生物实验设计

1、12生物学研究的一生物学研究的一般方法？般方法？发现问题（观察和实验）（见前言）发现问题（观察和实验）（见前言） 提出假说提出假说 设计实验设计实验 分析实验结果（现象）分析实验结果（现象）得出结论得出结论3中学生物实验设计的一般方法中学生物实验设计的一般方法 中学生物实验分中学生物实验分探究性实验探究性实验和和验证性实验证性实验验，其区别在于探究性实验其假设不一定正，其区别在于探究性实验其假设不一定正确，故实验结果有多种可能，而验证性实验确，故实验结果有多种可能，而验证性实验其假设一定正确，故实验结果只有一个。其假设一定正确，故实验结果只有一个。 一一.实验分类实验分类4二二.生物实验的一般

2、概念生物实验的一般概念1.自变量和因变量自变量和因变量 自变量自变量，也称为实验变量，是指实验中由实验者所施，也称为实验变量，是指实验中由实验者所施加的因素或条件。自变量一般是由实验目的所确定的。加的因素或条件。自变量一般是由实验目的所确定的。因变量因变量，亦称反应变量，是指实验中由于自变量而引起，亦称反应变量，是指实验中由于自变量而引起的变化和结果。通常自变量是原因，因变量是结果，二的变化和结果。通常自变量是原因，因变量是结果，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关系。例如，在后果关系。例如，在“探究温度种子萌发的影响探究温度

3、种子萌发的影响”的实的实验中，所给定的低温验中，所给定的低温(冰块冰块)、适温、适温(37)、高温就是自、高温就是自变量。而由于低温、适温、高温条件变化，种子的萌发变量。而由于低温、适温、高温条件变化，种子的萌发率也不同，这就是因变量，该实验证明和提示了温度变率也不同，这就是因变量，该实验证明和提示了温度变化化(自变量自变量)与种子萌发率高低不同与种子萌发率高低不同(因变量因变量)间的因果关间的因果关系。系。52.无关变量无关变量无关变量无关变量，也称控制变量，是指实验中除，也称控制变量，是指实验中除自变量以外的影响实验现象或结果的因素和条件。如上自变量以外的影响实验现象或结果的因素和条件。如

4、上述实验中除自变量述实验中除自变量(温度温度)以外，以外，空气中氧浓度，种子的空气中氧浓度，种子的种类种类,种子的数量种子的数量,种子含水量种子含水量,实验室的光照状况实验室的光照状况等等，等等，都属于无关变量。为了减少无关变量对实验的影响，要都属于无关变量。为了减少无关变量对实验的影响，要求对各组实验处在相同、均衡、适宜的实验环境中进行；求对各组实验处在相同、均衡、适宜的实验环境中进行；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对各个如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对各个实验组的给定不等同、不均衡、不适宜，则会在实验结实验组的给定不等同、不均衡、不适宜，则会在实验结果中产生额外变量

5、，出现干扰，造成实验误差。实验的果中产生额外变量，出现干扰，造成实验误差。实验的关键之一在于控制无关变量关键之一在于控制无关变量,从而减少额外变量，也就从而减少额外变量，也就是说要使不同实验组同时处在是说要使不同实验组同时处在相同且适宜相同且适宜的环境因素下的环境因素下进行，以减少实验误差。进行，以减少实验误差。 6三三.生物实验的一般原则生物实验的一般原则1.对照性原则对照性原则 为了排除无关变量对实验的干扰。在为了排除无关变量对实验的干扰。在实验设计中，通常设置对照组，通过干预或控制研究实验设计中，通常设置对照组，通过干预或控制研究对象以减少实验误差，可使实验结果更具说明力和科对象以减少实

