实验设计的一般程序

1 1 实验设计的一般程序 实验设计的一般程序 1 1 明确实验目的 1 2 分析实验原理 1 3 选择材料用具 1 4 设计实验 步骤 1 5 预测实验结果 1 6 观察收集数据 1 7 分析推理得出结论 2 2 实验设计遵循的原则 实验设计遵循的原则 单一变量原则单一变量原则 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 而因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 例 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 自变量 与酶的活性 因变量 的因果关系 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 例如 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 强调 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 对照性原则对照性原则 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 空白对照 空白对照是指不做任何实验处理的对象组 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 条件对照 条件对照是指虽给对象施以某种实验处理 但这种处理作为对照意义的 或 者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的 或不是所要研究的处理 因素 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 动物激素饲喂小动物 实验 其实验设计方案是 甲组 饲喂甲状腺激素 实验组 乙组 饲喂甲状 腺抑制剂 条件对照组 丙组 不饲喂药剂 空白对照组 显然 乙组为条件 对照 该实验既设置了条件对照 又设置了空白对照 通过比较 对照 更能充 分说明实验变量 甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育 自身对照 自身对照是指实验与对照在同一对象上进行 即不另设对照 如 植物细胞 质壁分离和复原 实验 则是典型的自身对照 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 相互对照 相互对照是指不另设对照组 而是几个实验组相互对比对照 如 植物激素 与向光性向重力性实验 和 温度对唾液淀粉酶活性的影响的实验 中 所采用 的都是相互对照 较好地平衡和抵消了无关变量的影响 使实验结果具有说服力 等量原则等量原则 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 所用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 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 所用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 积上等量的问题 所用处理方法要相同处理方法要相同 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 科学性原则科学性原则 3 3 实验设计的类型实验设计的类型 验证性实验验证性实验 例例 1 1 构成细胞的生物膜是选择透过性膜 其特点是水分子可以自由通过 被选择的小分子和离子可以通过 不被选择的小分子和离子及大分子物质不能 通过 请根据提供的试验材料和用具简要写出第二步及以后的实验步骤和实验 结果 以验证活细胞膜的选择透过性功能 实验材料和用具 新鲜的红色月季花 烧杯 玻璃铅笔 质量分数为 15 的盐酸 清水 量筒等 实验步骤 1 2 3 预期结果 结果分析 参考答案 实验步骤 1 用玻璃铅笔在两只大小相同的烧杯上分别标上 A 和 B 两烧 杯中分别加入等量的红色新鲜月季花瓣 2 分别用量筒量取等量清水和盐酸 分别加入到 A B 两烧杯中 3 一段时间后 观察烧杯中花瓣和溶液的颜色变 化 预期结果 清水中的花瓣颜色不变 水呈无色 盐酸中的花瓣颜色逐渐变 浅 溶液的颜色逐渐变红 结果分析 在盐酸溶液中 细胞膜的结构被破坏 选择透过性功能丧失 色素分子从细胞内进入外界溶液 探究性实验探究性实验 例例 2 2 探究过了保质期的生长激素的活性 一批生长激素过了保质期 需设 计一个实验来检验它是否还有使用价值 现给你一群生长状况完全相同的幼龄 小白鼠和饲养它们的必需物品 正常的生长激素 过期的生长激素 生理盐水 注射器 酒精棉等物 请回答下列有关问题 1 在设计实验步骤时 其实验组是 对照组是 2 预测可能的 4 种实验结果 并得出相应得结论 答案 实验组 对一只小白鼠注射适量的过期的生长激素溶液 对照组 A 组 对一只小白鼠注射等量的正常生长激素溶液 B 组 对另一 只注射等量生理盐水 若实验组个体和对照 A 组个体的大小 或体重 相同 则说明过期生长 激素还具有完全正常的生物活性 可以使用 若实验组个体比对照 A 组个体 的小 但比对照 B 组的大 则说明过期生长激素还具有部分生物活性 可以使 用 若实验组个体和对照 B 组个体的大小相同 则说明过期生长激素丧失了 生物活性 没有使用价值 若实验组个体在实验过程中出现死亡或不良反应 则过期生长激素不能使用 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 例如 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 强调 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 对照性原则对照性原则 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 空白对照 空白对照是指不做任何实验处理的对象组 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 条件对照 条件对照是指虽给对象施以某种实验处理 但这种处理作为对照意义的 或 者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的 或不是所要研究的处理 因素 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 动物激素饲喂小动物 实验 其实验设计方案是 甲组 饲喂甲状腺激素 实验组 乙组 饲喂甲状 腺抑制剂 条件对照组 丙组 不饲喂药剂 空白对照组 显然 乙组为条件 对照 该实验既设置了条件对照 又设置了空白对照 通过比较 对照 更能充 分说明实验变量 甲状腺激素能促进蝌蚪的生长发育 自身对照 自身对照是指实验与对照在同一对象上进行 即不另设对照 如 植物细胞 质壁分离和复原 实验 则是典型的自身对照 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 相互对照 相互对照是指不另设对照组 而是几个实验组相互对比对照 如 植物激素 与向光性向重力性实验 和 温度对唾液淀粉酶活性的影响的实验 中 所采用 的都是相互对照 较好地平衡和抵消了无关变量的影响 使实验结果具有说服力 等量原则等量原则 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 所用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 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 所用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 积上等量的问题 所用处理方法要相同处理方法要相同 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 科学性原则科学性原则 3 3 实验设计的类型实验设计的类型 验证性实验验证性实验 例例 1 1 构成细胞的生物膜是选择透过性膜 其特点是水分子可以自由通过 被选择的小分子和离子可以通过 不被选择的小分子和离子及大分子物质不能 通过 请根据提供的试验材料和用具简要写出第二步及以后的实验步骤和实验 结果 以验证活细胞膜的选择透过性功能 实验材料和用具 新鲜的红色月季花 烧杯 玻璃铅笔 质量分数为 15 的盐酸 清水 量筒等 实验步骤 1 2 3 预期结果 结果分析 参考答案 实验步骤 1 用玻璃铅笔在两只大小相同的烧杯上分别标上 A 和 B 两烧 杯中分别加入等量的红色新鲜月季花瓣 2 分别用量筒量取等量清水和盐酸 分别加入到 A B 两烧杯中 3 一段时间后 观察烧杯中花瓣和溶液的颜色变 化 预期结果 清水中的花瓣颜色不变 水呈无色 盐酸中的花瓣颜色逐渐变 浅 溶液的颜色逐渐变红 结果分析 在盐酸溶液中 细胞膜的结构被破坏 选择透过性功能丧失 色素分子从细胞内进入外界溶液 探究性实验探究性实验 例例 2 2 探究过了保质期的生长激素的活性 一批生长激素过了保质期 需设 计一个实验来检验它是否还有使用价值 现给你一群生长状况完全相同的幼龄 小白鼠和饲养它们的必需物品 正常的生长激素 过期的生长激素 生理盐水 注射器 酒精棉等物 请回答下列有关问题 1 在设计实验步骤时 其实验组是 对照组是 2 预测可能的 4 种实验结果 并得出相应得结论 答案 实验组 对一只小白鼠注射适量的过期的生长激素