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高考生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題錯(cuò)誤分析
【例題】
　　研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在某電鍍廠排水口采集重金屬污染液1000mL，并利用以下實(shí)驗(yàn)材料和器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，研究不同濃度的重金屬污染液對(duì)水稻種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的影響。
　　實(shí)驗(yàn)材料和器材：水稻種子、試管、培養(yǎng)皿、紗布、尺子（100mm）、蒸餾水、恒溫光照培養(yǎng)箱（溫度設(shè)定為28°C，光照強(qiáng)度為2000Lux）（實(shí)驗(yàn)材料和器材的數(shù)量不限）。
　　請(qǐng)根據(jù)以上給出的實(shí)驗(yàn)材料和器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法和步驟，預(yù)測(cè)最有可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出相應(yīng)的結(jié)論。
【參考答案】
　　方法和步驟：
　　① 用蒸餾水將重金屬污染液逐級(jí)稀釋10、102、103、104倍,獲得4種不同濃度的污染液。
　　② 挑選籽粒飽滿、大小近似一致的水稻種子250粒，隨機(jī)平均分成5組。
　　③ 取5只培養(yǎng)皿，墊上紗布。其中4只培養(yǎng)皿加入等體積的不同濃度的重金屬污染液（浸潤(rùn)紗布即可）作為實(shí)驗(yàn)組；另1只培養(yǎng)皿加入等體積的蒸餾水作為對(duì)照組。
　　④ 在每只培養(yǎng)皿的紗布上，均勻放置50粒水稻種子。
　　⑤ 將5只培養(yǎng)皿置于恒溫光照培養(yǎng)箱內(nèi)。每天給實(shí)驗(yàn)組補(bǔ)充等量的相應(yīng)濃度的重金屬污染液，而給對(duì)照組補(bǔ)充等量的蒸餾水，以保持紗布的濕潤(rùn)。
　　⑥ 1周后統(tǒng)計(jì)各組的發(fā)芽率，用尺子測(cè)量幼苗根長(zhǎng)，計(jì)算其平均值。
　　最可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
　　不同濃度的重金屬污染液中的種子萌發(fā)率都比蒸餾水中的低，幼苗根長(zhǎng)也較短。隨著重金屬濃度的升高，種子萌發(fā)率降低，幼苗根長(zhǎng)也縮短。
　　結(jié)論：
　　不同濃度的重金屬污染液對(duì)水稻種子的萌發(fā)及水稻幼苗的生長(zhǎng)均有抑制作用；隨著濃度的增高，抑制作用增強(qiáng)。
【常見的答題錯(cuò)誤】
　　（1） 實(shí)驗(yàn)材料和器材的功用不明確
　　對(duì)于本題，有同學(xué)不清楚尺子的作用，誤答成“在稀釋時(shí)，用尺子量試管溶液的高度”。也有同學(xué)對(duì)紗布的作用不明確，誤以為是“用來過濾”的。
　　如果在解題時(shí)沒有弄清實(shí)驗(yàn)材料和器材的具體功用，必將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。一般說來，若是要根據(jù)題干所提供的材料和器材來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，則應(yīng)明確每種材料和器材的功用并加以合理利用。如果可以任意選擇材料和器材，則題目具有更大的開放性，需要更為仔細(xì)的分析。
　　（2） 實(shí)驗(yàn)步驟的順序錯(cuò)誤
　　有些實(shí)驗(yàn)的步驟順序是絕對(duì)不能顛倒的，如有關(guān)細(xì)菌培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)，只能先“滅菌”后“接種”；有關(guān)溫度對(duì)酶活性影響的探究實(shí)驗(yàn)，一定要先“控制溫度”后“讓相關(guān)溶液混合”，等等。因此，同學(xué)們解題時(shí)可先在草稿紙上寫出大致的步驟，然后再仔細(xì)考慮各步驟之間的順序是否合理。
　　對(duì)于本題，有些同學(xué)選擇“先加種子到培養(yǎng)皿中，然后再加紗布及培養(yǎng)液”，這樣的實(shí)驗(yàn)步驟順序雖然對(duì)解答的結(jié)果影響不大，但也是一種不合理的設(shè)計(jì)。
　　（3） 未遵循單因子變量原則
　　實(shí)驗(yàn)過程中可以變化的因素稱為變量。其中，人為改變的變量稱為自變量，如本題中的重金屬污染液的濃度；隨著自變量變化的變量稱為因變量，如本題中的種子萌發(fā)率和生長(zhǎng)狀況；除自變量和因變量以外，其他可能存在的會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的變量稱為無關(guān)變量，如本題中種子自身的狀況、溫度、濕度、氧氣及光照等。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的自變量只能是一個(gè)，無關(guān)變量要盡可能的相同且適宜。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要分析明確實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組是否只有一個(gè)自變量，無關(guān)變量的設(shè)置是否相同等。
