生物学实验设计的基本原则和方法Word文档格式.docx
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实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。
2.4可重复性：
重复、对照、随机是保证实验结果准确的三大原则。
任何实验都必须有足够的实验次数才能判断结果的可靠性，设计实验只能进行一次而无法重复就得出“正式结论”是草率的。
2．5
单一变量原则
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。
例如：
我们在做“植物的向性运动”有重力与单侧光两个实验变量，必须要有各自实验和变化结果，常见的错误就是在有光的条件下进行重力实验变量，影响了实验结果的准确性。
例如，在验证温度对酶活性的影响的实验中，就必须控制pH值、底物量和酶量的相等，只改变单一变量——温度，观察不同温度下酶活性的差异。
遵循单一变原则，既便于对实验结果进行科学的分析，又增强实验结果的可信度和说服力。
①实验变量与反应变量。
实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，而反应变量是指由实验变量而引起的变化结果，二者之间是前因后果的关系。
实验的目的就在于获得和解释前因与后果。
关于“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，“低温（冰块）、适温（37℃）、高温（沸水）就是实验变量，而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。
该实验旨在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。
②无关变量与额外变量。
无关变量是指实验中除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件。
由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。
它们之间也是前因后果的关系。
但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。
“唾液淀粉酶实验”中，除实验变量（温度）外，试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。
如无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同、不均衡，就会产生额外变量，影响实验的真实结果。
实验变量，或称自变量，指实验假设中涉及的给定的研究因素。
反应变量，或称因变量，指实验变量所引起产生的结果或结论。
而其他对反应变量有影响的因素称之为无关变量，观察其对实验结果的影响。
2．6
对照性原则实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。
由于同一种实验结果可能会被多种不同的实验因素所引起，因此如果没有严格的对照实验，即使出现了某种预想的实验结果，也很难保证该实验结果是由某因素所引起的，这样就使得所设计的实验缺乏应有的说服力。
可见只有设置对照实验，才能有效地排除其它因素干扰结果的可能性。
才能使设计显得比较严密，所以大多数实验，尤其是生理类实验往往都要有相应的对照实验。
如何设置对照实验呢？
所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。
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：
①所有用生物材料要相同
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。
②所用实验器具要相同
即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。
③所用实验试齐要相同
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。
④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。
