科学实验的一般原理和方法Word文件下载.docx
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（4）实验内容根据实验目的确定具体的研究内容。
研究内容确定是课题的关键。
一般方法是把研究问题分解为许多小课题，分进行研究，然后再将实验结果加以综合分析，探明课题要解决的问题
（5）实验材料取材是实验成败的关键因素之一，一定要按科学的要求选好实验对象。
（6）实验方法即实验采用哪些研究方法获得明确的实验结果。
采用的实验方法应尽量减少人为的或偶然的实验误差。
确定实验方法对，应注意：
①根据研究内容确定实验类型和方法。
如野外生物种类考察，主要采用观察实验法；
为探明某一生命现象的原因，可采用析因实验法：
为鉴定某种生命物质的性质和含量，可进行定性、定量实验分析法。
②根据实验的类型明确具体的研究方法。
如观察实验是采用解剖观察法还是野外观察法，要明确观察的项目和标准。
③设置对照。
无论采用什么实验方法都要考虑设置对照。
设置对照的方法很多，有的以处理和不处理实验组进行比较，以不处理为对照；
有的以常规品种或常规浓度为对照；
有的实验是实验间相互比较，采用互比法，彼此互为对照。
此外，做任何实验都要考虑重复的问题，实验结果要经过反复实验加以验证。
④进行田间实验设计，应根据实验性质的不同，分为大区试验和小区试验。
田间试验要做合理的田间规划，根据土地条件、作物种类、试验要求和工作方便，规划小区面积、重复次数和田间排列方式；
另外，还要注意设置对照小区和保护行。
⑤设计实验方法应尽量采用先进的实验技术和仪器设备，确保研究结果的准确性。
（7）实验用具和药品即实验要采用哪些设备和仪器，使用哪些药品，从而实现有计划和有效的观测与分析。
（8）实验程序即实验流程，也就是如何运用仪器设备作用于实验对象的程序或步骤，对全部实验过程作出总体设计。
（9）日程安排根据整个实验的要求，按日程分阶段实施实验方案。
【解题指导】
例1给你洋葱、蔗糖、蒸馏水及必要的工具，请设计一个测定洋葱表皮细胞滚浓度范围的实验方案。
析
（1）实验原理：
水分的渗透作用。
（2）实验方法：
①配制一系列不同浓度的蔗糖溶液（如5％、10％、15％、20％）。
②制作上述各蔗糖溶液处理的洋葱表皮细胞装片。
③用显微镜按蔗糖溶液的浓度梯度逐个观察装片。
（3）结论：
该洋葱表皮细胞液的浓度介于能引起与不能引起细胞质壁分离的两种相邻浓度溶液的浓度之间。
该实验的设计是按照一般实验法的原理，直接通过实验组而得出结论的。
例2请你设计一个实验，证明动物生长激素的分泌器官及其生理作用。
（切除动物垂体情况很复杂，本实验仅作为学生设计实验）
析〔设计方案〕
（1）材料：
幼年兔（或其他幼年哺乳动物）。
（2）处理：
实验组A：
切除垂体；
实验组B：
切除垂体后每天注射生长激素；
对照组C：
正常兔。
（3）根据观察的结果得出结论：
生长停止；
先停止后又继续生长；
实验组C：
不停止生长。
由此得出生长激素是垂体分泌的，能促进幼小动物生长的结论。
该实验的设计是利用对照实验法的原理，通过实验组和对照组结果差异的比较得出结论的。
例3有一个生产大队研究小麦增施氮肥（尿素）的增产试验。
实验设计为两个处理：
处理
（一）为每公顷施尿素150kg；
处理
（二）为每公顷施尿素300kg；
以不施肥为对照（CK）。
施肥试验小区的排列方式有两种：
重复一次和不设重复。
试绘制小麦田间试验小区两种排列方式的规划图。
析根据试验设计要求，每个试验小区面积应一致，两种田间排列方式如下二图。
施肥试验一（重复一次）施肥试验二（不设重复）
【巩固练习】
1．研究不同饲料喂养家猪的育肥效果和比较小麦不同品种叶片大小的实验，应如何选择材料？
2．某中学课外活动小组计划进行白玉蜗牛的养殖实验，在实验设计上，你认为应探究哪些具体内容？
3．在动物实验中，正确设置对照十分困难，要选择20只完全相似的动物分为每组10只的对照组和处理组，是难以做到的。
那么，进行这种实验，你能提出一个聪明的设置对照的方法吗？
4．许多科学家认为，孟德尔进行的植物杂交试验，选择豌豆做实验材料是他成功的关键；
