生物實驗是怎樣設(shè)計的

〔關(guān)鍵詞〕 生物教學(xué);實驗設(shè)計;

內(nèi)容;步驟;原則

〔中圖分類號〕 G633.91

〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2010)

06(A)—0056—02

實驗設(shè)計的理論基礎(chǔ)

一、實驗設(shè)計的原理

1. 科學(xué)性:科學(xué)性是指實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當(dāng)，整個設(shè)計思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學(xué)的基本原理和基本方法，以及其他學(xué)科的基本原則。

2. 可行性:在設(shè)計生物學(xué)實驗時，從實驗原理、實驗過程的實施、到實驗結(jié)果的產(chǎn)生都具有可行性。

3. 簡便性:設(shè)計生物學(xué)實驗時，要考慮到實驗材料要容易獲得，實驗裝置比較簡單，實驗藥品比較便宜，實驗操作過程比較簡便，實驗步驟比較少，實驗時間比較短。

4. 可重復(fù)性:重復(fù)、隨機(jī)和對照是保證實驗結(jié)果的三大原則，因此，在實驗設(shè)計中也必須注意實驗的可重復(fù)性，任何實驗都必須要有足夠的實驗次數(shù)，才能得到可靠的結(jié)果，排除偶然性。

二、實驗設(shè)計的內(nèi)容

一份完整的生物實驗設(shè)計方案，一般包括以下幾方面的內(nèi)容。

1. 實驗課題:是關(guān)于一個什么內(nèi)容的實驗(觀察類，鑒別類還是驗證探究類)。

2. 實驗?zāi)康?要探究的是什么“生物學(xué)事實”或“生物學(xué)事實”的哪一方面。

3. 實驗原理:進(jìn)行實驗依據(jù)的科學(xué)道理。

4. 實驗對象:進(jìn)行實驗的底物(材料)。

5. 實驗條件:完成該實驗必需的材料用具。

6. 實驗方法與步驟:實驗實施的具體方法及過程。

7. 實驗現(xiàn)象:實驗過程中發(fā)生的事實。

8. 實驗結(jié)果的預(yù)測及分析:能夠預(yù)測可能出現(xiàn)的實驗結(jié)果，并分析出原因。

9. 實驗結(jié)論:對實驗結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確描述并給出一個科學(xué)的結(jié)論。

三、實驗設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

1. 實驗設(shè)計中的假說。在實驗設(shè)計中，每一個實驗?zāi)康牡拇_定，都是一個實驗假說的形成過程。我們作出實驗假說時，必須在注意假說的預(yù)見性的同時，強(qiáng)調(diào)客觀性和多樣性。如探究類實驗假說一般采用“如果A，則B”的形式表述，是根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)理論、事實，對所研究的對象設(shè)想出一種或幾種可能的答案、解釋，而驗證性實驗因結(jié)論已知，因此不存在假說問題。

2. 實驗材料和實驗手段的選擇。選擇恰當(dāng)?shù)牟牧虾蛯嶒炇侄危撬O(shè)計實驗?zāi)芊襁_(dá)到預(yù)期結(jié)果的重要保證。如驗證生物組織中還原性糖，所選實驗材料應(yīng)為含糖量高且為白色或近白色。

3. 反應(yīng)變量的確定和控制。依據(jù)實驗條件和環(huán)境因素充分控制無關(guān)變量，使實驗具有科學(xué)性，結(jié)果不受干擾。

實驗設(shè)計的常規(guī)辦法

一、常規(guī)思路

實驗?zāi)康摹鷮嶒炞兞?控制無關(guān)變量);實驗原理→反應(yīng)變量檢測方法。

明確實驗?zāi)康暮陀嘘P(guān)實驗原理是實驗設(shè)計的關(guān)鍵;解題時首先要明確題意，即弄清是設(shè)計實驗方案、完成實驗步驟，還是分析實驗結(jié)果，審準(zhǔn)實驗所依據(jù)的生物學(xué)原理是什么，明確驗證的“生物學(xué)事實”是什么。通過實驗?zāi)康膩泶_定實驗變量(題中可變的單一因素)，通過實驗原理確定反應(yīng)變量檢測方法。最后確定設(shè)計對照實驗步驟。如“溫度對酶活性的影響” 實驗變量，不同溫度，實驗原理，淀粉遇碘變藍(lán)色，淀粉酶可催化淀粉水解為麥芽糖，麥芽糖遇碘不變?yōu)樗{(lán)色。