设置对照组有4种方法：
（1）空白对照，即不给对照组做任何处理；
例如，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。
课本中涉及到的用甲状腺制剂饲喂蝌蚪与正常情况下蝌蚪不作任何处理对照就属于空白对照；
（2）条件对照，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。
例如，在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组（饲喂甲状激素），乙组为条件对照（饲喂甲状抑制剂）；
课本中涉及到温度对淀粉酶活性影响的实验中0℃、100℃等温度下的对照则为条件对照；
，显然，通过条件对照．实验说服力大大提高。
（3）自身对照，指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组；
例如，“质壁分离与复原”实验，自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。
课本中涉及到将过氧化氢酶加入H202液中说明酶是生物催化剂，则属于自身对照；
（4）相互对照，不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。
这种方法常用于等组实验中。
“植物向光性”实验中，利用若于组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。
证明玉米根的生长方向与地心引力的关系实验中不同方向放置的玉米种子之间则属于相互对照。
根据实验目的要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照组实验。
中学阶段所要求的实验设计一般多采用对照的原则，因为科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。
另外，对实验结果的分析要注意分析方法的选择，有时还要求用图表表示有关结果或事实，这也是常用的基本技能。
3
实验设计的思路和方法
伴随高考模式的改革，以能力测试为主的高考题中，实验设计题型是新题型，并且在试题中所占比例逐年增加。
因此，在生物学教学和复习中加强这一方面的训练是很有必要的。
3．1
实验设计的思路
实验设计的基本思路
首先，应认真研究实验课题，依据科学的实验思维方法，找出其中的实验变量和反应变量，理解题目已知条件所隐含的意义。
明确实验目的、实验原理及实验要求的基本条件。
其次，充分利用所给器材和试剂，构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获方法。
—般情况下，题目中所指定的器材、试剂，任何一种都应在实验的相关步骤中出现，避免遗漏或自行增加某种器材或试剂。
精心策划实验方法、严格设计实验过程、合理设置对照或变量，并引入科学的测量方法
其三，最后再选择适宜的实验材料（实验对象），在注意实验步骤关联性的前提下表述实验步骤，并从不同的角度分析实验结果。
实验步骤的关联性需要考虑步骤排列的顺序性和实验主体（生物个体、器官、组织、细胞等）活性的维持；
更高层次的关联，是认识探究过程的关联和递进，不断地淘汰、修正、检验假设，最终接近正确结论。
这也是实验科学最基本的原则和要求。
最后，能够做到有效预测实验结果、科学描述实验结果，并得出科学的实验结论。
3．2
实验设计的方法
一份完整的实验设计方案，应该包括：
实验名称，实验目的，实验原理，实验对象，实验条件，实验材料、用具和装置，实验步骤，实验现象，实验结果的假设和预期，实验结果的分析和讨论。
3.2.1
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。
实验结果预测及分析：
能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。
实验结论：
对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。
4实验设计的步骤
a．观察现象。
这里的观察是指在处于自然常态条件下进行的积极主动行为。
观察时必须仔细而周详，且要作相应的记录，更为重要的是观察时要保持客观的态度，要避免产生定势思维和经验幻想，以确保观察的真实可靠性。
