2024届高考生物备课素材：高中生物学中的实验目的

高中生物学中的实验目的 生物学学业水平考试和等级性考试中，与实验相关的考查内 容通常高于30%，考查内容涉及实验目的、原理、思路或步骤、 结果及结论等方面。学生在解答实验类问题时，往往出现偏题、 跑题等答非所问的现象，究其原因主要为实验目的不清请晰。 实验目的是实验内容的重要组成部分，是实验活动的目标和指 南，实验方案设计等通常围绕着实验目的进行。 1.实验目的决定实验材料的选择 实验成功与否，离不开合适的实验材料，实验材料的选择需 要考虑多种因素，但实验目的决定了实验材料需具备的基本条 件例如，在“检测生物组织中的糖类”实验的中“检测还原糖”实 验，选择了梨和白萝卜作为实验材料而未选用甘蔗汁，其原因为 实验目的“检测还原糖”要求实验材料中含有还原糖，而甘蔗中的 糖主要为蔗糖（非还原糖），通常不用甘蔗汁作为实验材料基于实 验目的又问为什么不选用葡萄这样富含葡萄糖的水果作为实验 材料？其原因为多数葡萄为有色葡萄，而还原糖鉴定是通过使用 本尼迪特试剂水浴加热下产生红黄色沉淀进行鉴定，有色水果本 身的颜色会对实验结果造成干扰.所以，用于检测还原糖的实验 材料应为无色但富含还原糖的水果或蔬菜. 再例如，在探究温度对酶活性的影响实验中，为什么不使用 过氧化氢酶作为实验材料？因过氧化氢酶的底物为过氧化氢，受 热易分解，温度除对酶产生影响外，对过氧化氢本身也有影响， 所以不使用过氧化氢酶作为实验材料， “噬菌体侵染细菌实验”证明了DNA是遗传物质，该实验成 功的关键原因是T2噬菌体的成分简单，仅由DNA和蛋白质组 成，且增殖时间短，适于通过观察生殖过程中DNA或蛋白质的 变化来研究“谁是遗传物质” 2.实验目的决定实验方向 实验目的也就是待解决的研究问题，决定了实验研究方向. 如在“植物的矿质代谢”中，实验目的为“验证某种矿质元素是否 为植物的必需矿质元素”时，就要使用实验的减法原理进行自变 量设计. 从逻辑学原理看，如果A可以推出B,就称A是B的充分 条件；同时，非A推出非B则称A是B的必要条件.因此，为证明 “某种矿质元素是植物正常生长的必要条件”，实验设计采用反证 法.具体实验设计为“以缺乏某元素的完全营养液一组为实验组， 而以完全营养液一组为对照组” 在“证明唾液淀粉酶具有专一性”实验中，则需要在蔗糖溶液 和淀粉溶液均加入等量且适量的淀粉酶溶液，以此证明唾液淀粉 酶对淀粉有催化作用，对蔗糖没有催化作用.在这里使用A是B 的充分条件，实验变量设计采用加法原理， 再如：在“艾弗里证明DNA是遗传物质”实验中，既通过提纯 的S型菌DNA、蛋白质、荚膜多糖分别与R型菌混合培养，只 有S型菌DNA混合培养组获得S型菌，直接证明“DNA是细菌 转化的充分条件”：也通过S型菌DNA中添加DNA酶后与R型菌 混合培养不能获得S型菌，反证“DNA是R型菌转化为S型菌的 必要条件”，即没有DNA时不能发生转化，该实验依据实验目的， 同时运用了实验变量设计的“加法原理”和“减法原理”，证明了 DNA是细菌转化的充分必要条件.从以上实验可知，当实验目的 为探求结果时，使用实验的加法原理设计实验；当实验目的为追 踪溯源时，使用实验的减法原理设计实验 3.实验目的指明实验预期及结论 实验结论是对研究问题的回答，直接具体地反映出实验目 的例如“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，实验目的是解答 酵母菌细胞呼吸的方式是什么，实验在有氧与无氧条件下，通过 对细胞呼吸产物的鉴定，进而证明酵母菌存在两种不同的细胞呼 吸方式.但多数教师和学生误将该实验结论总结为“酒精是酵母 菌进行厌氧呼吸的产物”“需氧呼吸不产生酒精”“需氧呼吸比厌 氧呼吸产生的CO2多”等，这样的结论并未对研究问题作出回 答，没有真正回应实验目的结合实验结果并参照实验目的得出 的实验结论应为“酵母菌的细胞呼吸方式有需氧呼吸与厌氧呼吸 两种，其厌氧呼吸产生二氧化碳和酒精”， 同时，由于探究性实验和验证性实验中目的含义不一样，所 以两类实验的预期结果也存在差异.具体说来，验证性实验的结 果和结论是确定的，依据自变量与因变量的关系，可用逆推法（由 结论推出相应的结果)，得出唯一的结果与结论；但在探究性实验 中，实验结果有多种可能，因而结论是不确定的，在探究性实验 中一般先将自变量与因变量所对应的多种可能关系全部考虑，再 用逆推法推理出各种可能对应的结果，因此结果与结论不唯一， 例如“验证某种子发芽过程中能进行产酒精的厌氧呼吸”实验只 需要设计如图装置，并出现实验结果“装置一着色液滴不动，装 置二着色液滴右移”即能证明.而“探究某种子发芽可进行的呼吸 方式”实验，利用如图装置进行探究，则可能出现表1中展示的 多种实验结果，进而得出不同结论 活塞 者色液滴 活塞 着色液滴 刻度管 刻度管 橡皮塞 橡皮塞 叶容器