自变量控制中的“加法原理”和“减法原理” 论文.docx

高中生物学实验自变量控制中的加法原理和减法原理摘要一轮复习中需要对高中生物学实验进行整体梳理，学生学会利用“加法原理和减法原理来控制生物学实验的自变量，并能够依此进行实验设计，有利于培养和提高学生的科学探究和科学思维等核心素养。关键词生物学实验自变量加法原理减法原理生物学是一门以实验为基础的学科。高中生物学实验作为高考必考的知识，在近几年的高考中也逐渐加大了对实验的考查。生物实验教学能够激发学生的生物学习积极性，培养学生的生物学习兴趣，加深对概念和生命现象本身的理解。笔者在一轮复习中的做法通常是对实验设计的要求和注意事项进行梳理，培养学生的读题和解题能力。本文探讨在生物实验教学中，如何利用加法原理和减法原理”来控制实验的自变量，以促进学生的科学探究和科学思维等核心素养的培养和提升。1高中生物学实验的自变量高中生物学实验中将变量分为：自变量、因变量和无关变量。自变量是指在实验过程中由实验者操控的、能够引起因变量变化的因素或条件。在高中生物学实验中，自变量可以分为连续变量和类别变量。实验者操控的自变量是连续变量所进行的实验是函数型实验，例如：探究光照强度对光合作用强度的影响等。实验者操控的自变量是类别变量所进行的实验是因素型实验，例如：验证光是光合作用的必要条件。在高中生物学实验中，常用加法原理和减法原理来控制自变量。高中生物学实验中自变量的作用如下：2加法原理和减法原理在高中生物学实验中运用2.1加法原理在高中生物学实验中运用加法原理”是指在实验过程中，实验的自变量添加到正常状态的实验中，“从而达到影响实验结果的目的的方法，即在正常状态下，人为添加某种因素来影响实验结果的方法。例如“探究Hg污染对小麦幼苗生长的影响”的实验中，自变量为Hg污染，需要设计A、B两组实验，A组将小麦幼苗置于完全培养液中培养，B组将小麦幼苗置于含有Hg的完全培养液中培养，其中A组属于正常状态下培养，而B组属于在正常状态下添加了自变量来影响实验结果；又如验证过氧化氢酶可加快过氧化氢分解”的实验中所设计的两组实验，其中一组在正常状态下观察过氧化氢的分解,作为对照组，而添加过氧化氢酶的一组为实验组；在高中生物学实验中还有“格里菲斯将R型活细菌和加热杀死的S型细菌混合后向小鼠注射等实验也采用了加法原理来进行自变量控制。例1科学家发现，铭离子会影响DNA分子的复制，进而影响植物细胞的有丝分裂。请你利用洋葱的根尖设计一个实验来验证铭能够影响植物细胞的有丝分裂（写出关键实验步骤）：题意分析：先确定自变量与因变量（及观测指标），确定自变量：铭的有无；因变量：有丝分裂是否正常进行；观测指标：镜检洋葱根尖分生区细胞的分裂情况。然后依据各项实验设计原则对实验方案进行阐述，结合探究性实验须遵循的对照原则及单一变量原则可写出实验方案。在该实验中对实验的自变量进行控制采用了“加法原理”，B组为正常情况下进行培养洋葱根尖，属于对照组；在A组的培养液中添加的铭离子来验证其对植物有丝分裂的影响；该题的设置能够达到培养和训练学生科学思维和科学探究素养的目的。答案：取两个洁净的烧杯，标号为A、B,分别加入等量且适量的完全培养液（或清水）；向A烧杯加入一定量的铭离子溶液，向B烧杯加入等量的蒸储水；分别在两个烧杯上放置一个洋葱进行培养；一段时间后进行镜检，观察洋葱根尖分生区细胞的分裂情况。例2链月尿佐菌素（SZT）是一种广谱抗菌剂，但具有致糖尿病的副作用。为研究链月尿佐菌素致糖尿病的原因，科研人员利用若干只健康小鼠进行了有关实验（注：SZT溶解在柠檬酸缓冲液中）。实验内容如下：实验步骤：（1）将若干只健康小鼠随机均分为甲、乙、丙三组，并在空腹时（2）甲组小鼠腹腔注射,乙组小鼠腹腔注射丙组小鼠不做任何处理，均在相同且适宜的条件下正常培养一段时间。