二、實驗設(shè)計的基本步驟

1. 分組編號:即將相關(guān)的實驗材料、用具等狀況隨機(jī)平均分組并編號(目的是防止偶然誤差)。

2. 給予不同的處理:即施加實驗變量，控制無關(guān)變量而設(shè)置對照(注意:單一因素不同，其他因素相同且最適合)，然后構(gòu)思實驗變量的控制方法和實驗結(jié)果的獲得手段。

3. 在適宜且相同條件下培養(yǎng)，檢測反應(yīng)變量，觀察并測量數(shù)值記錄和處理實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，紀(jì)錄結(jié)果(實驗材料在數(shù)量上要盡可能多選取，記錄數(shù)據(jù)時取其平均值以實驗誤差，若為驗證性實驗減少結(jié)果只有一種，而探究性實驗則對應(yīng)假說，分類討論)。

4. 總結(jié)實驗結(jié)論。驗證性實驗對應(yīng)實驗?zāi)康淖鞒隹隙ńY(jié)論，而探究性實驗根據(jù)預(yù)測的結(jié)果得出相應(yīng)的結(jié)論。(注意:結(jié)果是指觀察到實驗現(xiàn)象，結(jié)論是由結(jié)果得出，結(jié)果不同結(jié)論也不同。)

實驗設(shè)計遵循的原則

一、單因子變量原則

即控制其他因素不變，而改變其中某一因素，觀察其對實驗結(jié)果的影響。該原則有兩層含義:一是確保“單因子”變量的實驗觀察，即不論一個實驗有幾個實驗因子，都應(yīng)做到一個實驗因子對應(yīng)觀察一個反應(yīng)因子。二是確保“單因子”變量的操作規(guī)范，即實驗中盡可能避免無關(guān)因子及額外因子的干擾。

二、對照性原則

對照是實驗控制的手段之一，通過設(shè)置對照實驗，可以消除無關(guān)因子對實驗結(jié)果的影響，增加實驗的說服力和可信度。對照通常有一下幾種。

1. 組內(nèi)對照。(自身對照)即實驗與對照在同一對象上進(jìn)行，如“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”實驗。該方法簡便，關(guān)鍵是要看清實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異，實驗處理前的對象狀況為對照組，實驗處理后的對象狀況為實驗組。

2. 組間對照(空白對照)。不加任何處理的對照組。例如，在“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”實驗中，向甲試管溶液加入試劑，而乙試管溶液不加試劑一起進(jìn)行沸水浴加熱，比較它們的變化。則甲為實驗組， 乙為對照組。

3. 條件對照。給實驗組某種處理，給對照組另一條件的處理，但這種處理是作為對照意義的，或者說這種處理不是實驗假說所給定的實驗變量意義的處理。例如“動物激素飼養(yǎng)小動物”實驗，采用等組實驗法的設(shè)計方案如下。甲組:飼喂甲狀腺激素(實驗組);乙組:飼喂甲狀腺抑制劑(條件對照組);丙組:不飼喂藥劑(空白對照組)。該實驗既設(shè)置了條件對照，又設(shè)置了空白對照，通過比較、對照，更能充分說明實驗變量——甲狀腺激素能促進(jìn)蝌蚪的生長發(fā)育。

4. 相互對照。不另設(shè)對照組，而是利用幾個實驗組相互對照。目的是消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，增強(qiáng)實驗結(jié)論的可信度。如“植物激素與向性運動”的實驗中，5個實驗組所采用的就是互相對照，較好地平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實驗結(jié)果具有說服力。

三、平行重復(fù)原則

控制某種因素的變化幅度，在同樣的條件下重復(fù)實驗，觀察其對試驗結(jié)果影響的程度。

四、控制與平衡控制原則

控制是處理實驗中變量關(guān)系的又一準(zhǔn)則，指實驗者嚴(yán)格地操縱實驗變量，以獲得反應(yīng)變量，與此同時，還要嚴(yán)格地均衡無關(guān)變量以消除額外變量。一句話，通過實驗控制，盡量消除實驗誤差，以取得精確的實驗結(jié)果。