1、高中生物实验设计有关知识高中生物实验设计有关知识1、实验设计的基本内容 实验名称：是关于一个什么内容的实验。 实验目的：要探究或者验证的某一事实。 实验原理：进行实验依据的科学道理。 实验对象：进行实验的主要对象。 实验条件：完成该实验必需的仪器、设备、药品条件。 实验方法与步骤：实验采用的方法及必需操作程序。 实验测量与记录：对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确的记录。二、实验设计遵循的原则：1、单一变量原则 1）变量：或称因子，是指实验过程中所被操作的特定因素或条件。按性质不同，通常可分为两类：实验变量与反应变量 实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，亦
2、称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如，在“温度对酶活性的影响”的实验中，所给定的低温（冰块）、适温（37）、高温（沸水浴）就是实验变量。而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是反应变量，该实验即在于获得和解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）的因果关系。无关变量与额外变量 无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变
3、量有干扰作用，例如，上述实验中除实验变量（低温、适温、高温）以外，试管洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度，实验操作程度，温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温3组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对3个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。实验的关键之一在于控制无关变量或减少额外变量，以减少误差。（2）单一变量原则 在实验设计中仅仅改变实验中的某一项变量，其它因子不变，在此条件下，观察、研究该变量对实验材料和实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实
4、验因素外，其他实验条件要做到前后一致。当然还有多变量综合研究的原则，这在高中生物实验设计中涉及的较少。强调：不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。2、对照性原则 对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比，即可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。 通常，一个实验总分为实验组和对照组。实验组，是接受实验变量处理的对象组：对照组，也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组，至于哪个作为实验组，哪
5、个作为对照组，一般是随机决定的，这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验组与对照组两者之差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型： 1）空白对照 空白对照是指不做任何实验处理的对象组。如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果,增加了说服力。2）条件对照条件对照是指虽给对象施以某种实验处理,但这种处理是作为对照意义的,或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的，或不是所要研究
6、的处理因素。即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。例,“动物激素饲喂小动物”实验,其实验设计方案是：甲组：饲喂甲状腺激素(实验组)； 乙组：饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组)； 丙组：不饲喂药剂(空白对照组)。显然,乙组为条件对照。该实验既设置了条件对照,又设置了空白对照, 通过比较、对照,更能充分说明实验变量-甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育。3）自身对照自身对照是指实验与对照在同一对象上进行,即不另设对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验,则是典型的自身对照。
7、自身对照,方法简便,关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异,实验处理前的对象状况为对照组,实验处理后的对象变化则为实验组。4）相互对照相互对照是指不另设对照组,而是几个实验组相互对比对照。如“植物激素与向光性向重力性实验”和“温度对唾液淀粉酶活性的影响的实验”中,所采用的都是相互对照,较好地平衡和抵消了无关变量的影响,使实验结果具有说服力。 3、等量原则对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。具体来说有如下四个方面：所用生物材料要相同 即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。所用实验器具要相同 即试管、烧杯、水
8、槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。所用实验试剂要相同 即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题。所用处理方法要相同 如：保温或冷却：光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。 4、科学性原则 所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则，都要具有可行性。如：淀粉酶水解淀粉的顺序问题。要有明确的观测指标（a. 有无特异颜色、沉淀反应 b. 有无气泡、气味产生。c. 在形态结构、生长
9、发育等方面具有明显的特征）三、实验设计的类型验证性实验 是指针对已知的结论而进行的实验，以实验结果验证结论，巩固和加强相关知识内容，培养学生实验设计和操作能力为目的的重复性实验。题中常用“验证、证明、证实”来标明。（证明已知结论）探究性实验 是指在不知道结论的前提下，通过实验、探究、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。题中常用“研究、探究”来标明。两种类型比较如下表：探究验证目的探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系验证研究对象已知属性、特征以及与其他因素的关系现象未知已知结果预测不唯一，有多种唯一结论不同预测结果有相应结论对应实验目的作出肯定结论课本中实例比较过氧化
10、氢酶和Fe3+的催化效率探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用观察SO2对植物的影响观察植物细胞的有丝分裂还原糖、蛋白质、脂肪的鉴定色素的提取和分离（不知结论，通过做实验，求证假设是否正确）四、一些常见的实验方法根据颜色来确定某种物质的存在：淀粉+碘液(蓝色)；还原性糖+斐林试剂(砖红色)；脂肪+苏丹(橘黄)或+苏丹(红色)；蛋白质+双缩脲试剂(紫色)等等用荧光标记法来证明细胞膜具有一定的流动性同位素示踪法：光合作用产生氧气的来源；光合作用中二氧化碳的去向；噬菌体侵染细菌实验证明DNA是遗传物质；DNA的复制是半保留复制获得无籽果实的方法:用适宜浓度的生长素处理花蕾期已去雄的子房，如无籽蕃茄、 诱导染色
11、体变异，如无籽西瓜。确定某种激素功能的方法： 饲喂法，切除注射法，阉割移植法，切除口服法。确定传入、传出神经的功能： 刺激+观察效应器的反应或测定神经上的电位变化。植物杂交的方法雌雄同花：花蕾期去雄+套袋 +开花期人工授粉+套袋雌雄异花：花蕾期雌花套袋+开花期人工授粉+套袋确定某一显性个体基因型的方法： 测交； 该显性个体自交。确定某一性状为显性性状或隐性性状的方法：具有一对相对性状的纯合体的杂交/自交，观察后代是否有性状分离。确定某一个体是否具有抗性基因的方法：即抗性接种实验确定小麦是否具有抗锈病基因，用锈病菌去侵染，一段时间后，观察有无锈斑出现。育种的方法杂交育种；人工诱变育种；人工诱导育
12、种；单倍体育种；基因工程育种；细胞工程育种等。测定种群密度的方法：样方法； 标志重捕法五.实验步骤的书写 三步曲(1)材料器具的准备：包括分组、编号、非条件处理等取两套规格相同的器材(或取长势相同的某种生物材料随机平均分成两份)分别标记为A、B，并分别加入等量的本步骤强调分组的等量性原则(器材的规格、生物材料的长势、分组的数量和随机性等)，编号可以针对实验器具，也可以针对实验材料，有的非条件处理需在条件处理之后，则需写在第二步。(2)设置实验组（有单一变量）和对照组（无）在A组中加入适量的在B组中加入等量的本步骤强调对照性原则、各对照组条件处理的等量性原则，通过“适量”和“等量”表达出来。在具
13、体的实验设计中，可用具体的量，如“在A组中加入2 ml在B组中加入2 ml”。需要注意的是：一组加入试剂时，如另一组不需加入试剂，则必须加等量的蒸馏水或相应不影响实验结果的溶液；如果用试管做实验，实验中加入试管的各溶液的总量一般不超过10 mL。另外，要注意单一变量原则，即本步处理的变量只能有一个。(3)放在适宜的相同的条件下培养，一段时间后观察现象和结果 将两套装置放在相同且适宜的环境中培养一段时间(或相应方法处理，如振荡、加热等)。本步骤强调各对照组外界处理的等量性原则，两套装置必须放在相同且适宜的环境中，这样的实验结果才有可比性。培养的时间可根据具体的实验确定，也可以用“一段时间”描述。（注意：a.最佳的书写步骤是；b.规范性语言准确地描述。）6、实验结果（现象）分析，得出结论 对于探究性实验，往往不只一个实验结果，而验证性一般只一个。
