生物实验设计的理论和方法

1、.PAGE ：.；PAGE 9 生物实验设计的实际和方法 2021.4 西青教研室 吴亚男生物学作为一门以实验为根底的自然科学，实验是获取生物学知识的重要手段，是科学研讨过程的重要环节。中在才干目的上是这样表述的：初步学会生物科学探求的普通方法，开展学生提出问题、作出假设、制定方案、实施方案、得出结论、表达和交流的科学探求才干。在科学探求中开展协作才干、实际才干和创新才干。 在初中生物教材中，就科学探求的普经过程提出了这样的程序：提出问题作出假设 制定方案 实施方案 得出结论 表达和交流。下面我们就科学探求的普通程序作出进一步的阐明。一、生物实验程序1.察看，提出问题 在察看根底上提出有意义的

2、值得讨论的问题。我们在七年级做的第一个调查就是“调查我们身边的生物，不知教师们有没有尝试着在学生察看调查终了后让学生提出问题呢？什么样的问题才是有意义的、值得讨论的问题？对于初中学生来说，可以从三个方面去评价：1问题的科学性：面对同一个事物，不同的人能够会从不同的角度提出不同的问题。比如：展现图片树，问他面对这棵大树想知道什么问题吗？这就是他所提出的或探求的问题面对一棵枝叶繁茂的松树，科学家能够会问它的分类位置、树龄、虫害等问题；诗人能够感慨它历经多少风霜，对完善人格有哪些启迪；商人能够关怀它作为木材值多少钱。前者是科学问题，后二者那么不是。科学课以讨论科学问题为主，其他问题也不能一概排斥。2

3、问题的探求价值：主要看提问题时调动已有知识和诧异的广度和深度。比如示图探求花生果实大小的变异，关于花生果实大小的变异，“大花生的果实中有个小的吗？这一问题就比较简单；“把大花生的种子种到贫瘠的土壤里，结出的果实会怎样呢？把小花生的种子种到肥沃的土壤里，结出的果实又会怎样呢?这一问题就有一定的深度了，它调动了学生关于性状与遗传、变异和环境关系的知识。探求的价值更高。此外，提出有探求价值的问题，往往还需求丰富的联想和想象，从学生想象空间的宽广程度来评价问题的价值也是重要的。3问题的明确详细：举例阐明一下比如他明天要擦车，关怀明天会不会下雨。他能够会问：“明天天气怎样？他人不知道他详细指什么，能够会

4、回答：天气预告阐明天有五级风；或明天是20度。他还得问：“下不下雨呢？人家才知道他想问的究竟是什么。在举一个生物的例子。在学习一节时，假设提出问题探求“鲫鱼的外部形状中有哪些特点与其水生生活相顺应，问题就明确，但是假设说“鲫鱼的外部形状有哪些特点时，能够答案就会多种多样了。可见从产生疑问到提出问题，有时还需求进展深化思索的。2.作出假设：假设：也称假说或猜测，只用来阐明某种景象但未经证明的论题，也就是对所提出的问题所作出的参考答案。假设普通分为2个步骤：第一步：提出假设，即根据发现的现实资料或以知科学原理，经过发明性的思想，提出初步假定。第二步：作出预测推断，根据提出的假说，进展推理得出假定性

5、结论。例如：细菌学家弗莱明发现抗生素的过程中，发现了问题：培育基的其他部分都布满了葡萄球菌的菌落，只需青霉菌菌落的周围没有葡萄球菌的菌落。这是为什么呢？他作出的假设：青霉可以产生一种杀死或抑制葡萄球菌生长的物质。他作出预测：在放入了青霉菌的培育液能阻止细菌的生长和繁衍。3.制定方案、实施方案设计并完成实验：实验是完成假设和处理问题的最终途径。当确定了实验课题、建立了假设，实践上已进入了实验方案制定的程序。实验方案设计可以包括两个层面：一个是确定实验目的和实验原理，这是实验设计的“隐性部分，另一层面是实验过程的设计和预期实验结果。实验过程的设计是根据实验目的和实验原理设计的实验操作过程，包括实验

6、资料和实验手段的选择、实验方法步骤的安排、反响变量确实定与控制、实验景象与结果的纪录等。这是实验设计的“显性部分。实验目的和实验原理虽然是笼统的，不可见的，但在详细的生物学实验中，对可操作部分起着重要的指点作用。实验过程设计是实验设计的中心环节，由于只需经过实验过程的设计和实施，才干修订和验证假设，获得合理的结论，实现实验目的要求。4.分析数据，得出结论：察看实验目的在于获取验证性的结果，所以在实验中要客观照实地察看、记录实验景象，得出实验结果，并经过一定方式将实验结果呈现出来。据此论证、阐明实验中的自变量与因变量的因果关系，进而得出实验结论。假设所获取的结果与假设相符，那么一定假设；假设结果

7、与假设不相符，那么否认假设；假设结果与假设无关，那么无从判别，可另做假设。实验过程必需客观、真实。5.表达和交流：写出实验报告二、 生物实验设计中要留意的几个问题 一变量问题：在实验设计中我们首先要分清这样的几组概念： 在实验过程中，变量是指可被支配的特定要素或条件。据其在实验中的作用，可分为两类：(1)实验变量与反响变量实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者支配的要素或条件。反响变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量引起的变化和结果。通常实验变量是缘由，反响变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如：在探求光对鼠妇生活的影响的实验中，所给定的光亮、黑暗条件是实