卡尔文在研究植物光合作用的暗反应时，选择小球藻（Chlorella）为材料也是成功的关键。
这是为什么？
5．有一位船长要试验某种防治晕船药物的效果，他选择旅客为对照，让船员都服用药剂，其结果大多数旅客晕船了，而船员没有晕船，这一结果能否说明这种药的功效？
为什么？
第二节实验实施的技能和技巧
一、实验的要求
（l）要有探索求知的科学精神；
（2）要有事实求是、严肃认真的科学态度，应严格按操作规程进行实验；
（3）要注意运用科学的研究方法，严格控制实验条件，尽力排除偶然因素的干扰，保证实验成功；
（4）积极发挥科学的思维和创新能力，在实验过程中不断有所发现，有所创新，有所前进。
二、观察与描述
1．观察的意义
任何科学都是从有选择的观察自然界开始的，生命科学也不例外。
通过对生命现象和生命过程的观察，描述出观察到的各种不同生物的形态结构、生活习性等特点，逐渐积累起有关生物的知识。
大自然界的生物是神奇的，只有善于观察的人，才能发现它的神奇之处。
2．定性观察和定量观察
观察可分为定性观察和定量观察。
定性观察主要考察研究对象的性质、特征及其基本属性，也叫质的观察。
这种观察在动植物分类，形态学中广泛应用。
定量观察主要考察研究对象的各种量及量的关系，也叫量的观察，如比较生物学常通过测量进行定量观察。
3．直接观察和间接观察
常用的观察方法：
（1）直接观察，即直接通过人的感觉器官进行观察。
这种观察方法简便，但有时不够准确。
（2）间接观察，即间接通过仪器进行观察。
如借助显微镜、望远镜等进行观察。
（3）分析性观察。
如通过生物外部形态特征的观察，逐步深入到内部结构和生理观察，逐渐认识生物的本质，这就是分析性观察。
4．观察和描述
在实验过程中，观察的目的在于了解事物，因此，观察后要把观察到的现象通过描述记录下来。
描述时，首先必须知道它是什么；
其次把它的特点描述出来，说清楚所观察的各种特点或过程的各个主要环节；
三是重点明确，抓住实质内容或整个过程的主要生物学环节；
四是描述时应使用精确的定义和名词述语，使大家容易理解。
5．观察应注意的事项
（1）要有目的地进行，有选择地观察，注意典型性原则。
（2）要避免先入之见的干扰，注意观察的客观性原则。
（3）在观察中应坚持全面性、系统性原则，尽可能从多方面观察生物的现象。
（4）对生物现象的观察，常常需要反复地进行。
对观察的结果，要反复核实，以便真实地记录所观察的现象。
（5）观察记录时最好采用数字化，使描述趋向定量化，使观察更详细、具体。
三、测量与测定
1．测量与测定的含义
测量就是用仪器确定空间、时间、温度、速度、功能等有关数值。
在科学实验中，有时需要知道研究对象所含的化学成分及其具体含量，这就需要通过化学仪器进行分行，不仅进行定性分析，还要进行定量测定。
2．测量的方法
测量物体。
液体和气体的方法很多，测量一些规则形状的物体，测量后要经过数学公式（如计算面积和体积的公式等）的运算，才能得出所需的数值。
测量的内容和方法简介于下表。
测量方法简表
测量内容
使用仪器、工具
单位（国际制）
应用实例
长度
刻度尺、卡尺、测微尺
米（m）、千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（μm）
测量动植物体、器官和细胞的长度
面积
刻度尺、测绳、皮尺
平方米（m2）、平方厘米（cm2）、公顷（km2）
测量土地、种群分布和叶的面积
体积、容积
刻度尺、三角板、量简量杯、容量瓶
升（L）、毫升（mL）、微升（μL）、立方米（m3）、立方厘米（cm3）
测量溶液和生物体器官大小
质量、重量
天平、磅秤、托盘、天平、分析天平、电子秤
千克（公斤kg）、克（g）、毫克（mg）、吨（t）、微克（μg）
测量生物体的干重和湿重
时间
钟、表、秒表
秒（s）、分（min）、时（h）、日（d）
记录生命活动的过程和活动节律
温度
温度计、体温计、地温计
摄氏度（℃）
测量人和动物体温、大气、水体和土壤温度
3．测定的方法
在生物学实验中，常对生物材料进行化学分析，其中应用范围的是比色法和容量法。
