计题，这种题对检测学生的实验分析、思维方式和创新能力等均有较好的作用，具有难度大、开放性高和得分低等特点。
如何做好实验设计题，本文简单谈谈实验设计的方法、原则和技巧。
1 方法
实验设计一般按照如下步骤进行：1)明确目的和要求；2)联系理论原理；3)确定实验思路；4)设计实验步骤；5)实验结果的预期、分析和讨论。
下面以2000年高考理科综合考试(江、浙、吉卷)第25题为例加以说明。
题目：血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，它缺乏则血液不能凝固；草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。
请根据提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果。
验证钙离子在血液凝固中的作用，并回答问题。
1．实验材料和用具
①家兔②生理盐水⑧酒精棉④适宜浓度的草酸钾溶液⑤适宜浓度的氯化钙溶液⑥试管、注射器(针管、针头)
2．实验步骤和结果
第l步：在A、B试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水。
第2步…。
问题：设置B管的目的是。
分析：
1)明确目的和要求此实验的目的、要求是验证钙离子在血液凝固中的作用。
2)联系理论原理此实验的原理是①血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏则血液不能
凝固；②草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。
3)确定实验思路根据目的、原理，确定本实验思路：观察血液中有钙离子和无钙离子2种情况下，血液的凝固情况，以验证钙离子在血液凝固中的作用。
4)设计实验步骤根据实验思路，结合题中所给实验材料和用具，设计实验步骤。
注意题中已给的第1步，要意识到A管和B管是一组对照，在将要设计的各步骤中要注意有关事项，如试剂用量、控制条件。
本题设计步骤如下：
第2步：用酒精棉消毒，用注射器取家兔血液。
第3步：立即将等量的新鲜血液分别加入A、B两试管中，静置一段时间。
第4步：将等量的氯化钙溶液分别加入A、B两试管中(或只在A管中加入一定的氯化钙溶液)。
5)实验结果的预期、分析和讨论完成一步后，要考虑一下，应该出现什么结果，即结果的预期；对探索性的实验由于其结果不确定，就要对结果进行分析和讨论。
本题中第3步后，A管血不凝固，B管凝固；第4步后，A管血凝固，B管仍凝固。
设置B管的目的是作为A管的对照。
2 原则
在实验设计时，除了要对所设计的实验有一个整体设想，有一条清晰的思路和注意操作的可行性外，还要注意以下基本原则：
2．1 科学原则指在设计实验时必须有充分的科学依据，即要以前人的实验、公式或自己的实验为基础，
而不是凭空设想。
2．2 单因子变量原则即控制其它因素不变，而只改变其中一个因素，观察其对实验结果的影响。
如探索温度对酶活性的影响时，只能改变反应的温度，其它如pH、酶的浓度就要完全一样。
2．3 平行重复原则在实验设计中，为了避免实验结果的偶然性，必须对所做的实验进行足够次数的重复，不能只进行1～2次便得出结论。
2．4 设立对照原则在实验中，为排除无关条件的干扰，常常要设立对照。
如例中，为了排除C1-对实验结果的干扰，设立了B管；为肯定是血液中的Ca2+而不是其它离子如K‘、Na+的作用，设计了第4步。
3 技巧
3．1 器材的选择在实验设计中，用具和器材的选择是十分重要的。
必须根据实验目的，联系题目中给出实验器材的作用，准确判断和选取实验所需的用具和器材，不要多用或少用。
如果题目中给出实验器材，必须根据实验目的进行安排，确定需要什么。
总之，必须遵循取材方便、低耗高效的原则。
3．2 实验结果的表达和处理实验结果表达常用的方法有文字描述、表格、坐标曲线图和绘图等，例中所用的是文
字描述。
有的实验如“观察植物细胞有丝分裂”就用绘图表示观察结果，“观察根对矿质离子的交换吸附现象”就可以用表格来表示根、CaCl2溶液和蒸馏水颜色的变化，如右图。
在实验结果表达中，有时要用到其它学科的方法，
使实验结果得以明朗化。
如“观察植物细胞有丝分裂”实验中要用化学方法——染色，“证明DNA是遗传物质”实验中要用物理方法——同位素标记。
常用的表达、处理方法要注意归纳，如颜色变化；“观察根对矿质离子的交换吸附现象”实验，还有光合作用产物淀粉的证明用碘液，DNA的鉴定；有无沉淀：如证明人体呼出的气体含有较多的二氧化碳；测量法：如“植物细胞吸
水和失水”实验中测量萝卜的长度变化；同位素标记法：“光合作用产物氧气中氧的来源”，“DNA的半保留复制”。
总之，掌握方法i明确原则，积累技巧是解好实验设计题的有力保证。
