北京版（2024）七年级上册（2024）生物学的研究方法精品第三课时精练

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【知识目标】
1.认识到自然环境观察到的现象是各种环境因素综合作用的结果，要想准确地知道其中的某一因素是否起作用，需要通过实验
2.理解实验法是生物学研究的重要方法
3.在设计实验方案时，学会运用控制变量、设置对照实验、重复实验和可操作性定义的界定等
4.体验科学探究过程中严谨、认真、实事求是的科学态度及相互合作的精神
【素养目标】
1.科学思维：
◦ 从自然现象中提炼可探究的科学问题（如将"石头下鼠妇多"转化为"光照是否影响分布"），强化逻辑推理能力。
◦ 运用控制变量法设计对照实验方案，辨析无关变量（如土壤湿度）的干扰。
2. 科学探究：
◦ 通过小组合作完成实验操作，记录多时段数据（2 min～11 min）并统计分析趋势，体会重复实验的必要性。
◦ 基于实验数据验证假设，形成"生物行为受环境因素调控"的实证意识。
3. 社会责任：
◦ 养成保护实验生物的习惯（实验后放归自然），理解生态伦理。
◦ 通过分析鼠妇天敌（如蟑螂、蛇）与人类环境的关联，初步建立生物防治观念。
【学习重点】
1.理解实验法是生物学研究的重要方法，认识到通过实验能准确知道某一环境因素是否起作用；
2.掌握实验设计的三原则（单一变量原则、对照原则、重复实验原则），并能运用其设计“探究光对鼠妇分布的影响”实验方案；
3.体验科学探究的过程，包括提出问题、作出假设、设计实验、得出结论和表达交流。
【学习难点】
1.学会将观察到的现象转化为明确、具体的探究问题；
2.在设计实验方案时，准确控制变量、设置对照实验，确保除光照外其他条件保持一致；
3.培养严谨、认真、实事求是的科学态度及相互合作的精神。
1.实验过程中可观测的变化因素称为变量，如“有无光照”是研究者施加在装置两侧不同的自变量，“停留鼠妇的数量”是可观察、测量的因变量。
2.通过保持装置两侧的“温度、湿度、空气流通和土壤情况”都相同，可以排除这些无关变量对实验结果的干扰，从而得出单一的自变量与因变量之间的因果关系。
3.开展生物学科学探究，通常会经历这样的基本过程：基于现象提出问题做出假设和预测；设计并实施实验；观察实验现象，收集与处理相关数据，到证据支持或反对假设和预测，对假设和预测作出检验，得出结论；进行推论并加以讨论等。
一、问题探究→认识鼠妇
1.在自然环境中观察到石头下鼠妇聚集的现象，这可能是哪些环境因素综合作用的结果？你如何设计实验来探究其中某一因素（如光照）是否起作用？
在自然环境中，影响鼠妇生活的因素可能有很多，像水、光照、空气、温度等。要探究光照是否对鼠妇分布有影响，可采用实验法。设计实验时，遵循单一变量原则、对照原则和重复实验原则。例如，准备一个小盒，铺上湿土，用玻璃板（一半遮光）来改变光这个因素，形成光亮和阴暗两种环境，其他条件如温度、湿度等保持一致。将鼠妇放在小盒中间，同时放入，放完后静置一会儿，让鼠妇适应环境。记录不同时段（2 min～11 min）在光亮和阴暗环境中的鼠妇数量，进行多次重复实验，统计分析数据，以验证光照是否对鼠妇分布有影响。
2.除了课堂上提到的鼠妇天敌（老鼠、蟑螂、蛇等），你还能通过查找资料找出其他可能的天敌吗？这些天敌与人类环境有怎样的关联？
通过查找资料，鼠妇的其他天敌可能还有蟾蜍、蜈蚣等。蟾蜍在一些农村或潮湿的环境中较为常见，它们会捕食鼠妇，而蟾蜍本身对人类有益，能捕食害虫。蜈蚣也喜欢生活在阴暗潮湿的地方，会捕食鼠妇，蜈蚣虽然有毒，但在中药中有一定的药用价值。这些天敌与人类环境相互影响，人类的活动可能会改变它们的生存环境，而它们的存在也会在一定程度上影响生态平衡，对鼠妇的数量起到调控作用。
二、问题思考→探究光对鼠妇的影响的实验设计
1.请回忆实验设计的三原则是什么，并简要说明每个原则的作用。
