高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則

1、2008 年高考復(fù)習(xí)高中生物實(shí)驗(yàn)專題（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則及規(guī)律技巧安陽縣第一高級中學(xué)生物組 任軍奇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則１．科學(xué)性原則 指在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須有充分的科學(xué)依據(jù)，即要以前人的實(shí)驗(yàn)、方法和自己的實(shí)驗(yàn)為原則，不能憑空想象。即實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊鞔_，實(shí)驗(yàn)原理要正確，實(shí)驗(yàn)研究的材料和實(shí)驗(yàn)手段的選擇要恰當(dāng)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和實(shí)驗(yàn)方法的確定都不能偏離實(shí)驗(yàn)原理及有關(guān)的生物學(xué)知識，或其他學(xué)科領(lǐng)域的基本知識。２．單一變量控制原則

2、⑴變量類型A：實(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量 實(shí)驗(yàn)變量亦稱自變量,指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱、給定的因素或條件。反應(yīng)變量亦稱因變量或應(yīng)變量，指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化和結(jié)果。二者之間是前因后果的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的就在于獲得和解釋前因與后果。如比較過氧化氫酶和 Fe3+的催化效率的實(shí)驗(yàn)自變量：催化劑種類（Fe3+和過氧化氫酶）因變量：氣泡產(chǎn)生速度，衛(wèi)生香燃燒程度觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和質(zhì)壁分離復(fù)原的實(shí)驗(yàn)自變量：外界溶液的濃度（高滲及低滲溶液）因變量：

3、質(zhì)壁分離（液泡失水縮小、顏色變濃、原生質(zhì)層與細(xì)胞壁分離）；質(zhì)壁分離復(fù)原（液泡恢復(fù)原狀、顏色變淺、原生質(zhì)層恢復(fù)原狀）植物向性運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和觀察自變量：①是否單側(cè)光照（黑暗、單側(cè)光照、均勻光照）②改變幼苗的空間位置以接受重力影響因變量：①幼苗的彎曲狀況；②根的彎曲方向B：無關(guān)變量與額外變量無關(guān)變量是指實(shí)驗(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量外的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)象的因素或條件。由無關(guān)變量引起的變化結(jié)果就叫額外變量。它們之間也是前因后果的關(guān)系。但它們的存在對實(shí)驗(yàn)與反

4、應(yīng)變量的獲得起干擾作用。例如：“唾液淀粉酶實(shí)驗(yàn)”中，除實(shí)驗(yàn)變量(溫度)外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、淀粉濃度、溫度處理的時(shí)間長短等等就屬于無關(guān)變量。 如無關(guān)變量中的任何一個(gè)或幾個(gè)對三組實(shí)驗(yàn)不等同、不均衡，就會產(chǎn)生額外變量，影響實(shí)驗(yàn)的真實(shí)結(jié)果。在驗(yàn)證溫度對酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)中，就必須控制 pH 值、底物量和酶量的相等，只改變單一變量 -------溫度，觀察不同溫度下酶活性的差異。遵循單一變量原則，既便于對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分析，又

5、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說服力。⑵單一變量(單因子變量)控制原則無論一個(gè)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)變量，都應(yīng)確定一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量對應(yīng)觀測一個(gè)反應(yīng)變量，這就對照組：飼喂甲狀腺激素抑制劑 ③自身對照：實(shí)驗(yàn)組和對照組都在同一研究對象上進(jìn)行。如德國科學(xué)家薩克斯證明光合作用需要光的實(shí)驗(yàn)中，對實(shí)驗(yàn)組給以光照、對照組進(jìn)行遮光都是在同一葉片進(jìn)行。 ④相互對照：不單獨(dú)設(shè)置對照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對照。例 1：設(shè)計(jì)甲狀腺激素能促進(jìn)蝌蚪的生長發(fā)育的實(shí)驗(yàn)：將 15 條同時(shí)孵化

6、的同種蝌蚪（體長均為 15mm），隨機(jī)分為 3 組（每組 5 條），在相同水質(zhì)、飼料、溫度條件下飼養(yǎng)。A 組加入甲狀腺激素，B 組加入甲狀腺抑制劑，C 組不加任何藥物。在實(shí)驗(yàn)的 10d～12d 中，按時(shí)用標(biāo)尺測量并觀察蝌蚪的生長變化情況。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，A 組為實(shí)驗(yàn)組，B、C 組為對照組，B 組為條件對照，C 組為空白對照。通過條件對照、空白對照的設(shè)置，更能充分說明實(shí)驗(yàn)因子：甲狀腺激素能促進(jìn)蝌蚪的生長發(fā)育。例 2.“比較過氧化氫酶和

7、Fe3＋的催化效率”中，分別用過氧化氫酶和 Fe3＋催化過氧化氫的分解進(jìn)行相互對照，來說明酶的催化效率比無機(jī)催化劑高。例 3.：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，證明 N、P、K 是水稻生長發(fā)育必需的礦質(zhì)元素。本實(shí)驗(yàn)可以用不同的對照方法，但從實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性、嚴(yán)密性的角度來考慮，最好是設(shè)計(jì)相互對照。即：分別配制完全培養(yǎng)液，缺 N、P、K（其余成分同完全培養(yǎng)液）的培養(yǎng)液，在4 組培養(yǎng)液中分別栽培 4 組同樣的水稻，在相同條件下培養(yǎng)一段時(shí)間后，觀察水稻生長發(fā)育

8、的情況。通過與完全培養(yǎng)液中水稻生長發(fā)育狀況的比較，說明 3 種元素對水稻生長的必要性。要使實(shí)驗(yàn)更嚴(yán)密，還可以再設(shè)計(jì)自身對照，即在表現(xiàn)缺乏病的水稻培養(yǎng)液中分別加入所缺乏的元素，看其缺乏癥是否會消失或得到改善。究竟實(shí)驗(yàn)組和對照組判段的依據(jù)到底是什么呢？通常，一個(gè)實(shí)驗(yàn)總要進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)（有時(shí)還要進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)）。依據(jù)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮妥鞒龅募僭O(shè)，確定某單一實(shí)驗(yàn)變量條件（即因素），對照實(shí)驗(yàn)只是一個(gè)條件（即因素）不同，其他條件（因素）都相同的情況下所

9、進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，研究此條件（因素）和結(jié)果之間的關(guān)系，這一組就是“實(shí)驗(yàn)組”,而不包含此條件(因素)的一組稱為“對照組”。如果在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中所有的對象組的結(jié)果實(shí)驗(yàn)者都不清楚，既此所有的對象組為相互對照實(shí)驗(yàn)，也就是我們說的條件對照 條件對照。我們可以根據(jù)這一點(diǎn)來判斷“實(shí)驗(yàn)組”和“對照組”。5．平行重復(fù)原則在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中為了避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性，必須對所做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行足夠次數(shù)的重復(fù)，不能只進(jìn)行 1—2 次便得出結(jié)論。此外，還有簡便可操作性原則等。生物設(shè)計(jì)實(shí)