6、验误差，可使实验结果更具说明力和科学性。学性。2.单一变量原则单一变量原则 可以揭示自变量与因变量间的相互关可以揭示自变量与因变量间的相互关系。常用的实验设计方法是：实验组和对照组只改变系。常用的实验设计方法是：实验组和对照组只改变所要研究的某一变量（自变量），控制其他变量相同所要研究的某一变量（自变量），控制其他变量相同且适宜且适宜,通过对照实验，观察其对实验结果的影响，通过对照实验，观察其对实验结果的影响，从而得出科学的结论。从而得出科学的结论。3.随机性原则随机性原则 为了排除实验对象的个体差异对实验的为了排除实验对象的个体差异对实验的影响。具体设计方法是：对实验材料进行随机分组。影响。

7、具体设计方法是：对实验材料进行随机分组。4. 重复性原则重复性原则 多组重复实验，以提高实验设计的原理、多组重复实验，以提高实验设计的原理、实验结果的预期、实验的各环节的可靠性。实验结果的预期、实验的各环节的可靠性。7四四.生物实验设计的一般思路生物实验设计的一般思路 生物实验设计的一般思路，可归纳为如下生物实验设计的一般思路，可归纳为如下口诀：口诀： 自变量是什么，如何施加？自变量是什么，如何施加？ 因变量是什么，如何揭示？因变量是什么，如何揭示？ 无关变量是什么，如何控制？无关变量是什么，如何控制？(其它条件相同且适宜其它条件相同且适宜)实验步骤实验步骤8例例:实验设计：实验设计：验证验证

8、“二氧化碳是绿色植物二氧化碳是绿色植物光合作用所必须的原料光合作用所必须的原料”。“自变量是什么，如何施加？自变量是什么，如何施加？” 显然根据题意，自变量是二氧化碳，那么如显然根据题意，自变量是二氧化碳，那么如何施加自变量呢？可取两玻璃钟罩，编号为何施加自变量呢？可取两玻璃钟罩，编号为A和和B，各放入同种长势相同盆栽植物一株，其中，各放入同种长势相同盆栽植物一株，其中A中加适量中加适量NaHCO3，利用其水解可产生二氧化碳；，利用其水解可产生二氧化碳；B中加等量中加等量NaOH，利用其吸收二氧化碳，使装，利用其吸收二氧化碳，使装置置B缺少二氧化碳。缺少二氧化碳。如何解答这个题目呢？根据上述口

9、诀，可作如如何解答这个题目呢？根据上述口诀，可作如下分析。下分析。9“因变量是什么，如何揭示？因变量是什么，如何揭示？” 显然因变量是绿色植物是否发生了光合作显然因变量是绿色植物是否发生了光合作用，那么如何揭示植物发生了光合作用呢？可用，那么如何揭示植物发生了光合作用呢？可以利用光合作用可产生淀粉这一事实，实验前以利用光合作用可产生淀粉这一事实，实验前将装置将装置A和和B置于暗室中饥饿，消耗掉叶片内的置于暗室中饥饿，消耗掉叶片内的淀粉，饥饿一定时间后在相同且适宜的光照强淀粉，饥饿一定时间后在相同且适宜的光照强度下照射一段时间后，再从度下照射一段时间后，再从A和和B中各取一张叶中各取一张叶片，脱

10、色后加碘液一滴，利用淀粉遇碘变蓝色片，脱色后加碘液一滴，利用淀粉遇碘变蓝色来判断是否有淀粉生成，继而判断是否发生了来判断是否有淀粉生成，继而判断是否发生了光合作用，从而揭示了因变量。光合作用，从而揭示了因变量。10“无关变量是什么，如何控制？无关变量是什么，如何控制？” 在本题中，无关变量包括：实验环境的温度、在本题中，无关变量包括：实验环境的温度、湿度、大气压等；植物的种类，玻璃钟罩的大湿度、大气压等；植物的种类，玻璃钟罩的大小，光照强度等等，那么如何控制这些无关变小，光照强度等等，那么如何控制这些无关变量呢？这就需要利用对照性原则，把上述玻璃量呢？这就需要利用对照性原则，把上述玻璃钟罩钟罩

