实验设计有关知识

1、实验专题实验专题实验设计的常规解题思路实验设计的常规解题思路明确实验目的明确实验目的分析实验原理分析实验原理提出实验思路提出实验思路设计实验步骤设计实验步骤预期实验结果预期实验结果实验变量实验变量无关变量无关变量反应变量反应变量施加干扰施加干扰随机分组随机分组设置对照设置对照条件适宜条件适宜重复实验重复实验观察现象观察现象测量数值测量数值操纵操纵控制控制捕获捕获设计实验步骤设计实验步骤(光照对种子萌发的影响光照对种子萌发的影响)分组标号、分组标号、前测、前测、控制无关变量：控制无关变量： 向培养皿中倒入适量的水，将等量的种子分别放入向培养皿中倒入适量的水，将等量的种子分别放入甲、乙两组培养皿中

2、甲、乙两组培养皿中设置实验组（甲组）和对照组（乙），设置单一变量设置实验组（甲组）和对照组（乙），设置单一变量 控制无关变量：控制无关变量： 将甲组置于有光照的环境中，乙组置于黑暗环境中。将甲组置于有光照的环境中，乙组置于黑暗环境中。控制无关变量控制无关变量，观察、观察、后测、后测、记录记录结果结果： 使两组所处温度、水分、空气状况相同且适宜的条使两组所处温度、水分、空气状况相同且适宜的条件下培养。一段时间后统计两组种子的萌发率，并分析件下培养。一段时间后统计两组种子的萌发率，并分析其差异程度其差异程度 二、实验设计的基本原则二、实验设计的基本原则1 1、对照性原则、对照性原则2 2、单一变量

3、原则、单一变量原则3 3、等量原则、等量原则4 4、科学性原则、科学性原则5 5、平行重复原则、平行重复原则 1实验题目：实验题目：植物的向光性实验。 2目的要求：目的要求：观察植物在单侧光照射下的生长情况，植物的生长具有向光性。 3材料用具：材料用具：植物幼苗(玉米、小麦等)、火柴杆、小花盆(或培养皿)、泥土、不透光的纸盒、台灯、剪刀。 4实验假设：实验假设：依据植物生长的向光性原理，幼苗应朝纸盒开孔的方向生长，也就是向着光源的方向生长。 5实验预期：实验预期：经过一定时间之后，幼苗将弯向光源生长。 6方法步骤：一般步骤叙述三步曲。方法步骤：一般步骤叙述三步曲。 (1)(1)将几株长势相同但

4、真叶尚未出胚芽鞘的小麦幼苗依将几株长势相同但真叶尚未出胚芽鞘的小麦幼苗依次排开，分别栽种在两个花盆中，编号甲和乙。在幼苗的次排开，分别栽种在两个花盆中，编号甲和乙。在幼苗的旁边插一根火柴杆，作为对比的参照物。旁边插一根火柴杆，作为对比的参照物。(2)(2)将制作好的不透光的遮光罩扣住花盆甲，带小孔的将制作好的不透光的遮光罩扣住花盆甲，带小孔的遮光罩纸盒扣住花盆乙，白天将装置置于阳光充足遮光罩纸盒扣住花盆乙，白天将装置置于阳光充足的地方，夜间以台灯代替光源，使光从小孔中透入纸盒。的地方，夜间以台灯代替光源，使光从小孔中透入纸盒。(3)(3)每天打开纸盒，观察幼苗的生长情况，记录下高度、每天打开纸

5、盒，观察幼苗的生长情况，记录下高度、倾斜角倾斜角, ,但要注意，打开纸盒观察实验现象的时间但要注意，打开纸盒观察实验现象的时间该尽可能地短，并保持透光孔的方向与前次一致。该尽可能地短，并保持透光孔的方向与前次一致。 7 7分析分析实验实验结果，得出实验结论。结果，得出实验结论。 8 8撰写撰写实验实验报告，交流成果。报告，交流成果。（1）种类）种类空白对照：空白对照：对照组不做任何实验处理。对照组不做任何实验处理。 自身对照：自身对照：实验组和对照组在同一研究对象上实验组和对照组在同一研究对象上进行，不再另设对照组。进行，不再另设对照组。 相互对照：相互对照：不单独设对照组，而是几个实验组相互