（1）比色分析法这是一种利用标准溶液或标准试纸和被测物质溶液进行测定比较，以确定被测物质含量的方法。
例如，测定土壤中的酸碱度（pH），可用精密pH试纸对土壤浸出液进行测定，其显色反应与标准比色卡对比，便可测得溶液的pH值，即土壤的酸碱度。
测定组织中的可溶性糖，可利用某些化学试剂（如斐林试剂）与生物组织中的可溶性糖中的还原糖（如葡萄糖和果糖）发生作用，根据是否生成砖红色沉淀，即可鉴别可溶性糖的存在。
在生物化学实验中常用比色计等仪器进行定量分析。
（2）容量分析法容量分析法中常用的一种方法是容量沉淀法。
它是根据标准溶液在沉淀反应中所需的用量，计算被测物质含量的方法。
例如，测定水果中的维生素C含量、植物的呼吸强度（CO2释放量）等均可采用这种分析方法。
四、现象和数据的记录
良好的记录是确保实验成功和提高工作效率的关键。
记录工作应注意：
（1）要有牢固装订的记录本。
记录本上有固定的记录格式（包括记录内容、日期和记录人）。
（2）每次观察到的现象和数据应及时记入笔记本上，以免记错或遗漏。
（3）应用不退色的笔记录，以备长期保存。
（4）记录必须完整，而且是原始记录，有的实验结果常需绘制草图或拍照等方式记录一些现象和问题。
例1根据提供的动物标本，通过详细观察试比较豺、狼的区别，请填入下表：
体型
体色
尾部
豺
狼
析经过观察和测量，豺体型小，狼体型大；
豺的体色为红棕色，狼为灰黄色；
豺的尾粗长、毛密似狐尾，狼的尾较短尖，尾下垂，很少活动。
例2取数量相同，大小一致的两种不同处理（喷施生长素浓度不叫的棉花叶片，利用实验桌上的设备，设计一种测量叶片面积的方法。
（1）较详细地叙述你的实验过程。
（2）计算出两种处理叶面积的大小。
析棉花叶片属不规则形状物体。
测量叶片面积有两种方法：
（1）利用刻度尺测量叶片的长度（叶片基部至叶尖的长度）和叶长度中点处的宽度，按长×
宽×
0.761公式计算叶面积。
（2）利用方格纸，把叶片平整地放在方格纸上，用削尖的铅笔把叶片的边缘描绘下来。
由于每一方格的面积是已知的，计算叶片占据的格数，即可求出叶片的面积。
例3取相同数量的国光和红富士不同苹果品种的果实，利用实验桌上提供的卡尺、刻度尺、量杯、量简、台秤等工具，设计一种测量苹离果实大小（体积）的方法，并用所测数据比较两种不同苹果果实的大小。
析苹果的果实属不规则形状物体，可用量筒或量杯测量体积，即在量简内先放入一定量体积的水，然后放入待测的苹果果实，通过测量筒内体积增长情况，即可求出不同品种果实体积的大小。
例4为测定不同豆类种子发芽时期的含水量，现提供黄豆、绿豆、蚕豆、豌豆4种豆科植物萌发种子，在实验桌上备有称量瓶、天平、坩锅钳、干燥器和室内用烘箱等设备，设计测定含水率的实验流程，并比较4种萌发种子含水率的多少。
析测定含水率的方法：
样品（一定量）
称量瓶
烘箱
用坩埚钳取出称量瓶
干燥器
称量瓶再称重
称量瓶（恒重）。
计算水分质量分数。
水分质量分数（％）＝
例5将黄化豌豆幼苗的芽鞘尖除去，然后进行实验，以研究植物激素对豌豆幼苗生长的影响。
利用墨水在每株上胚轴距离顶端的位置画一记号，如下图所示：
把经过上述方法处理的幼苗分为三组，每组有120株，其中两组分别施以激素A或B。
然后将所有的幼苗置于黑暗的地方生长5天。
每天从每组中取20株幼苗，于记号处将其“顶部”切去，并测定“顶部”的平均长度（L）和平均鲜重（W）、最后将每组的W/L值计算出来。
结果如下表所示。
天
对照实验＋激素A＋激素B
LWW/LLWW/LLWW/L
（mm）（mg）（mg/mm）（mm）（mg）（mg/mm）（mrn）（mg）（mg/mm）
10.020.52.0510.021.02.1010.021.52.15
1
10.221.02.0610.327.52.6712.552.02.00
2
10.821.51.9910.942.53.9015.536.02.32
3
11.022.02.0011.260.05.3622.049.52.25
4
11.522.01.9111.469.56.1029.559.02.00
5
11.422.51.9711.360.55.3530.060.02.00
（1）用什么工具测量幼苗长度？