b．提出问题。
对事物作慎密观察以后会因疑问想作进一步了解而提出问题，但是，一般只有有意义的问题才值得去探讨。
因此，研究时，不仅要提出问题，更要提出确切的问题，并保证问题的叙述要清楚且正确。
例如“蚯蚓如何借助肌肉的收缩与舒张而移动身体的?
”
c．作出假设。
所谓假设，就是对可见现象提出一种可以检测的解释，提出假设后应寻找证据，如果符合事实则假设成立。
假设实际上是对所提出的问题所作出的参考答案。
在检测假设之间，常先提出实验的预期结果，如果预期没有实现，则假设不成立。
一般来说假设的形成可分为两步：
首先依据发现的事实材料或已知的科学原理，通过发散性思维，提出涵盖各种可能的初步假定；
之后，依据假定进行推理、排除并综合分析，得出具体的假定性结论。
“动物激素饲喂小动物的实验”，其假说是：
“甲状腺激素对动物的生长发育有影响”，假定性结论是“用适量的甲状腺激素饲喂蝌蚪，生长发育加速”。
d．设计、进行实验。
实验是实现验证假说和解决问题的最终途径。
科学的实验过程必须要注意以下内容。
平衡控制。
平衡控制主要是针对无关变量与额外变量的控制。
因为实验中的无关变量很难避免，只能设法平衡和抵消它们的负面影响。
平衡控制的形式主要有以下几种。
单组实验法：
对—组或—个对象，随机或轮流循环地采用两种（或两种以上）的方法，由于实验对象唯一，无关变量影响也就被平衡与抵消。
“观察质壁分离与复原”实验，通常先做分离，然后紧接90着在同一材料上再做复原。
等组实验法：
将—种状况相等的实验对象分成若干组，不同组采用不同的方法处理。
例如“根对矿质元素的交换吸附”实验中，两组染色根等份，一份放人CaCl2溶液中，一份放入等量的蒸馏水中的对比实验，就是等组实验。
轮组实验法：
对两组或更多以上的实验对象，循环采用两个或以上的实验处理。
例如，“植物向光性”实验中，可随机取2株生长状况不同的玉米幼苗，作如下处理：
甲组中，玉米幼苗——A先用“不透光”处理，B后用“单侧光”；
乙组中，玉米幼苗——C先用“单侧光”，D后用“不透光”。
实验结果处理是A+D与B+C的对比。
轮组实验操作要麻烦些，但这种处理的匹配，对平衡消除无关变量与额外变量往往更具有说服力。
因此在实验设计中可以从以下几个方面去考虑：
（1）恰当选择实验对象，选择最能体现此生物学事实的具体对象，如细胞、组织、器官或生物个体；
（2）细心注意对实验条件、材料用具和装置的理化条件和生物学方法处理后，认真研究实验装置设计的严密性和合理性；
（3）合理设计实验步骤，要注意实验步骤的关联性和延续性，实验操作的程序性；
（4）精心设置对照组实验，控制和消除无关变量对实验结果的影响；
（5）提出假设条件，预测结果，假设是对可见现象作出可以检测的解释，假设的成立与否依赖证据（预测结果符合事实或实现则假设成立；
反之则假设不成立）；
（6）仔细观察实验现象，详细记录实验结果，只考虑单一实验变量对结果的影响；
5
实验设计应注意的问题
5．1
在掌握实验目的（，即需要验证的生物学事实）、原理的基础上确定实验方法。
5．2
严格遵循实验设计的基本原则，准确设置对照或变量。
5．3
注意实验程序的科学性、合理性。
5．4
对实验现象进行准确的观察、测量、记录。
5．5准确地预测实验结果，实验设计的最后往往还需要预测实验结果，在结果预测上要全面，准确。
而在这一环节上，学生往往会出现各种各样的错误。
①测交结果预测，除了全黑，有白有黑外，还有全白。
②加碘后，“不变蓝”不等于“无色”或“没有颜色变化”；
另外“不变”也不能说成“无现象”。
③用亚甲基蓝做菌量检测时，不能把“褪色”说成“无色”。
④在验证甲状腺激素对促进幼小动物发育的作用时，不能把“发育”说成“生长”。
能够预测可能出现的实验结果及其导致原因，并能够得出科学的实验结论。
5．6合理地设计操作过程
基本的实验方法选定以后，紧接着就要编定具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理规范、切实可行，否则也会造成很大的失分。
①从动物体内取血，是从臀大肌中抽取，还是从血管中抽取？
取血前是否要用酒精棉球对取血部位进行消毒？
②向淀粉糊中加了唾液后是否要振荡试管呢？
③酶促反应的试管如何加热？
是直接加热，还是水浴保温？
④在用酒精溶解叶中叶绿素时，酒精要加热，是直接加热，还是隔水加热？