6、不单独设对照组，而是几个实验组相互对照。对照。 条件对照：条件对照：对照组施以部分实验因素，但不是所研对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素，而这种处理是作为对照意义的究的实验处理因素，而这种处理是作为对照意义的 。不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，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。的正确性。 2.对照组与实验组的确定对照组与实验组的确定实验组：实验组：是接受实验变量处理的对象组。是接受实验变量处理的对象组。对照组：对照组：对实验假设而言，是不接受实验变量处

7、理的对对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。象组。1 1、对照性原则、对照性原则2、单一变量原则、单一变量原则单一变量原则：单一变量原则： 控制其他因素不变，只改变其中一个因素（要研究控制其他因素不变，只改变其中一个因素（要研究的因素），观察其对实验结果的影响。的因素），观察其对实验结果的影响。 遵循单一变量原则，对实验结果进行科学的分析和遵循单一变量原则，对实验结果进行科学的分析和增强实验结果的可信度与说服力。增强实验结果的可信度与说服力。自变量（亦称实验变量）自变量（亦称实验变量） 是指实验中要研究和控制的因素或条件。是指实验中要研究和控制的因素或条件。因变量（亦称反应变量）因变量

8、（亦称反应变量） 是指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。是指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。无关变量（也称控制变量）无关变量（也称控制变量） 是指实验中除实验变量以外的影响实验现象或是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。结果的因素或条件。3、等量性原则、等量性原则（1）生物材料要相同：）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。和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。（2）实验器具要相同：）实验器具要相同： 即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型

9、号、即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号、洁净度等要完全一样。洁净度等要完全一样。（3）实验试剂要相同：）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积上等量的问题 （4）处理方法要相同：）处理方法要相同： 保温或冷却；光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。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，但还是要作同样的处理。意义的，但还是要作同样的处理。 4、科学性原则、科学性原则（1）实验原理的科学性）实验原理的科

10、学性（2）明确实验要求和目的，确定实验）明确实验要求和目的，确定实验思路科学性思路科学性（3）实验材料选择的科学性）实验材料选择的科学性（4）设计实验步骤要合理）设计实验步骤要合理（5）实验结果的科学性）实验结果的科学性5、平行重复原则、平行重复原则 在实验设计中必须注意实验的可重复性。在实验设计中必须注意实验的可重复性。任何实验必须有足够的实验次数，才能任何实验必须有足够的实验次数，才能避免结避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学果的偶然性，使得出的结论准确、科学。 例例1：为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出

11、的实验材料的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。 （1）材料和用具：日龄相同体重相近的雄性成年大）材料和用具：日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。量测定装置，小动物活动测定仪等。 （实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪（实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作考试要求，室温恒定。器操作不作考试要求，室温恒定。) （2）方法与步骤：）方法与步骤：_。（3）结果预

12、测与分析：）结果预测与分析：_。【分析】【分析】（1）确定是验证性实验还是探究性实验：）确定是验证性实验还是探究性实验： 验证性实验验证性实验（2）确定实验目的、实验原理、观察指标）确定实验目的、实验原理、观察指标实验目的：实验目的： 验证甲状腺激素的生理作用验证甲状腺激素的生理作用实验原理：实验原理： 甲状腺激素加速物质的氧化分解，耗氧量甲状腺激素加速物质的氧化分解，耗氧量增加，提高神经系统的兴奋性，使活动量增加。增加，提高神经系统的兴奋性，使活动量增加。观察指标：观察指标： 大白鼠的耗氧量和活动量大白鼠的耗氧量和活动量。（3）确定自变量、因变量、无关变量）确定自变量、因变量、无关变量自变量