参考有关平均长度（L）的数据，可以得出什么结论？
（2）用什么工具测量幼苗的重量？
“顶部”平均重量（W）与幼苗细胞体积有何关系？
解释作的答案。
（3）根据你在回答
（2）时所作推论，W／L代表什么？
（4）写出一种激素的名称，其特征须与激素B类似。
（5）施以激素A的幼苗的W／L值，在第5天比第4天为低，提出一项可能理由进行解释。
（6）解释以下实验步骤的原因：
①除去豌豆幼苗芽鞘。
②将幼苗置于黑暗中生长。
析（l）测量长度用刻度尺，从三组实验“顶部”平均长度比较来看，激素B有促进生长的作用。
（2）测量幼苗的重量用天平，“顶部”平均重量增加与幼苗细胞体积加大有关。
细胞伸长生长体积加大，液泡水量增加，因此重量增加。
（3）W／L代表每mm幼苗的重量（mg）。
（4）生长素与激素B相似。
（5）施以激素A的W／L值降低，可能是由于激素A增加幼苗重量的作用降低，致使W／L值降低。
（6）因为芽鞘是产生生长素的部位，所以研究外源激素的作用，要切除豌豆幼苗芽鞘。
另外，将幼苗置于黑暗中生长，防止光合作用因素对实验的干扰。
6．渔民常用鸬鹚（俗称鱼鹰）捕鱼，根据你的观察，鸬鹚有哪些适于捕鱼的形态特征？
7．在动物园观察孔雀的行为，请描述孔雀开屏的精彩表演：
开屏的孔雀性别是性。
它把尾屏，展开似形。
还不断地转动，抖动，发出的声音，作出各种优美的舞蹈动作。
这是一种行为。
尾屏是由尾上的发达而成，而不是尾羽，尾羽的长度，隐于。
8．根据给你提供的仙人掌、茧丝子、葫芦藓、金鱼藻四种植物的观察，填写下表：
植物
根
茎
叶
适于生活场所
仙人掌
葫芦藓
菟丝子
金鱼藻
9．观察下图中表示的黑头鸥可能出现的几种姿态，试回答：
一只海鸥偶然在另一只海鸥的领地中，两只海鸥彼此相遇，以下哪一种可能是后来者的姿态？
10．某校生物实验小组计划开展培育作物新品种的田间试验，你认为田间观察应制定哪些观察项目？
11．某校课外活动小组研究不同浓度的蔗糖溶液对马铃薯薯块大小的影响实验，其步骤如下：
（1）用打孔器从同一个马铃薯块茎上取三块样品，用刀片修整，使其长度至少为30mm，三个样品尽可能等长。
（2）尽可能精确地测量每一薯块的长度、直径、体积、重量，将所得数据记入下表中。
（3）把三个薯块分别放在作好标志的A、B、C三个试管中。
在A试管中倒入蒸馏水，把10％糖溶液倒入试管B中，把20％的糖溶液倒入试管C中，都要使薯块浸泡。
然后用铝箔把每个试管口封好并放在试管架上。
待1～2天后，将薯块从试管中取出，按
（2）的测量要求重做一次，也在表中记下所得的数据。
试回答下列实验问题：
（1）除记录的数据所表明的变化外，在三个薯块上还分别观察到什么其他变化？
（2）薯块A的体积发生了什么变化？
（3）糖溶液浓度与薯块重量的变化之间有什么关系？
（4）提出一个假设来说明在什么样的浓度下，马铃薯的重量不变？
并设计一个验证实验。
测量
薯块A（蒸馏水）
薯块B（10％糖溶液）
薯块C（20％糖溶液）
第1天
第2天
区别
（＋或－）
（mm）
直径
体积
（L）
重量
（g）
第三节实验结果的分析和总结
一、分析实验结果的意义
在实验过程中，会获得大量数据，观察到许多现象，必须科学地分析这些实验结果才能得出正确结论。
为此，应做好以下两项工作：
1．正确处理实验数据
实验数据处理包括技术处理和理论分析。
技术处理就是正确地掌握和实施处理技术，把各种数据转化为一目了然的实验资料；
理论分析就是运用理论思维和数学工具，对实验中所得数据或误差逐个加以研究，作出科学判断。
2．深入分析实验结果
分析实验结果就是以已知的假说和理论为依据，对实验结果进行解释和评价，作出正确的科学发现和实验结论。
二、实验结果的分析方法
1．分析与综合
分析就是把客观研究对象分解成较简单的组成部分，找出这些部分的本质属性和彼此之间关系的一种思维方式。
如细胞是复杂的结构体，可以把一个完整细胞区分为细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核等，并分别对各部分进行考察和研究，从而认识各部分的特点和功能。
分析方法在生物学研究中起着十分重要的作用。