11、A组和组和B组放到组放到相同且适宜相同且适宜的实验环境中，的实验环境中，从而排除了无关变量对实验的干扰。从而排除了无关变量对实验的干扰。Q2: A组和组和B组哪组为实验组组哪组为实验组,哪组为对照组哪组为对照组?B组为实验组组为实验组, A组为对照组。（正常条件下为对照组）组为对照组。（正常条件下为对照组）11答案答案:实验步骤实验步骤：取两只大小适当的取两只大小适当的相同相同玻璃钟罩，编号为玻璃钟罩，编号为A和和B,各罩各罩住一株住一株同种且长势相同同种且长势相同的盆栽绿色植物，其中的盆栽绿色植物，其中A加加适量适量NaHCO3， B加加等量等量NaOH，密闭不漏气。密闭不漏气。 将上述植物

12、及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内的淀粉，饥饿一定时间后，从暗室中取出，在的淀粉，饥饿一定时间后，从暗室中取出，在相同且相同且适宜适宜的条件下光照一段时间，使其进行光合作用。的条件下光照一段时间，使其进行光合作用。一段时间后，取装置一段时间后，取装置A和和B中的植物各一片叶，放入中的植物各一片叶，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。将已脱色的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用清将已脱色的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用清水冲洗后，各加一滴碘液，观察叶片的颜色变化。水冲洗后，各加一滴碘液，观

13、察叶片的颜色变化。实验结果实验结果：A中的叶片变蓝，中的叶片变蓝，B中的叶片不变蓝。（因中的叶片不变蓝。（因本实验为验证性实验，实验结果是可预见性的。）本实验为验证性实验，实验结果是可预见性的。）实验结论实验结论：绿色植物光合作用需要二氧化碳。：绿色植物光合作用需要二氧化碳。1213 （1）实验中，甲组为对照组。）实验中，甲组为对照组。 （2）将天竺葵放在黑暗处一昼夜的目）将天竺葵放在黑暗处一昼夜的目的是使叶片内的原有的淀粉消耗掉的是使叶片内的原有的淀粉消耗掉 （3）用碘液分别检验后，不能变蓝的）用碘液分别检验后，不能变蓝的叶片是叶片是B， 说明它没有进行光合作说明它没有进行光合作用用14 训

14、练题训练题1.现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受水分、温度和氧气的影响，但不了解其萌发与水分、温度和氧气的影响，但不了解其萌发与光照是否有关，为光照是否有关，为探究探究光的有无对该种子萌发光的有无对该种子萌发的影响，请你依据所给材料和用品设计出实验的影响，请你依据所给材料和用品设计出实验的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。出相应的结论。材料和用品：数量充足的铺有滤纸的培养皿、材料和用品：数量充足的铺有滤纸的培养皿、无菌水、表面消毒过的种子等无菌水、表面消毒过的种子等方法步骤：方法步骤：实验结果及

15、相应的结论：实验结果及相应的结论：15方法步骤方法步骤：向培养皿中倒入适量的水，将：向培养皿中倒入适量的水，将等等量的同种量的同种种子分别放入两组培养皿中种子分别放入两组培养皿中,编号为编号为A,B。将。将A组置于有光照的环境中，组置于有光照的环境中，B组置于组置于黑暗环境中，黑暗环境中，其它条件相同且适宜其它条件相同且适宜。 过一定过一定时间后测发芽率时间后测发芽率.实验结果及相应的结论：实验结果及相应的结论：A组萌发，组萌发，B组也萌发组也萌发(或答发芽率相当或答发芽率相当)，该种植，该种植物的种子萌发不受光的影响。物的种子萌发不受光的影响。A组萌发，组萌发，B组组不萌发不萌发(或答或答A