⑤使甲状腺制剂、胰岛素、生长激素进入动物体内的方法应如何操作？
是饲喂，还是注射？
⑥不同的情况下要合理地选用不同的水。
清水、池水、凉开水、蒸馏水、生理盐水。
……等等
5.7简明地组织语言文字
如：
①步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说，并加以编号。
②试管（或烧杯，水槽等）要加以编号，如A、B或甲、乙等等，这样可使叙说简洁一些。
③叙说中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如：
“盖玻片”不能说是“薄的玻璃片”；
“等量的”不宜说成“一样多的”；
“振荡”不宜说成“晃动”“摇动”等等。
5．7多分析实验设计的实例。
在理科综合能力测试中，受时间和卷面的限制，实验设计能力考查无法面面俱到，或者是考查实验步骤的设计、续写或修改，或者只是考查实验结果的分析与讨论，或者是实验装置的检验或改进等等。
了解一份完整的实验方案的要求和所涉及的内容，掌握实验设计的思路和方法，在理科综合能力测试的实验能力考查中就能够有据可依，有法可循，总体考虑，综合分析，达到事半功倍的效果。
5.7.1
实验设计的实例分析
“验证成熟植物细胞的渗透作用”实验设计实例：
1．实验名称：
观察马铃薯条的渗透吸水与渗透失水现象。
2．实验目的：
验证成熟植物细胞的渗透作用。
3．实验原理：
当外界溶液浓度大于细胞液浓度时，植物细胞通过渗透作用失水；
反之则吸水。
4．实验对象：
新鲜马铃薯条。
5．实验条件：
0.3g/L-1蔗糖溶液、蒸馏水、大试管、有刻度的小烧杯、刀片、镊子等。
6．实验设计的基本原则：
对照。
7．实验方法与步骤：
（1）制备3条长度、宽度、体积都相同的新鲜马铃薯条。
（2）将其中的2条分别放入盛有等体积的蔗糖溶液与蒸馏水的烧杯中，另1条放入加塞的空试管中。
（3）2h以后，通过比较的方法观察薯条的长度变化及蒸馏水、蔗糖溶液体积的变化。
8．实验结果预测分析：
可能出现的实验结果是：
（1）放入蒸馏水中的薯条长度增加，而放入蔗糖溶液中的薯条长度变小，且蔗糖溶液体积明显大于蒸馏水体积。
（2）放入蒸馏水中的薯条长度增加，而放入蔗糖溶液中的薯条长度不变，且蒸馏水的体积小于蔗糖溶液体积。
（3）放入蒸馏水中的薯条长度不变，而放入蔗糖溶液中的薯条长度变小，且蔗糖溶液体积大于蒸馏水体积。
（4）薯条的长度及溶液的体积都没有明显的变化。
9．实验测量与记录：
将放入溶液中的薯条与试管中的薯条比较观察，并比较烧杯中溶液的体积：
放入蒸馏水中的薯条变长、放入蔗糖溶液中的薯条变短，且烧杯中蔗糖溶液的体积比蒸馏水的体积大。
10．实验结论：
放入蔗糖溶液中的薯条渗透失水，放入蒸馏水中的薯条渗透吸水。
6生物实验设计题解题技巧
1、常用的表达词汇：
适宜、适应、等、相同、等量、各、分别、显著差异、一段时间
2、实验设计题的简单分类：
验证型——对于实验现象可以由要验证的结论直接得出，不必讨论
研究型——对于实验现象一般要讨论并得出相应的结论
（正、反、中间）
3、实验目的——含实验单因子变量
实验目的——具体化——实验结论
实验现象——涉及到假设，是具体的可以观察到的现象或具体的数据
实验解释——涉及到实验原理
实验结论——变量+现象
7.中学实验有关的一些最常见的经典性的实验方法汇总如下：
（1）化学物质的检测方法
①淀粉——碘液
②还原性糖——斐林试剂、班氏试剂
③C02——Ca（0H）2溶液或酸碱指示剂
④乳酸——PH试纸
⑤02——余烬复然
⑥无02——火焰熄灭
⑦蛋白质——被蛋白酶分解、双缩脲试剂、燃烧
⑧脂肪——苏丹Ⅲ、苏丹Ⅳ
（2）实验结果的显示方法
①光合速度——02释放量或CO2吸收量或淀粉产生量
②呼吸速度——02吸收量或CO2释放量或淀粉减少量
③原子途径——放射性同位素示踪法
④细胞液浓度大小——质壁分离、体积的变化
⑤细胞是否死亡——质壁分离
⑥甲状腺激素作用——动物耗氧量，发育速度，神经系统兴奋性等
⑦生长激素作用——生长速度（体重变化，身高身长变化）
⑧胰岛素作用——动物活动状态、血糖浓度
⑨菌量——菌落数或亚甲基蓝褪色程度
（3）实验条件的控制方法
①增加水中氧气——泵入空气或吹气或放入绿色植物
②减少水中氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水
③除去容器中CO2——NaOH溶液