综合就是把分析得到的各种事物的关系，按其固有的内在联系结合成为一个统一整体，从而认识事物的整体面貌及其发展。
如细胞虽然可分为许多部分，但作为生命活动的基本单位，它是整体发挥作用。
因此，只有分析与综合相结合才能正确地认识实验的结果。
2．比较与分类
在研究生命现象时常用比较法，有比较才能鉴别。
比较就是把两种或两种以上的事物或现象加以对照，找出它们的异同点，如鲸和鲨鱼都生活在海洋里，形态相似，但通过仔细分析比较，两者有本质上的差别，鲸属哺乳纲动物，鲨鱼属鱼纲动物。
根据事物和现象之间异同的比较，就可以把它们归纳成类，这就是分类。
自然界的生物约200多万种，根据它们的形态结构特点，按一定的标准，把每种动植物都可以归到界、门、纲、目、科、属、种的类别下。
这种等级分类不仅说明不同生物之间的差别，同时也反映它们之间的亲缘关系，比较与分类是分析实验数据的重要方法之一。
三、实验数据的计算和整理
在生物学实验中，仅靠定性的分析是不够的，往往要知道量的多少，因此需要将实验中测量所得数据，通过数学方法进行计算和处理，以便作出准确的判断和可靠的结论，使感性认识上升为理性认识。
目前常用的是生物统计学方法。
1．几种常用的统计术语
（1）总体和样本在实验研究中对某一类研究对象（动植物的个体或群体）进行观察记载，某些研究对象的全体称为总体。
对总体进行研究时，由于总体中个体数目很多，很难甚至不可能对总体进行研究，只能选择其中一部分个体为代表加以观察和研究，所选择的这些个体称为样本。
选择样本的过程称为取样或抽样。
取样是否恰当，是否具有代表性，往往关系到实验的成功或失败。
样本可分为大样本和小样本。
在生物统计学上，样本单位数超过30的，划为大样本，等于或小于30的，划为小样本。
可根据实验要求确定抽样数目。
取样时，要防止主观偏见，应随机取样。
取样方法很多，不论哪种方法都应注意样本（或样点）的代表性。
（2）变数和变量在测量某种生物的性状时，即使同一种的性状，个体之间也有差异，在遗传学上叫变异，在生物统计学上称为变数，通常用X、Y、Z来表示；
每个个体在某一性状上具体表现的数值，称为变数值或变量，可用X1、X2、X3…来表示。
例如，某班男生的身高是一个变数，而调查所得的某一位男生的身高为140cm，这便是一个变数值（变量）。
通过实验测量所观察记载的数量资料，因性状不同，一般分为数量性状资料和质量性状资料。
数量性状一般具有连续变异的特点，而质量性状的变异是不连续的，其分析方法也有所区别。
（3）误差（或机误）在进行任何一种实验或研究工作时，总是需要利用度量衡来进行衡量的。
但每测量一次，往往不能获得完全相同的数值，这就可能产生一种误差。
这种误差是难免的。
生物统计范围为把误差中有一部分是人们不可避免的称之为统计误差。
在分析或作实验结论时允许这部分误差的存在。
一般认为在某些实验中误差应在0.1％以下。
2．基本常数的计算
生物统计中常用的基本常数有：
平均数（
）、标准差（Sx）、变异系数（C％）和标准误（S
）。
平均数是属于集中性测定，而标准差和变异系数是属于离中性测定。
标准误是来源于平均数的标准差，又称均数标准差，也属于离中性测定范围之内。
（l）平均数平均数也叫平均值或均数。
它是一种表示群体集中性的测定方法之一，反映研究现象的集中趋势。
平均数常用
（即X-bar，读作“X排”）或M表示。
常用的算术平均数，用下式表示：
算术平均数（
）＝
上式也可表示为：
＝
，式中
为总和的运算符号（读Sigmar），表示累加的意思。
（2）标准差在研究分析一个群体的特性和特征时，不仅要注意其集中性；
同时还要研究它的离中性，即其变异程度。
标准差（Sx）即是反映一个数列中各个变数与平均数相差大小的一个统计指标。
标准差值越大，说明平均数对这一数列的代表性越差。
标准差的计算公式是：
式中：
又为样本标准差，X为变数值（观察值），
为样本的平均数，n为样本变数的次数。
（3）变异系数变异系数（C％）也是属于离中性程度的一个常数。
它与标准差
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