实验原则与设计实验

实验原则与设计实验一、 实验探究能力是高考中的必考内容，除了对教材经典实验和基础实验的基本考查外，非选择题更侧重于对实验基本探究能力的考查，主要包括以下内容：实验类型及相关变量分析：探究性实验、验证性实验、自变量、因变量书写、无关变量分析举例分析实验原理，题干也许会提示相依的内容，设置填空，请你补充。明确实验设计思路、书写实验步骤：分组编号+变量操作+条件控制+观察记录选择和使用实验材料用具应用实验原则：科学性原则、单一变量原则、对照原则、平行重复原则。抒写实验题目：探究（或者验证）自变量对因变量的影响。探究（或者验证）自变量与因变量的关系。预测实验结果、得出实验二、 生物学实验设计应遵循的基本原则科学性原则：必须要有充分的科学依据，也就是要以前人的实验为基础，而不是凭空设想，主观臆造。对照原则：在实验设计中，为排除无关条件的干扰，常常要设立对照实验。通过干预或控制研究对象，以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因素与非处理因素的差异，除所控因素外，其他条件与被对照实验完全相同。常见对照方法主要有：•1.空白对照：不做任何实验处理的对象组［举例1］：在唾液淀粉酶催化淀粉水解的实验中，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。［举例2］：探究Ph对酶活性的影响，1号试管加1ml蒸馏水（空白对照组），2号试管加1ml盐酸（实验组），3号试管加ImlNAOH溶液（实验组）•2.自身对照：实验与对照在同一对象上进行，即不会另设对照。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。［举例1］：①在质壁分离及复原的实验中，则是典型的自身前后对照。处理前为对照组，实验处理后为实验组在探究培养液中酵母菌种群数量的变化实验中，就是酵母菌前后自身数量变化在时间上形成自身对照。•3.条件对照：指虽然给与实验对象某种处理，但是这种处理是作为对照的意义出现的，给与的处理不是实验的自变量，或者不是所要研究因素，这种对照方法是指实验组还是对照组的对象做出不同的处理，目的是通过得出两种独立的结论，验证实验结论的准确性。［举例1］：“验证甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）丙组：不饲喂（空白对照组）乙组：饲喂甲状腺激素抑制剂（条件对照组）分析：甲状腺激素抑制剂：很显然不是该实验的自变量，也不是实验所要研究的因素，但是该实验通过设置条件对照、空白对照能更好的说明实验变量一一甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育［举例2］：“肺炎双球菌转化实验中以下两组实验”S菌DNA+R菌活菌 kS型菌落+R型菌落（实验组）S菌DNA+DNA酶+R菌活菌 ►R型菌落（条件对照组）分析：DNA酶不是该实验的自变量或则该实验研究的因素，但是有了这组实验可以增强实验说服力。•4.相互对照：指不另设对照组。而是几个实验组相互之间对照［举例1］:①探究温度对酶活性的影响。②探究酵母菌细胞呼吸的方式。单一变量原则：控制其他因素不变，只改变其中一个因素，观察其对实验结果的影响。如探索温度对酶活性的影响时，只能改变反应的温度，其他如pH、酶浓度等因素要完全相同且适宜。【注意】对照实验中需设置自变量为实验的单一变量，而无关变量必须遵循等量原则。平行重复原则（减少实验误差，避免偶然因素的影响）：对所做的实验在同样条件下，进行足够次数的重复，需要选择的实验材料的样本数（如植株的数目、种子的粒数、实验动物的个体数等）不能太少，否则实验的结果不足以反映出真实的生物学现象。任何一项生物学实验，都必须能够重复，都必须经得起重复。三、 实验中变量的分析（1） 自变量与因变量自变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，指实验假设中涉及的给定的研究因素。因变量是指由实验变量而引起的变化结果，指实验变量所引起产生的结果。••••许多考试题根据题目的叙述就可以准确的确定自变量与因变量例：关于“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，低温（冰块）、适温（37°C）、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（自变量）与酶的活性（因变量）的因果关系。（2） 无关变量：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。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、水槽、广口瓶等器莫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，但最好还是要做同样的处理。•例如：“探究温度对酶活性的影响”实验中，除实验变量（温度）外，试管的洁净程度、淀粉酶的新鲜程度、淀粉溶液的浓度、温度处理的时间长短等就属于无关变量。如无关变量中的任何一个或几个在三组实验中不等同、不均衡，就会产生额外变量，影响实验的真实结果。••••、教材部分实验中的变量（补充）四、 实验题的一般解题程序明确实验目的把握三个要素，即①探究的因素；②探究的对象；③观察的指标。分析实验原理，明确实验设计思路（1） 实验原理是完成实验所用到的理论依据，有的是已有的理论知识，有的在题目中作为条件出现（信息题）。根据实验原理，对照实验目的，通过初步分析，在头脑中搜寻教材上或曾做过的实验模型，初步形成设计思路。（2） 实验设计的关键点大多与单一变量和对照实验有关。（3） 自变量与对照是实验设计的灵魂。选择和使用实验材料用具：选取实验材料一般要考虑以下因素：（1） 科学合理，简便易行，有典型性和代表性。（2） 数量足够多（避免量少给实验带来偶然性误差）。（3） 各组实验材料应等量，包括两方面：材料等量（种类、数量、生理状况等）、处理方法等量（温度、光照、等）。