实验设计的三原则是对照原则、单一变量原则、重复实验原则。对照原则是为了通过对比实验组和对照组，更清晰地观察实验因素的作用；单一变量原则保证了实验结果的变化是由所研究的单一因素引起的，避免其他因素的干扰；重复实验原则可以减少实验误差，使实验结果更具有可靠性和科学性。
2. 在探究“光对鼠妇分布的影响”实验中，为什么要将鼠妇放在小盒中间位置？
应将鼠妇放在小盒中间位置。这样可以让鼠妇在实验开始时处于光亮和阴暗环境的中间，避免因初始位置靠近某一环境而影响其对光的选择，使实验结果更能真实反映光对鼠妇分布的影响。如果将鼠妇放在偏向光亮或阴暗的一侧，鼠妇可能因为初始位置的原因而更倾向于向某一环境移动，从而干扰实验结果。
三、归纳总结→探究光对鼠妇分布的影响
1.请归纳鼠妇的基本信息，包括别称、常见种类、生活环境、习性、食性和天敌。
■ 别称：潮虫、西瓜虫、球鼠妇
■ 常见种类：北京常见2种，一种体扁、灰褐色；一种黑灰色、体厚。
■ 生活环境：阴暗潮湿处
■ 习性：遇光逃跑、装死等
■ 食性：杂食
■ 天敌：老鼠、蟑螂、蛇、蟾蜍、蜈蚣等
2. 总结科学探究“光对鼠妇分布的影响”的过程。
■ 提出问题：光对鼠妇的分布有影响吗？
■ 作出假设：光影响鼠妇分布，鼠妇适于阴暗环境。
■ 实验设计：遵循单一变量原则、对照原则和重复实验原则。用玻璃板（一半遮光）改变光这个因素，其他条件如温度、湿度等保持一致。准备10只鼠妇、小盒、玻璃板（一半遮光）、湿土等材料用具。将湿土均匀放入小盒，同时放入鼠妇，放在小盒中间位置，盖好玻璃板，静置后观察、计时、记录多时段（2 min～11 min）鼠妇在光亮和阴暗环境中的分布情况，进行重复实验。
■ 得出结论：光影响鼠妇分布，鼠妇适于阴暗环境。
■ 表达交流：将实验结果和结论与小组其他成员及全班同学进行交流和分享。
1.实验设计的三原则是什么？
【答案】：对照原则、单一变量原则、重复实验原则。
【解析】：对照原则是为了通过对比实验组和对照组，更清晰地观察实验因素的作用；单一变量原则保证了实验结果的变化是由所研究的单一因素引起的，避免其他因素的干扰；重复实验原则可以减少实验误差，使实验结果更具有可靠性和科学性。
2.探究“光对鼠妇的分布有影响吗”的实验中，需要哪些材料用具？
【答案】：10只鼠妇、小盒、玻璃板（一半遮光）、湿土。
【解析】：10只鼠妇作为实验对象；小盒用于为鼠妇提供活动空间；玻璃板一半遮光可以形成光亮和阴暗两种不同的环境，以探究光对鼠妇分布的影响；湿土模拟鼠妇自然的生活环境，为其提供适宜的生存条件。
3.实验时，应该在小盒中给鼠妇提供哪两种不同的环境？除了光照不同以外，其他条件是否需要保持一样？怎样才能保持一样？
【答案】：应该提供光亮和阴暗两种不同的环境。其他条件需要保持一样。放湿土时要均匀，保证湿度、土壤质地等条件一致；放鼠妇时要同时放入，避免因放入时间不同对实验结果产生影响。
【解析】：设置光亮和阴暗两种环境是为了探究光对鼠妇分布的影响。保持其他条件一致是遵循单一变量原则，只有这样才能确定实验结果的变化是由光这个因素引起的。均匀放湿土和同时放鼠妇是保证其他条件一致的具体操作方法。
4.往小盒中放鼠妇时，应放在什么位置？为什么？
【答案】：应放在小盒中间位置。这样可以让鼠妇在实验开始时处于光亮和阴暗环境的中间，避免因初始位置靠近某一环境而影响其对光的选择，使实验结果更能真实反映光对鼠妇分布的影响。
【解析】：如果将鼠妇放在偏向光亮或阴暗的一侧，鼠妇可能因为初始位置的原因而更倾向于向某一环境移动，从而干扰实验结果，将其放在中间位置能减少这种干扰因素。
5.该实验如何操作？实验过程应注意哪些问题？
【答案】：操作步骤为（1）放湿土（均匀）；（2）放鼠妇（同时）；（3）盖玻璃板；（4）观察、计时、记录（静置）。注意事项：做完实验后将鼠妇放回大自然；在观察过程中要尽量保持安静，避免惊扰鼠妇，影响其正常活动。