16、组发芽率高于组发芽率高于B组组)，光是该种植，光是该种植物种子萌发的必要条件之一。物种子萌发的必要条件之一。A组不萌发，组不萌发，B组萌发组萌发(或答或答B组发芽率高于组发芽率高于A组组)，光抑制该种，光抑制该种植物种子的萌发。植物种子的萌发。 162.胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。为了胰高血糖素对小白鼠和人具有相同的生理作用。为了验证验证“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，请以小，请以小白鼠为实验对象设计实验步骤，预测实验结果，并写出白鼠为实验对象设计实验步骤，预测实验结果，并写出实验结论。实验结论。（一）实验材料和用具：（一）实验材料和用具：

17、正常实验小白鼠正常实验小白鼠2只只，生理盐水，用生理盐水配制的，生理盐水，用生理盐水配制的适宜浓度的胰高血糖素溶液，本尼迪克试剂，注射器，适宜浓度的胰高血糖素溶液，本尼迪克试剂，注射器，试管，烧杯等。试管，烧杯等。（二）实验步骤：（二）实验步骤：（实验提示：采用腹腔注射给药，给药剂量不作实验设（实验提示：采用腹腔注射给药，给药剂量不作实验设计要求；给药计要求；给药1小时后，用注射器在小鼠膀胱处穿刺取小时后，用注射器在小鼠膀胱处穿刺取尿液）尿液）（三）实验结果的（三）实验结果的预测、解释和结论预测、解释和结论：17实验步骤：实验步骤： （1）将实验鼠编为）将实验鼠编为AB，A鼠腹腔注射鼠腹腔注射

18、适适量量胰高血糖素溶液；胰高血糖素溶液；B鼠腹腔注射鼠腹腔注射等量等量生理盐水。生理盐水。（2）将两支试管分别编号为）将两支试管分别编号为1号和号和2号，各加入等量的号，各加入等量的本尼迪特试剂。本尼迪特试剂。（3）给药）给药1小时后，对两只小白鼠采尿液，小时后，对两只小白鼠采尿液，A鼠尿液鼠尿液放入放入1号试管内，号试管内，B鼠尿液放入鼠尿液放入2号试管内。号试管内。（4）将两支试管摇匀后，放入盛有开水的烧杯内水浴）将两支试管摇匀后，放入盛有开水的烧杯内水浴加热，待冷却后，观察两支试管溶液颜色的变化。加热，待冷却后，观察两支试管溶液颜色的变化。(三三) 预测、解释：预测、解释：1号试管中应该

19、出现红黄色沉淀，表明实验鼠尿液中有号试管中应该出现红黄色沉淀，表明实验鼠尿液中有葡萄糖；葡萄糖；2号试管未出现红黄色，表明对照鼠尿液中无葡萄糖。号试管未出现红黄色，表明对照鼠尿液中无葡萄糖。实验结论：胰高血糖素具有升高血糖的生理作用。实验结论：胰高血糖素具有升高血糖的生理作用。18 实验目的的书写：探究或验证实验目的的书写：探究或验证 实验原理的书写：实验原理的书写： 实验原理的表述的内容实验原理的表述的内容: 1.自变量对因变量的作用自变量对因变量的作用 2.因变量的提示方法因变量的提示方法19 对照类型对照类型 对照是实验控制的手段之一，目的还是在于对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消

20、除环境因素（无关变量）对实验结果的影消除环境因素（无关变量）对实验结果的影响。按对照的内容和形式上的不同，通常有响。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型：以下对照类型： （1）空白对照）空白对照 指不做任何实验处理的对象组。例如，在指不做任何实验处理的对象组。例如，在“探究探究X物质对细胞分裂的影响物质对细胞分裂的影响的实验中，的实验中，向甲试管溶液加入向甲试管溶液加入X试剂，而乙试管溶液不加试剂，而乙试管溶液不加试剂，比较它们的变化。这样，甲为实验组，试剂，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照。乙为对照组，且乙为典型的空白对照。20 （2）自身对照）自身对照 指实验与对照在同一对象上进行，即指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。如不另设对照组。如植物细胞质壁分离