蔡紅明

現(xiàn)行高考命題體現(xiàn)了新的課程理念，突出了創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。實驗是科學(xué)研究的重要方法，也是我們進行研究性學(xué)習的重要探索手段。探究性實驗的實驗設(shè)計題能較好地體現(xiàn)學(xué)科內(nèi)知識的綜合，以實驗設(shè)計題為載體考查考生的知識、能力和創(chuàng)新精神，是目前高考命題的重要特點和發(fā)展趨勢，實驗設(shè)計題也成為新一輪高考必考的題型。本文專門介紹探究性實驗必須遵循的原則。

一、單一變量原則（單因子變量原則）

單一變量原則是實驗設(shè)計的最重要原則。在科學(xué)實驗中，對實驗結(jié)果有影響的變量往往有多種，但我們在實驗中只能對這些變量一個一個地進行研究，即一個自變量對應(yīng)一個因變量。其他無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，則利用設(shè)置對照的方法來平衡和抵消。在設(shè)置了對照的實驗中，對照組除自變量跟實驗組不同以外，其他無關(guān)變量都跟實驗組完全相同，由于無關(guān)變量被對照組平衡和抵消，那么，實驗組和對照組在實驗結(jié)果上的差異，就可以認為是由自變量這個單一變量引起的，這樣的處理就可以增加實驗結(jié)論的可信度和說服力。

二、對照原則

體現(xiàn)單一變量原則的方法就是設(shè)置對照，目的在于平衡和抵消實驗變量以外的無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響。實驗設(shè)計的對照類型有空白對照、相互對照、自身對照和條件對照等。但要注意，條件對照學(xué)生不容易理解，在高考題目中幾乎沒有出現(xiàn)，所以在教學(xué)中只跟學(xué)生介紹自身對照、空白對照和相互對照即可。

（一）自身對照

指實驗和對照在同一實驗對象上進行，不另設(shè)對照組。在實驗中要特別注意看清楚實驗前后實驗對象本身變化的差異，用實驗前的對象狀況作為實驗后的對象變化的比較形成對照。例如，在觀察植物細胞的質(zhì)壁分離的實驗中，植物細胞是實驗對象，一定濃度的蔗糖溶液是自變量。實驗中處理和觀察的是同一植物細胞，即實驗后細胞的質(zhì)壁分離狀態(tài)是實驗組，實驗前細胞的正常狀態(tài)是對照組。

（二）空白對照

兩組實驗對象和無關(guān)變量都相同的實驗，一組有自變量處理，一組沒有自變量處理，沒有自變量處理的實驗在自變量上是“空白”的，這樣的實驗就屬于設(shè)置空白對照的實驗。例如，在探究植物的光合作用能否產(chǎn)生淀粉的實驗中，“饑餓”后的葉片是實驗對象，光照是自變量。將“饑餓”后的葉片一半曝光，一半遮光，則遮光的一半葉片在自變量上是空白的。如果在實驗后檢測，曝光一半的葉片中有淀粉，遮光一半的葉片中沒有淀粉，根據(jù)這一結(jié)果，我們就可以得出植物的光合作用可以產(chǎn)生淀粉的結(jié)論。由于這一結(jié)論是在經(jīng)過了與遮光組進行比較的情況下得出的，所以這樣的實驗結(jié)論就更具有可靠性。

（三）相互對照

指不另設(shè)對照組，而是對兩個或幾個實驗都用自變量進行處理，但自變量對各組實驗的處理有所不同。例如有的是自變量的物理量（如質(zhì)量、大小等）有所不同，有的自變量是種類或處理方向不同等等，然后，對兩個或幾個實驗組的實驗結(jié)果進行比較來得出結(jié)論。這樣的兩個或幾個實驗組就形成相互對照。下面對相互對照舉出幾個例子：

1.自變量物理量不同的相互對照。例如，在探究唾液淀粉酶作用的最適溫度的實驗中，唾液淀粉酶和由它催化的淀粉的水解的酶促反應(yīng)是實驗對象，溫度是自變量。用一系列高低不同的溫度來處理一系列由唾液淀粉酶催化的淀粉的水解反應(yīng)，則通過記錄各反應(yīng)裝置中的反應(yīng)速率所對應(yīng)的溫度值，就可以知道唾液淀粉酶作用的最適溫度是多少。

2.自變量同類不同種的相互對照。例如，在比較過氧化氫酶與鐵離子的催化效率高低的實驗中，過氧化氫是實驗對象，催化劑是自變量，但催化劑的種類不同。一種是有機催化劑——過氧化氫酶，一種是無機催化劑——鐵離子，對兩個實驗的結(jié)果進行比較，使酶的催化效率更高這一結(jié)論具有很好的說服力。

3.自變量處理方向不同的相互對照。例如，在探究地心引力對幼根生長影響的實驗中，幼根是實驗對象，地心引力是自變量。將幼根豎放（包括向地和背地兩種情況）和橫放，相當于幼根接受不同方向的地心引力的影響，觀察幼根在生長過程中的彎曲方向，可以比較地心引力對幼根在生長過程中的向性有何影響。再例如，在探究單側(cè)光對幼苗生長的影響的實驗中，幼苗是實驗對象，單側(cè)光照是自變量。將不同實驗組的幼苗用不同方向的單側(cè)光處理，觀察幼苗在生長過程中的彎曲方向，可以比較單側(cè)光照對幼苗在生長過程中的向性有何影響。

4.幾種實驗對照與實驗變量的關(guān)系和特點可歸納成下表。

參考文獻：

[1]汪古遜.實驗的基本理論[J].中學(xué)生物教學(xué)，1999，（5）.

[2]人民教育出版社課程教材研究所.生物教師培訓(xùn)手冊[M].北京：人民教育出版社，2009.

（責任編輯 劉 紅）