④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境（饥饿处理）
⑤除去叶中叶绿素——酒精加热
⑥除去光合对呼吸干扰——给植株遮光
⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光
⑧血液抗疑——加入柠檬酸钠
⑨线粒体、细胞膜提取——细胞匀浆离心
⑩骨的脱钙——盐酸溶液
⑾CO2浓度的平衡——NaHCO3溶液
8.创新实验
（1）用小麦或其他植物种子，置于小盘中，给予水分和温暖的环境，促进种子萌发，待长出幼根后可观察根尖的根毛。
（2）将体积、形状相同的两根萝，卜（或两条土豆条），分别浸于等量的清水和盐水中，观察他们的变化情况。
说明变化的原因。
（3）将植物幼苗的外面用玻璃容器或透明的塑料袋罩上，观察植物的蒸腾作用。
（4）将两株大小差不多的植物幼苗分别种于细沙中，然后一株每天仅浇清水，另一株每天浇“土壤浸出液”，观察两株幼苗的生长情况有什么区别，并说明其原因。
（5）观察家里种植的各种花卉的向光生长现象，并用生长素的理论加以解释。
（6）将植物种植在花盆里，然后将植物及花盆横向放置，过一段时间后，观察茎的背地生长和根的向地生长，并用生长素的理论来解释。
（7）对庭院中的植物进行“破除顶端优势”的实验。
方法是选两株长势和形态大小差不多的植物，一株进行摘掉顶芽的处理，另一株作为对照，不进行处理。
经过一段时间的生长发育后，观察两株植物的差别，并解释其原因。
（8）选两段柳条，一段带有2-3个芽，另一段不带芽，然后将两个柳条下端用干净的小刀斜向切去一小部分，使柳条下端呈一斜面。
接着将这两个柳条扦插于潮湿疏松的土壤或花盆的土里。
经过一段时间后，观察两个树条生长发育的情况，并解释其原因。
（9）对于饲养小动物进行“建立条件反射”的实验，并说明神经系统的调节功能。
条件反射的建立可参见初中（生理卫生）课本中的有关内容。
（10）进行营养生殖的实验。
可以用分根、扦插、嫁接等方法来繁殖家里栽培的花卉等植物。
（11）进行异花传粉实验。
可以利用庭院种植的豆科植物的花（与豌豆花一样均为蝶形花冠）进行异花传粉，即先对某一朵花去雄，使之作为母本，再将另一朵花作为父本提供花粉，为去雄的花传粉，然后观察以后的发育过程。
（12）观察蝌蚪的发育过程。
捕捉蝌蚪进行饲养，观察其变态发育的情况。
有条件的还可以采集青蛙的卵、蝌蚪和以后的不同发育阶段的个体，在教师指导下制成青蛙发育过程的标本。
（13）对于自己的家庭成员某些性状的遗传情况进行调查。
如调查家庭成员中有无耳垂、是否卷舌、是否是双眼皮等，按照显隐关系和基因的分离定律来分析这些性状的遗传情况，并画出遗传系谱图。
9、复习应试策略
生物是一门以实验为基础的学科，因此，对实验的重视和复习是高考复习中的重要一环。
在复习时，首先应明确本专题的复习目标和内容，对本专题的重点做到心中有数。
从近几年上海、广东生物高考试题分析看，对实验能力进行考查是重点，它的导向功能在这里得到了充分的体现；
从知识内容看，试题涉及到生物基本原理、概念、解剖和生理知识，实验目的、教材操作、方法步骤，对实验现象的观察分析，实验设计和结果的预测等多方面；
从认识水平看，包括了解、理解、综合运用等层次。
针对近几年高考试题情况，在复习时应采取以下策略：
1．显微镜是生物实验中最常用的仪器，在高考中，每年都涉及到与此有关的专题，有时单独命题考查，有时结合其他实验考查。
所以尽管高中生物教学大纲对“显微镜的使用”未做要求，但考虑到显微镜的特殊作用，在复习时，我们应将此内容进行重点复习。
2．牢固掌握中学生物学的每个实验的目的、方法、原理、步骤，并熊对实验结果和现象进行综合分析和说明。
3．从近几年生物高考题看，实验考题从方案设计到结果的分析都是开放性的，给考生更大的思维空间，真正是在考查能力。
在复习中必须真正弄懂实验的原理及每一步骤设计的科学依据。
要求考生掌握科学实验的基本方法，如对比法、单因子实验法、模拟实验法，观察法和解剖法等。
考题应增加一些探索性的、开放性的实验，放手让学生自己设计方案，动手操作，切实提高学生的实验能力。
习题：
考题类型：
1.考查观察实验、提出假设能力的试题
例1：
将同时孵化的同种蝌蚪15条（体长均为15毫米），随机分为3组（每组5
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