孫與涵

【摘 要】本文簡要論述生物實(shí)驗的實(shí)驗題目，實(shí)驗原理，實(shí)驗設(shè)計的基本步驟，實(shí)驗設(shè)計的原則，實(shí)驗的結(jié)果及結(jié)論五個方面。

【關(guān)鍵詞】變量；基本步驟；科學(xué)性原則；平行復(fù)重原則；對照性原則；單因子變量原則和等量性原則

我一直對生物學(xué)科有濃厚興趣，尤其是實(shí)驗課，準(zhǔn)備實(shí)驗材料，配制藥品，準(zhǔn)備同學(xué)們的分組實(shí)驗，我總是樂在其中?，F(xiàn)就將我對實(shí)驗設(shè)計中實(shí)驗題目，實(shí)驗原理，實(shí)驗設(shè)計的基本步驟，實(shí)驗設(shè)計的原則，實(shí)驗的結(jié)果及結(jié)論五個方面的學(xué)習(xí)與反思和大家一起分享。

一、實(shí)驗題目

實(shí)驗題目一般涵蓋了實(shí)驗性質(zhì)、實(shí)驗對象和實(shí)驗?zāi)康?，是對?shí)驗最基本的描述。我們擬實(shí)驗題目和分析實(shí)驗題目可以從這幾個方面來看，例如，探究影響酶活性的因素，實(shí)驗性質(zhì)是探究實(shí)驗，實(shí)驗對象是酶，實(shí)驗?zāi)康氖怯绊懨富钚缘囊蛩亍Ｔ偃?，探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化：實(shí)驗性質(zhì)是探究實(shí)驗，實(shí)驗對象是酵母菌，實(shí)驗?zāi)康氖欠N群數(shù)量變化。

二、實(shí)驗原理

實(shí)驗原理包括取材的原理、操作的原理、由操作得現(xiàn)象的原理、由現(xiàn)象得結(jié)論的原理。

例：檢測生物組織中的糖類脂肪和蛋白質(zhì)。實(shí)驗原理：某些化學(xué)試劑能夠使生物組織中的有關(guān)有機(jī)物產(chǎn)生特定的顏色反應(yīng)，糖類中的還原糖（如葡萄糖、果糖）與斐林試劑發(fā)生作用，生成磚紅色沉淀；脂肪可以被蘇丹Ⅲ染成橘黃色（或被蘇丹Ⅳ染成紅色）；淀粉遇碘變成藍(lán)色；蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑發(fā)生作用，產(chǎn)生紫色反應(yīng)。這里包含著操作的原理，由現(xiàn)象得結(jié)論的原理。

例：用高倍鏡觀察葉綠體和線粒體。實(shí)驗原理：葉肉細(xì)胞中的葉綠體散布于細(xì)胞質(zhì)中，呈綠色、扁平的橢球形或球形。線粒體普遍存在于植物細(xì)胞和動物細(xì)胞中，線粒體的形態(tài)多樣，有短棒狀、圓球狀、線形、啞鈴形。其中，包括了取材的原理，操作中觀察的原理。我們寫實(shí)驗原理也要包括這幾個方面。

三、實(shí)驗設(shè)計的基本步驟

高中階段設(shè)計對照性實(shí)驗較多，我將對照性實(shí)驗操作的基本步驟歸納為三步：

1.取材分組編號（也有的需要進(jìn)行預(yù)處理）；

2.引入變量；

3.相同且適宜條件下培養(yǎng)觀察記錄。

例：蘿卜的生長發(fā)育過程受多種激素的共同調(diào)節(jié)，其中細(xì)胞分裂素起著重要作用。

①細(xì)胞分裂素主要存在于正在進(jìn)行細(xì)胞分裂的部位，其主要生理功能是促進(jìn)_________和_____________。

②研究還發(fā)現(xiàn)，氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)可以向細(xì)胞分裂素濃度高的部位移動。為驗證這一結(jié)論，有人設(shè)計了下列實(shí)驗方案。請根據(jù)提供的實(shí)驗材料和用具，將實(shí)驗步驟補(bǔ)充完整并預(yù)測實(shí)驗結(jié)果。

材料用具：生長狀況相同的蘿卜成熟葉片若干，適宜濃度的細(xì)胞分裂素溶液，含C標(biāo)記氨基酸的溶液（氨基酸可被葉片吸收并在葉片內(nèi)移動），蒸餾水，棉簽，檢測放射性強(qiáng)度的設(shè)備等。