（3）分别抽取各组小鼠血样检测血糖浓度和胰岛素浓度，然后实验结果：与空腹时相比，甲组小鼠血糖浓度升高，胰岛素浓度降低，乙、丙组小鼠血糖浓度和胰岛素浓度几乎未发生改变；甲组小鼠部分胰岛B细胞变性、坏死，乙、丙组小鼠胰岛B细胞无结构改变。题意分析：根据题意可知链月尿佐菌素具有致糖尿病的副作用，从而可得该实验的自变量是链月尿佐菌素的有无。在正常状态下，小鼠体内没有链月尿佐菌素，所以对自变量的控制采用加法原理，即给正常小鼠注射链月尿佐菌素溶液作为实验组。而链月尿佐菌素溶解在柠檬酸缓冲液中，还需设置一组实验来排除柠檬酸缓冲液对实验结果的影响。再根据实验结果可得出实验的观测指标为抽取各组小鼠血样检测血糖浓度和胰岛素浓度，然后取小鼠胰腺组织用显微镜观察胰岛B细胞的变化。解决本题的关键是分析实验的自变量，并选择适合的方法对自变量进行控制，该题还考查了无关变量的控制，该题能够较好地提升学生的科学思维和科学探究等生物学核心素养。答案：（1）测定三组小鼠的血糖浓度和胰岛素浓度（2）链月尿佐菌素溶液；等量柠檬酸缓冲液（3）取小鼠胰腺组织用显微镜观察胰岛B细胞的变化2.2减法原理在高中生物学实验中运用减法原理”是指在实验过程中，实验的自变量从正常状态的实验中减除，“从而达到影响实验结果的目的的方法，即在正常状态下，人为减除某种因素来影响实验结果的方法。例如“验证Mg是植物生长的必需矿质元素”的实验中，自变量是Mg的有无，需要设计A、B两组实验，A组将植物置于完全培养液培养，B组将植物置于缺Mg培养液中培养。其中A组是在正常状态下进行培养，而B组是在正常状态下减除了自变量来影响实验结果；又如探究甲状腺功能的实验，该实验中的自变量应为甲状腺的有无，对自变量的控制采用减法原理，正常小鼠存在甲状腺作为对照组，在实验组中需要切除甲状腺。在高中生物学实验中还有达尔文探究胚芽鞘的感受单侧光刺激的部位等实验也采用了减法原理来进行自变量控制。例3科学研究表明：光是绿色植物合成叶绿素的必要条件。请你用以下材料和用具设计一个实验来验证叶绿素的形成与光的关系。实验材料及用具：20粒大蒜、烧杯、完全培养液等。实验思路：实验结果及结论：题意分析：根据题意可知该题的实验目的是验证光是绿色植物合成叶绿素的必要条件，其中自变量为光的有无，因变量为绿色植物是否合成叶绿素。该实验控制自变量采用“减法原理”，阳光在自然状态下是存在的，光的有无为本实验的自变量，需在实验组将光去除。该实验观测指标应为大蒜叶片是否变绿。再根据实验设计的各项原则对实验方案进行阐述，写出实验方案和实验结果及结论。根据题意来分析实验的自变量和因变量，找到适合的控制自变量的方法是解题的关键，再根据题意写出实验结果及结论。该题能很好地训练学生的科学思维和科学探究等生物学核心素养。答案：实验思路：选取20粒大小基本相同的大蒜平分成A、B两组，将两组大蒜分别放在盛有完全培养液的烧杯中；将A组放在阳光下，将B组放在黑暗处；A、B两组的其他条件保持相同且适宜，培养一段时间后，观察两组大蒜叶片的颜色。实验结果及结论：A组大蒜叶片呈现绿色，B组大蒜叶片呈现黄色，说明光是绿色植物合成叶绿素的必要条件3总结根据以上三个例题，可以看出高中生物学实验设计的一般思路：首先根据实验目的找出自变量，再分析实验的对照组的设置，最后根据实验设计的基本原则来设计实验过程、分析实验结果和得出实验结论。在分析实验的对照组设置时，若自变量在正常状态下存在，则选用减法原理来控制实验的自变量：反之，则选用加法原理来控制实验的自变量。在高中生物学测试中对实验的考查，有利于培养和提升学生的科学思维和科学探究等生物学核心素养。