13、：自变量： 甲状腺激素和蒸馏水甲状腺激素和蒸馏水因变量：因变量： 大白鼠的耗氧量和活动量大白鼠的耗氧量和活动量无关变量：无关变量： 鼠龄、温度、药剂量、灌胃次数等鼠龄、温度、药剂量、灌胃次数等（4）设计实验步骤）设计实验步骤分组标号、前测、控制无关变量：分组标号、前测、控制无关变量： 将日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠两组大白鼠分别将日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠两组大白鼠分别标号为甲组和乙组，并分别用给出仪器测定与记录耗氧量标号为甲组和乙组，并分别用给出仪器测定与记录耗氧量和活动量和活动量设置实验组（甲组）和对照组（乙），设置单一变量、设置实验组（甲组）和对照组（乙），设置单一变量、控制无

14、关变量：控制无关变量： 每日用灌胃器给与甲组鼠灌喂甲状腺激素溶液，给与乙每日用灌胃器给与甲组鼠灌喂甲状腺激素溶液，给与乙组灌胃等量的蒸馏水，饲养一段时间。组灌胃等量的蒸馏水，饲养一段时间。 观察、记录、后测观察、记录、后测 定期测量与记录甲、乙两组鼠的耗氧量和活动量定期测量与记录甲、乙两组鼠的耗氧量和活动量。 （5）结果预测与分析：）结果预测与分析：实验目的中有实验目的中有“验证验证”，因为是验证性实验。，因为是验证性实验。实验结果预测：实验结果预测： 未给甲状腺激素时，甲、乙两组鼠的耗氧和未给甲状腺激素时，甲、乙两组鼠的耗氧和活动量相近。活动量相近。 给甲组鼠甲状腺激素后，其耗氧和活动量均大

15、给甲组鼠甲状腺激素后，其耗氧和活动量均大于乙组。于乙组。结果分析结果分析得出结论得出结论： 甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，提高神经系统的兴奋性，从而使耗氧量氧化分解，提高神经系统的兴奋性，从而使耗氧量和活动量加大。和活动量加大。【例【例2】现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受水分、温】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，但不了解其萌发与光是否有关。为探究光的度和氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关。为探究光的有无对该种子萌发的影响，请你依据所给材料用具设计出实验有无对该种子萌发的影响，请你依据所给材料用具

16、设计出实验的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。 材料用具：数量充足的铺有滤纸的培养皿、无菌水、表面消材料用具：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。毒过的种子等。 方法步骤：方法步骤： 预测实验结果并对实验结果进行分析：预测实验结果并对实验结果进行分析： 【例【例23】 【解析】【解析】（1）确定是验证性实验还是探究性实验：）确定是验证性实验还是探究性实验： 探究性实验探究性实验（2）确定实验目的、实验原理、观察指标）确定实验目的、实验原理、观察指标实验目的：实验目的： 探究光的有无对该种子萌发的影响探究

17、光的有无对该种子萌发的影响实验原理：实验原理： 种子在适宜的条件下萌发种子在适宜的条件下萌发观察指标：观察指标： 种子发芽率种子发芽率（3）确定自变量、因变量、无关变量）确定自变量、因变量、无关变量自变量自变量： “有光有光”和和“无光无光”因变量：因变量： 发芽率差异发芽率差异无关变量：无关变量： 水分、温度和氧气、种子数量、大小等水分、温度和氧气、种子数量、大小等（4）设计实验步骤）设计实验步骤分组标号、控制无关变量：分组标号、控制无关变量： 向培养皿中倒入适量的水，将等量的种子分别放向培养皿中倒入适量的水，将等量的种子分别放入甲、乙两组培养皿中入甲、乙两组培养皿中设置实验组（甲组）和对照组（乙），设置单一变量：设置实验组（甲组）和对照组（乙），设置单一变量： 将甲组置于有光照的环境中，乙组置于黑暗环境将甲组置于有光照的环境中，乙组置于黑暗环境中。中。控制无关变量：控制无关变量： 使两组所处温度、水分、空气状况相同且适使两组所处温度、水分、空气状况相同且适宜的条件下培养。宜的条件下培养。 观察、记录、后测：观察、记录、后测： 一段时间后统计两组种子的萌发率，并分析其差一段时间后统计两组种子的萌发率，并分析其差异程度异程度 （5）预测实验结果并对实验结果进行分析）预测实验结