【解析】：按照上述操作步骤可以规范地完成实验，保证实验的科学性和准确性。将鼠妇放回大自然体现了对生物的保护意识；保持安静是为了避免外界干扰因素对鼠妇的行为产生影响，确保实验结果的可靠性。
难点回顾与反思
1.将观察到的现象转化为明确、具体的探究问题：在本次实验中，我们从“为什么在石头下面有很多鼠妇”转化为“光对鼠妇分布有影响吗”。请思考，如果观察到“鱼缸里的金鱼在水面呼吸更频繁”这一现象，如何将其转化为一个明确的、可探究的问题？
【答案】：可以转化为“水中溶解氧含量对金鱼呼吸频率有影响吗”。
【解析】：观察到金鱼在水面呼吸更频繁，水面的溶解氧相对较多，所以推测可能是水中溶解氧含量影响了金鱼的呼吸频率，这样的问题明确指向了一个可探究的因素。
2.在设计实验方案时，准确控制变量、设置对照实验：在“探究光对鼠妇分布的影响”实验中，我们控制除光照外其他条件保持一致。现在假设要探究“温度对植物生长速度的影响”，请设计一个实验方案，说明如何控制变量和设置对照实验。
【答案】：材料用具：多株生长状况相似的同种植物、多个相同的花盆、土壤、不同功率的加热设备（如小太阳）、温度计等。
实验设计：
分组：将植物平均分成三组，分别标记为A、B、C。
控制变量：A组保持常温（如20∘C20∘C）作为对照组；B组用加热设备将温度升高到25∘C25∘C；C组将温度升高到30∘C30∘C。除温度外，其他条件如光照时间、光照强度、土壤湿度、浇水频率、施肥量等都保持一致。
对照实验：A组与B组对比，可探究温度从20∘C20∘C升高到25∘C25∘C对植物生长速度的影响；A组与C组对比，可探究温度从20∘C20∘C升高到30∘C30∘C对植物生长速度的影响；B组与C组对比，可探究温度从25∘C25∘C升高到30∘C30∘C对植物生长速度的影响。
观察记录：定期测量植物的高度、叶片数量等生长指标并记录，一段时间后分析数据得出结论。
【解析】：在这个实验中，温度是自变量，植物生长速度是因变量。通过设置不同温度的实验组和常温的对照组，控制其他无关变量相同，就可以清晰地观察到温度对植物生长速度的影响。
拓展阅读
阅读一篇关于生物与环境相互作用的科普文章，如《生物如何适应环境的变化》，并写一篇读后感，简要阐述生物与环境之间的关系以及你对本次“探究光对鼠妇分布的影响”实验的新认识。
【答案】：生物与环境相互影响、相互作用。环境为生物提供生存条件，同时生物也会通过自身的变化适应环境，并且生物的活动也会对环境产生影响。在“探究光对鼠妇分布的影响”实验中，我们看到鼠妇适应阴暗的环境，这体现了生物对环境的适应性。通过阅读科普文章，我们可以更深入地理解生物与环境之间的这种关系，认识到生物在长期的进化过程中形成了各种适应环境的特性。
【解析】：通过阅读科普文章，可以拓宽学生的知识面，加深对生物与环境关系的理解。写读后感可以锻炼学生的总结归纳和表达能力，同时将阅读内容与课堂实验相结合，有助于知识的巩固和迁移。
能力提升
尝试设计一个新的探究实验，探究另一个环境因素（如湿度、食物等）对鼠妇生活的影响，并写出详细的实验方案。
【答案】：以“探究湿度对鼠妇生活的影响”为例。
◦ 提出问题：湿度对鼠妇生活有影响吗？
◦ 作出假设：湿度影响鼠妇生活，鼠妇适于生活在潮湿的环境中。
◦ 材料用具：多只鼠妇、小盒、干燥的土壤、湿润的土壤、玻璃板等。
◦ 实验设计：
■ 在小盒的一侧铺上干燥的土壤，另一侧铺上湿润的土壤，形成明显的湿度差异。
■ 将鼠妇同时放在小盒中间位置，盖上玻璃板。
■ 观察并记录不同时间段鼠妇在干燥土壤和湿润土壤中的分布数量。
◦ 实验原则：遵循单一变量原则（只有湿度不同）、对照原则（干燥土壤和湿润土壤形成对照）和重复实验原则（多次重复实验取平均值）。
◦ 得出结论：根据实验数据判断湿度是否对鼠妇生活有影响。
【解析】：设计新的探究实验可以培养学生的创新思维和实验设计能力，让学生进一步掌握科学探究的方法和原则。