例析生物實驗設計中的幾大原則

張紅敏

摘 要：為了確保實驗的有效性，應明確實驗目的，掌握實驗原理，合理運用科學性原則、重復性原則、對照原則等，進行生物實驗設計。

關鍵詞：科學性原則；重復性原則；對照原則

中圖分類號：G632.0 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）02-207-02

生物是以實驗為基礎的自然科學，實驗不僅鍛煉學生的動手能力，更是培養學生創新精神的切入點。在教學中充分發揮實驗功能，教師要在設計上下功夫。高中生物實驗設計有以下幾個主要原則。

一、實驗的科學性原則

1、概念解讀

科學性原則是指實驗目的要明確，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設計思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學基本知識和基本原理以及其他學科領域的基本原則。分析問題、設計實驗的全面性和科學性體現了邏輯思維的嚴密性。具體體現在以下幾個方面：（1）原理的科學性：必須是經前人總結或檢驗得出的科學理論。（2）選材的科學性：要求既要保證實驗達到預期的結果，又要保證容易操作。（3）方法的科學性：選擇的變量要準確，對照要合理，條件的控制要到位，實驗步驟要有一定的順序，注意實驗步驟的關聯性和實驗操作的程序性。（4）現象觀察的科學性：有些實驗發生的反應不可見，這就需要把不可見的反應轉化為可見的現象，需要科學轉化并使結果易于衡量，找到合適的衡量指標。（5）結果處理的科學性：對實驗的現象首先記錄，然后進行整理，以全面和便于分析的方式如表格、曲線、柱形圖等表現出來。（6）結論表達的科學性：把實驗結果進行分析得到結論，需要用準確恰當簡明的語言表達出來，才能成為科學的結論。

2、典例分析

在“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”的實驗中遵循的科學性原則，分析如下：（1）染色體染色時必須用堿性顏料，如龍膽紫溶液或醋酸洋紅液，因為染色體能被堿性染料著色，這體現了實驗原理的科學性。（2）實驗選擇的材料是根尖分生區細胞，而不是葉的表皮細胞，因為根尖的分生區細胞不斷進行有絲分裂，而表皮細胞不進行細胞分裂，這體現了選材的科學性。（3）裝片制作的步驟必須是解離-漂洗-染色-制片，順序顛倒或缺少，實驗均不能得到正確的實驗結果，這體現了實驗方法的科學性。（4）觀察裝片時必須先用低倍顯微鏡觀察，然后用高倍顯微鏡觀察，這體現了實驗現象觀察的科學性。（5）要真實地畫出細胞分裂圖像，絕不能模仿教材中的模式圖。要準確地數出各時期的細胞數目，并計算出各時期的細胞所占的比例，這體現了實驗結果處理的科學性。（6）對細胞周期中各時期長短的分析，需要用準確的語言進行表述，這體現了結論表達的科學性。

二、實驗的重復性原則

1、概念解讀

（1）概念：控制某種因素的變化強度，在同樣條件下充分實驗，觀察其對實驗結果影響的程度

（2）具體方法：①單組實驗法，即對一組（或一個）對象，既用A法，又用B法，順序隨機或輪流循環，這是生物實驗常用的實驗方法。如觀察植物細胞的質壁分離與復原的實驗。②等組實驗法，即將狀況相同的對象，分成兩組或多組，一組用A法，另一組用B法，這也是生物實驗常用的實驗方法。如探究影響酶活性的實驗。③循環實驗法，即對兩組或兩組以上的對象，循環進行兩個或兩個以上的實驗處理。如甲組——A法、B法；乙組——B法、A法等，這樣能有效地平衡和抵消無關變量的影響。

2、典例分析

在探究培養液中酵母菌種群數量變化規律的實驗中，就需要設置重復實驗。

實驗過程：（1）將500mL質量分數為5%的葡萄糖溶液注入錐形瓶中。（2）將0、1g活性干酵母投入錐形瓶的培養液中混合均勻，并置于適宜的條件下培養。（3）每天定時取樣計數酵母菌數量，采用抽樣檢測方法測定1mL培養液中酵母菌個數的平均數。（4）將所得數值用曲線圖表示出來，分析實驗結果，得出酵母菌種群數量的變化規律。

3、分析

（1）在重復實驗操作時可改變葡萄糖溶液的濃度或量，或者改變投入的干酵母的量，或改變培養的溫度等條件，其他操作完全相同。（2）本實驗最終目的是探究酵母菌數量變化規律，即在一定的實驗條件下，酵母菌呈“J”型增長還是呈“S”型增長。不管怎樣改變條件，重復實驗中得到的種群增長曲線仍然是“S”型，只是個別數值與最初實驗中有所不同。

三、實驗的對照原則

1.自身對照

自身對照指對照組和實驗組都在同一研究對象上進行，不另設對照。自身對照方法簡便，關鍵是看清實驗處理前后現象變化的差異。對照組：實驗處理前對象的狀態、現象；實驗組：實驗處理后對象的狀態、現象。

2、相互對照

（1）概念：是指不另設對照組，而是幾個實驗組相互對比對照，在等組實驗中，大都是運用相互對照。（2）目的：通過對比實驗的結果找到想要研究的因素對實驗的影響作用，從而為科學的研究提供事實依據和直接證據。（3）相互對照的意義：多個實驗組所采用的都是相互對照，較好地平衡和抵消了無關變量的影響，使實驗結果更具有說服力。如探究酵母菌細胞呼吸方式時，設置如下相互對照，進而排除了物理性因素對實驗的影響。

3、條件對照

給實驗組某種處理，給對照組另一條件的處理。如在驗證唾液淀粉酶發揮作用的最適溫度的實驗中的0℃和80℃下的對照。再如在“驗證甲狀腺激素促進幼小動物發育”的實驗中，存在以下實驗組和對照組：

甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）；

乙組：飼喂甲狀腺激素抑制劑（條件對照組）；

丙組：對蝌蚪不做任何處理（空白對照）。

4、空白對照

（1）概念：指的是不對實驗對象做任何處理

（2）注意事項

①不給對照組任何處理是相對實驗組而言，實際上對照組還是要做一定的處理，只是不加實驗組的處理因素，或者說相對于實驗組而言，除實驗變量外，別的處理與實驗組完全相同。

②通常未經實驗變量處理的對象組為對照組，經實驗變量處理的對象組為實驗組；或處于正常情況下的對象組為對照組，未處于正常情況下的對象組為實驗組。

③空白對照能明白地對比和襯托出實驗組的變化和結果，增強說服力。