實(shí)驗步驟：

第一步：取生長狀況相同的蘿卜成熟葉片若干，在葉片左半葉某一部位涂抹含C標(biāo)記氨基酸的溶液（如圖所示）。將葉片均分為兩組，編號為a、b。

第二步：在a組葉片右半葉某一部位涂抹_______。在b組葉片的相應(yīng)部位涂抹_______，作對照組。

第三步：在相同條件下放置一段時間后，檢測兩組葉片的放射性強(qiáng)度。

實(shí)驗結(jié)果：a組葉片涂抹細(xì)胞分裂素部位的放射性強(qiáng)度________（“低于”或“高于”或“等于”）b組葉片涂抹蒸餾水部位的放射性強(qiáng)度。

參考答案① 細(xì)胞分裂 組織分化

②適宜濃度的細(xì)胞分裂素（2分） 等量的蒸餾水（不寫“等量”得0分） 高于

上例屬于典型的實(shí)驗設(shè)計題目，考查學(xué)生的實(shí)驗設(shè)計與探究能力，題干中的信息對于解題非常關(guān)鍵，學(xué)會尋找變量，設(shè)置對照，這個題目中的變量就是細(xì)胞分裂素；氨基酸等物質(zhì)可以向細(xì)胞分裂素濃度高的地方移動，因此對照中的兩組分別為：一組為適宜濃度的細(xì)胞分裂素溶液，另一組為蒸餾水，一段時間后，再用設(shè)備檢測放射性的高低，這樣就可驗證這一假設(shè)。因此步驟就在頭腦中形成了一個大致的模式，即：第一步取材等量處理，分組編號，第二步“在a組葉片右半葉某一部位涂抹_____________________。在b組葉片的相應(yīng)部位涂抹__________________，作對照組。”為引入變量，第三步相同且適宜條件下培養(yǎng)觀察記錄。

同時答案中“等量的蒸餾水（不寫‘等量得0分）”提醒我們填寫實(shí)驗步驟時要注意實(shí)驗設(shè)計的原則“等量原則”。下面歸納一下實(shí)驗設(shè)計的原則。

四、實(shí)驗設(shè)計的原則

1.科學(xué)性原則：所謂科學(xué)性，是指實(shí)驗?zāi)康囊鞔_，實(shí)驗原理要正確，實(shí)驗材料和實(shí)驗手段的選擇要恰當(dāng)，整個設(shè)計思路和實(shí)驗方法的確定都不能偏離生物學(xué)基本知識和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。分析問題、設(shè)計實(shí)驗的全面性和科學(xué)性體現(xiàn)了邏輯思維的嚴(yán)密性?？茖W(xué)性原則：包括實(shí)驗原理的科學(xué)性、實(shí)驗材料選擇的科學(xué)性、實(shí)驗方法的科學(xué)性、實(shí)驗結(jié)果處理的科學(xué)性。

2.平行復(fù)重原則：即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗，觀察其對實(shí)驗結(jié)果影響的程度。任何實(shí)驗都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標(biāo)志。任何實(shí)驗必須有足夠?qū)嶒灤螖?shù)，才能避免結(jié)果的偶然性，使得出的結(jié)論準(zhǔn)確、科學(xué)。平衡重復(fù)原則要求控制某種因素的變化強(qiáng)度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗，觀察其對實(shí)驗結(jié)果的影響程度。由以上實(shí)驗設(shè)計的特點(diǎn)來看，采用了平行重復(fù)的原則來進(jìn)行，消除了無關(guān)變量與額外變量的干擾，可多次重復(fù)該實(shí)驗，使得實(shí)驗結(jié)果更加客觀、科學(xué)。

3.對照性原則：科學(xué)、合理的設(shè)置對照可以使實(shí)驗方案簡潔、明了，且使實(shí)驗結(jié)論更有說服力。實(shí)驗中的無關(guān)變量很多（同一種實(shí)驗結(jié)果可能會被多種不同的實(shí)驗因素所引起），必須嚴(yán)格控制，要平衡和消除無關(guān)變量對實(shí)驗結(jié)果的影響，對照實(shí)驗的設(shè)計是消除無關(guān)變量影響的有效方法。設(shè)置對照組有4種方法：endprint

①空白對照：即不給對照組做任何處理。

例：在“唾液淀粉酶催化淀粉水解”的實(shí)驗中，實(shí)驗組滴加了唾液淀粉酶液，而對照組只加了等量的蒸餾水，起空白對照。

②條件對照：即雖給對照組施以部分實(shí)驗因素，但不是所研究的實(shí)驗處理因素。這種對照方法是指不論實(shí)驗組還是對照組的對象都作不同條件的處理，目的是通過得出兩種相對立的結(jié)論，以驗證實(shí)驗結(jié)論的正確性。