　　（4） 未設(shè)置對(duì)照或?qū)φ諢o意義
　　設(shè)置對(duì)照是一個(gè)最基本的生物實(shí)驗(yàn)原則。對(duì)照可分為：①空白對(duì)照：指不給對(duì)照組施加任何的實(shí)驗(yàn)處理因素；②條件對(duì)照：指給對(duì)照組施加部分非研究的實(shí)驗(yàn)因素；③自身對(duì)照：對(duì)照和實(shí)驗(yàn)都在同一研究對(duì)象上進(jìn)行；④相互對(duì)照：不單獨(dú)設(shè)對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照。有時(shí)一個(gè)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置多種對(duì)照來增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的說服力。
　　對(duì)于本題，很多同學(xué)只設(shè)置了不同重金屬污染液濃度組之間的相互對(duì)照，卻忽視了與只加蒸餾水組的空白對(duì)照，沒能有力地證實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
　　（5） 未遵循等量原則
　　除了自變量外，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組所加的其他實(shí)驗(yàn)材料及物質(zhì)的量要相同或相等。因此，在進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)過程的敘述時(shí)，在恰當(dāng)?shù)牡胤綉?yīng)使用“等量”“適宜”“相同條件”等詞。
　　對(duì)于本題，許多同學(xué)未能很好地對(duì)各組的種子數(shù)量、實(shí)驗(yàn)組的重金屬污染液體積以及空白對(duì)照組的蒸餾水體積等參數(shù)進(jìn)行等量設(shè)置。
　　（6） 未注意平行可重復(fù)原則
　　為了盡可能地避免偶然性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論相對(duì)準(zhǔn)確可靠，實(shí)驗(yàn)必須能夠重復(fù)進(jìn)行足夠多的次數(shù)。若別人按照相同的步驟、條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，應(yīng)能得到相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論。因此，在實(shí)驗(yàn)時(shí)要設(shè)置足夠多的實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。
　　（7） 未注意可操作性或?qū)嶋H情況
　　所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的檢測(cè)必須是實(shí)際的、可操作的，不能太理想化。
　　對(duì)于本題，有的同學(xué)直接在培養(yǎng)皿中加1000mL蒸餾水進(jìn)行稀釋；或?qū)⒎N子放入加了400mL污染液的培養(yǎng)皿中，使種子完全浸沒在液體中；或者是只加一次污染液與蒸餾水，以后不再進(jìn)行添加；或者在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)量重金屬的減少量等，這些實(shí)驗(yàn)操作步驟都是不實(shí)際的或是難以操作的，應(yīng)該注意避免。
　　（8） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果、結(jié)果分析與結(jié)論互相混淆
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)出現(xiàn)的，通常伴有一定的現(xiàn)象，如本題中種子的發(fā)芽率和幼苗根長(zhǎng)等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析應(yīng)該寫“為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的結(jié)果”，通常需要用到一定的實(shí)驗(yàn)原理來進(jìn)行討論，如本題應(yīng)寫出為什么在重金屬污染液中種子的萌發(fā)率會(huì)相對(duì)降低、幼苗根長(zhǎng)會(huì)相對(duì)較短。實(shí)驗(yàn)結(jié)論是由實(shí)驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)出來的，應(yīng)該與實(shí)驗(yàn)?zāi)康南嗪魬?yīng)。同學(xué)們?cè)诮忸}時(shí)，一定要明確題目的要求，不能將實(shí)驗(yàn)結(jié)果、結(jié)果分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論混為一談。