例如：①“观察洋葱根尖细胞的有丝分裂实验”和“质壁分离与复原实验”都用洋葱，两者的取材部位分别是根尖的分生区细胞、紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞，不能互换，因为前者能进行旺盛的有丝分裂，后者是已经分化的细胞，含有大的液泡。②某生物学习小组对动物在空腹状态和进食后血液中是否含有葡萄糖进行了实验研究。他们从一健康的成年狗身上采集了以下实验材料：a：空腹时的血液；b：进食一小时后的血•液。材料a、b都加入了柠檬酸钠（一种防凝剂），对材料用斐林试剂检验前必须进行离心（或静置24小时），取上清液，原因是血液呈红色，会影响观察还原糖与斐林试剂发生反应生成的砖红色沉淀。应用实验原则，规范性书写实验步骤操作步骤模式：分组编号+变量操作+条件控制+观察记录。（1） 第一句话：取材、分组、编号（包括非条件处理等）如：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……（2） 第二句话：设置实验组（施加自变量）和对照组（不施加自变量或自然状态）如：在A组中加人适量的…，在B组中加入等量的…在具体的实验设计中，可用具体的量，如“在A组中加入2mL…，在B组中加入2mL-..，'【注意】①本步骤强调对照性原则、单一变量原则及无关变量的等量性原则，施加的无关变量需通过“适量、适宜”和“等量、相同”等表达出来。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。如果用试管作为实验用具，实验中加入试管的各溶液的总量一般不超过10mL。（3） 第三句话：将实验组与对照组置于相同且适宜条件下培养一段时间（4） 第四句话观察、记录什么指标（填空题）、计算平均值预测实验结果、得出实验结论（1） 分析观测指标物理、化学特性：颜色反应、有无气泡、沉淀等。生物特性：生物形态结构、生理、生长发育等。光合速率：单位时间氧气的释放量或二氧化碳的吸收量或淀粉生成量；L.呼吸速率：单位时间二氧化碳的释放量或氧气的吸收量或淀粉减少量；生长速率：植物株高、干重或动物身高、体重；动物代谢速率：一定时间内耗氧量或消耗一定氧气所需的时间；某物质对生物的毒性：种子的发芽率或植株染病情况，动物寿命、染病情况。（2） 书写实验结果文字描述：需注意提取题干中对解题有用的关键信息，并与题干信息保持一致。一般描述为：因变量随自变量的变化规律（或自变量对因变量的影响规律）设计表格，记录数据a.自变量（表格的第一行、横排第一列）和因变量（表格的第一行、竖排第一列）；画曲线图注意横（自变量）、纵坐标（因变量）及单位；曲线的变化趋势（如升、降）及原因；特殊点的意义：交点、转折点、最高点、最低点等。e：若一个坐标系有多条曲线，除横坐标可以作为自变量外，不同曲线之间还存在自变量（3） 得出实验结论探究性实验的结果对应假设，分类讨论。根据可能出现的结果，作出不同的推论。即结论是不唯一的。一般分为三种情况：①正相关一一促进；②负相关一一抑制；③不相关一一无影响。但有时也会出现“预测最可能的结果”的问题，此种情况应根据已有知识推测最合理的结果。验证性实验的实验结果是确定的，要与实验目的一致，对应实验目的作出肯定结论。五、评价、纠正型实验的应对策略①看有无对照实验，如果有看对照设计是否合理。看实验是否遵循了单一变量原则。②看实验步骤的顺序是否合理，步骤是否完整。③看实验仪器、药剂的使用是否合理。药剂的配备、使用及用量的大小。④看实验结果的验证是否合理。五、 完善分析型实验题的解答方法分析实验设计题往往给出不完整的实验设计方案，需要补充实验步骤或分析、预测实验结果、结论等，实验结论与实验目的的相D班，均是体现自变量对因变量影响规律的语言描述。解答此类题时，一定要把握好实验设计的单因子变量原则和对照原则，即找准自变量和因变量，再结合实验步骤和实验结果结论分析的一般方法进行解答。六、 评价性实验题的解答方法评价性实验通常给出实验方案，要求考生指出并改正该方案中的错误，或评价该实验方案的可行性，解答该类题可遵循以下步骤。一看材料：分析材料的选择、使用方法、用量是否合理。二看原理：分析实验原理及方法是否合理三看试剂：分析药品、与试剂的使用是否合理四看步骤：是否漏掉某个实验步骤或颠倒某两个实验之间的顺序操作过程有没有错误看有无对照，若有对照，则看自变量设置的是否合理，是否有分组标记是否遵循单一变量、等量原则，是否排除了无关变量的干扰等看实验的语言描述，分析是具有偶然性五看条件：是否需要搅拌、加热等操作；实验所控制的光、温度等是否合理等。七、 探究性实验与验证性实验的区别探究性实验：实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。探究性实验的标志是题干中一般会有“探究”“研究等类似的描述”。验证性实验：实验者针对已知的实验结果进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。题干中有“验证”“证明”等之类的描述，但有些实验的标志不是很明确，需要进行提炼分析。

比较内容探究性实验验证性实验实验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。实际上就是把试题中提出的问题变为陈述句验证研究对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系，试题中已知实验假设对探究问题提出一种可能性。一般采用“如果A,则B”的形式表述，是根据现有的科学理论、事实，对所要研究的问题设想出一种或几种可能性的答案、解释因结论是已知的，因此不需要假设 ^实验现象未知，可以不描述已知，应准确描述结果预测对应假设,分类讨论:①实验组与对照组无显著差异，实验变量无影响;②实验组比对照组的效果好，实验变量有利;③实验组比对照组的效果差,实验变量不利（如果是相互对照，也要分类讨论）根据实验原理确定已知实验结果,并对实验结果进行准确描述实验结论无对应实验目的作出肯定结论