例：艾佛里的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗中，用DNA酶處理從S型肺炎雙球提取的DNA，加入到培養(yǎng)了R型肺炎雙球菌的培養(yǎng)基中，這組處理就是條件對照。

③自身對照：指對照組和實(shí)驗組都在同一研究對象上進(jìn)行，不再另外設(shè)置對照組。

例：“質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗。自身對照簡便，但關(guān)鍵要看清楚實(shí)驗處理前后的現(xiàn)象及變化差異。

④相互對照（對比）：不單獨(dú)設(shè)置對照組，而是幾個實(shí)驗相互為對照。即實(shí)驗與對照在同一對象上進(jìn)行。這種方法常用于對比實(shí)驗中。

例：“植物向光性”實(shí)驗中，利用若干組燕麥胚芽的不同條件處理的實(shí)驗組之間的對照，說明了生長素與植物生長彎曲的關(guān)系。

“探究酵母菌細(xì)胞的呼吸方式”實(shí)驗中，有氧和無氧條件就是相互對照。

4.單因子變量原則和等量性原則。所謂單因子變量原則，強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗組和對照組相比只能有一個變量，只有這樣當(dāng)實(shí)驗組和對照組出現(xiàn)不同結(jié)果時，才能確定造成這種不同結(jié)果的原因肯定是這個變量造成的，從而證明實(shí)驗組所給實(shí)驗因素的作用，因此在設(shè)計對照組實(shí)驗時首先要確定變量并加以正確設(shè)置，所要驗證的中心條件即為變量。

例：驗證光合作用需要光則應(yīng)將光作為變量；要驗證光合作用需二氧化碳則把二氧化碳作為變量等等。

等量性原則與單因子變量原則是完全統(tǒng)一的。只不過強(qiáng)調(diào)的側(cè)面不同，單因子變量原則強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗變量的單一性，而等量性原則強(qiáng)調(diào)的是除了實(shí)驗變量之外的一切對實(shí)驗結(jié)果有影響的無關(guān)變量必須嚴(yán)格控制等量即相同，以平衡和消除無關(guān)變量對結(jié)果的影響，需要強(qiáng)調(diào)的是這些無關(guān)變量在進(jìn)行嚴(yán)格控制時，不但要等量，而且是在適宜條件下的等量，常態(tài)條件下的等量。

例：探索PH對酶活性影響的實(shí)驗中，單一變量是PH，除PH之外的其他一切對酶活性有影響的無關(guān)變量不但要嚴(yán)格控制等量，而且要適宜的量，如對溫度的控制不但要相同，而且要適宜，即要給予酶活性所需的適宜的溫度，而不能控制在低溫或高溫條件下的等量。

五、實(shí)驗結(jié)果及結(jié)論

1.語言描述。如果是探究性實(shí)驗，則應(yīng)是如果出現(xiàn)何現(xiàn)象，那么結(jié)果是什么，我們用如果……那么說明……的句式描述。

例：“魯賓和卡門探究氧氣來自水還是二氧化碳”用同位素標(biāo)記法探究，A組向植物提供HO和CO，B組向植物提供HO和CO。結(jié)果可以表述為；如果A組產(chǎn)生的O有放射性，B組產(chǎn)生的O沒有放射性，那么說明O只來自HO；如果A組產(chǎn)生的O沒有放射性，B組產(chǎn)生的O有放射性，那么說明O只來自CO；如果A組產(chǎn)生的O有放射性，B組產(chǎn)生的O也有放射性，那么說明O來自CO和HO。

2.用圖表表示實(shí)驗結(jié)果。例：

酵母菌種群數(shù)量變化記錄表

3.用曲線表示實(shí)驗結(jié)果 例：

用曲線表示需注意，要有標(biāo)題，橫縱坐標(biāo)的數(shù)值，自變量及因變量，還要有單位，如果有多條曲線還要有圖例。

這是在學(xué)習(xí)過程中理解的實(shí)驗設(shè)計相關(guān)知識，學(xué)完后學(xué)生們注意反思總結(jié)歸納，所學(xué)知識就得到了內(nèi)化和提升。一定會有不完善的和值得商榷的地方，再繼續(xù)學(xué)習(xí)。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗教科書【生物-穩(wěn)態(tài)】人民教育出版社

[4]河北衡水中學(xué)生物自助餐.衡水中學(xué)生物教研室endprint