　　（9） 觀察和比較的指標(biāo)不明確
　　要明確觀察和比較的指標(biāo)。
　　對(duì)于本題，有的同學(xué)設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)“各組種子的重量或重金屬的減少量”，事實(shí)上，本題應(yīng)用種子萌發(fā)率的平均值與幼苗的平均根長(zhǎng)作為觀察和比較的指標(biāo)。
　　（10） 因果關(guān)系倒置
　　通常根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果才能推出結(jié)論。其敘述方法是：若出現(xiàn)某某結(jié)果，則有某某結(jié)論。
　　如本題的預(yù)期結(jié)果之一是：在不同濃度的重金屬污染液中，種子的萌發(fā)率都比在蒸餾水中的低，從而得出結(jié)論：不同濃度的重金屬污染液對(duì)水稻種子的萌發(fā)有著不同程度的抑制作用。有些同學(xué)卻把預(yù)期結(jié)果寫成“如果不同濃度的重金屬污染液對(duì)水稻種子的萌發(fā)都有抑制作用，則不同濃度的重金屬污染液中的種子萌發(fā)率都比蒸餾水中的低”，這顯然是不符合邏輯的。因此，在答題時(shí)，同學(xué)們還要注意語言敘述的邏輯關(guān)系。
（11） 審題不仔細(xì)導(dǎo)致遺漏
　　對(duì)于本題，很多同學(xué)只是計(jì)算了種子的萌發(fā)率卻沒有測(cè)量幼苗根長(zhǎng)，而題目的要求是探究重金屬污染對(duì)水稻種子萌發(fā)和生長(zhǎng)兩方面的影響。因此，同學(xué)們?cè)趯忣}時(shí)一定要仔細(xì)，明確題目的要求到底有哪幾個(gè)方面。
　　（12） 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)混淆
　　驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是已知的、確定的，不需要進(jìn)行討論。探究性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是未知的，結(jié)論也是不確定的，需要進(jìn)行討論。
　　本題中，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可能有：①不同濃度的重金屬污染液中的種子萌發(fā)率都比蒸餾水中的低，且隨重金屬污染濃度的升高，種子的萌發(fā)率降低；②不同濃度的重金屬污染液中的種子萌發(fā)率都比蒸餾水中的高；隨重金屬污染濃度的升高，種子的萌發(fā)率升高；③不同濃度的重金屬污染液中的種子萌發(fā)率有的比蒸餾水中的高，有的比蒸餾水中的低；④不同濃度的重金屬污染液中的種子萌發(fā)率與蒸餾水中的無明顯差異。當(dāng)然，最有可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是①。因此同學(xué)們?cè)趯戭A(yù)期結(jié)果與結(jié)論時(shí)，應(yīng)首先明確到底是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)。
　　（13） 實(shí)驗(yàn)原理、假設(shè)和目的互相混淆
　　實(shí)驗(yàn)原理是指實(shí)驗(yàn)實(shí)施或結(jié)果實(shí)現(xiàn)的理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)假設(shè)是指在進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)研究對(duì)象的屬性、特征或與某些因素之間的關(guān)系做出具體的猜測(cè)，一般用陳述性語句表述，不用“是否”“會(huì)不會(huì)”等詞，而是用“是”“會(huì)”或“否”“不會(huì)”等詞。本題中的假設(shè)可以是“重金屬污染液會(huì)使種子的萌發(fā)率和幼苗根長(zhǎng)降低”等。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖侵笇?duì)研究對(duì)象的屬性、特征或與某些因素之間的關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證還是探究。同學(xué)們?cè)诖痤}時(shí)，一定要注意這三者之間的區(qū)別。
　　（14） 定性實(shí)驗(yàn)與定量實(shí)驗(yàn)混淆
　　定性實(shí)驗(yàn)的目的是判定某因素對(duì)某對(duì)象“是否影響”或“是否起作用”等，通常的回答是“有”或“沒有”，“是”或“不是”等。定量實(shí)驗(yàn)要求測(cè)出某因素與對(duì)象之間的數(shù)量關(guān)系，要有具體的數(shù)據(jù)。要求不同，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理就不同。

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