8、验变量，而由于光的变化而引起反响结果鼠妇数量的变化，鼠妇数量就是反响变量。(2)无关变量与额外变量无关变量也称控制变量，指实验中除实验变量外的影响实验景象和实验结果的要素或条件。额外变量也称干扰变量，指实验中由于无关变量引起的变化和结果。显然额外变量会对反响变量起干扰作用。如：上述实验中，除实验变量以外， 土壤的干湿程度、温度等都属于无关变量，假设无关变量的任何一个或几个要素或条件，对 实验组的给定不等同、不平衡、不稳定，那么会对实验结果呵斥干扰，产生误差。在实验设计和操作中，要尽量控制无关变量，这样就会防止实验结果的差别是由于无关变量引起的能够性，便于明晰地研讨实验变量与反响变量的关系。科学

9、实验应先确定实验变量，留意反响变量，尽量控制无关变量。二实验设计的原那么1.科学性原那么所谓科学性原那么，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期有科学根据，实验的各个环节不能偏离生物学根本知识和根本原理，以及其他学科领域的根本原那么。科学性原那么具有两个方面的含义。首先，必需保证明验的设计不出现科学性错误；其次，实验设计要具有科学思想和科学方法的要素。详细地说，科学性原那么表达在以下几个方面：实验原理的科学性 实验原理是实验设计的根据，也是用来检验和修正实验过程中失误的根据，因此它必需经前人总结或经科学检验得出的科学实际。如：甲状腺激素促进蝌蚪生长发育的实验实验原理：甲状腺激素促进生物生

10、长发育；检验种子成分中能否含有淀粉的实验实验原理：碘遇淀粉变蓝。实验资料选择的科学性根据实验目的和实验原理选择恰当的实验资料，是保证明验获得预期结果的关键要素之一。例如：“叶绿体是光协作用的场所实验，选用银边天竺葵做实验资料，绿色部分含有叶绿体，白边不含有叶绿体，选材就很巧妙，“验证种子中含有蛋白质、脂肪、淀粉的实验中，选用不同的种子大豆、花生、玉米，这些实验资料，取材方便，效果显著，再加上科学的方法，就可以顺利到达实验目的。“植物细胞的质壁分别和复原实验选用紫色洋葱作为实验资料是经典的胜利选材的范例。实验方法的科学性只需科学的实验方法，才干得出正确而可靠的实验结果。例如，探求二氧化碳是光协作

11、用的原料的实验，1将植物暗处置一昼夜 2按以下图安装处置实验资料，玻璃钟罩塑料袋NaOH溶液蒸馏水玻璃板a安装b安装凡士林分析此图中如何表达实验的科学性的？在实验中，暗处置、NaOH、凡士林、塑料、玻璃钟罩等设计都表达出了实验的科学性。实验结果的科学性 这是指对于实验得出的结论不能简单对待，而应该首先记录，然后整理，最后再经过仔细分析，找出它们所能泄漏给我们的最大的信息量。如探求种子萌生的实验中，设置了三组对照实验，并将结果进展总结、归纳，得出结论，适量的水分、空气、适宜的温度是种子萌生的条件。三者缺一不可。2.平行反复原那么 任何实验必需有足够的实验次数，才干防止结果的偶尔性，使得出的结论准

12、确、科学。平行反复原那么要求控制某种要素的变化强度，察看其对实验结果的影响程度。例如：探求酒精对水蚤心率的影响的实验，将不同体积分数的酒精刺激水蚤，实验次数酒精溶液浓度水蚤的心率15%210%315%420%讨论：酒精对水蚤的心率有什么影响？哪种体积分数的酒精对水蚤有致死作用？3.单一变量原那么 该原那么可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确。其含义是： 不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个变量对应观测一个反响变量。实验中要尽能够防止无关变量及额外变量的干扰。如：某兴趣小组为了研讨阳光对大豆发芽的影响，而在两个花盆里种了大豆，并设计如下实验： 花盆 阳光 温度 水 I 光照 20 充足

13、暗室 20 不充足在这一实验设计中，应该矫正的错误是( ) A.两个花盆应该放在向阳的地方 B.两个花盆都应放在暗处 C.两个花盆的温度不应该一样高 D.两个花盆都应该浇给充足的水 这个实验要研讨的是阳光对大豆发芽的影响，因此阳光应该为自变量。根据单因子变量的原那么，其他要素都应一样，两花盆该浇给同样充足的水，这样既保证了单一变量，又使大豆不会由于缺水而影响发芽。而假设两个花盆都浇水缺乏，两个花盆中的大豆就会由于缺水而使发芽不良，也会导致实验的失败。因此，在思索单因子变量原那么时，还应尽量使常量可以满足实验胜利的条件。4.对照原那么实验中对照组和实验组的判别 对照原那么是中学实验中最常用的原那

14、么，如探求馒头在口腔中的变化、探求光对鼠妇生活的影响、探求种子萌生的条件等实验都采用了对照。经过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又可添加实验结果的可信度和压服力。在一个对照实验中，可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处置的对象组，对照组是不接受自变量的处置的对象组。空白对照“空白对照 通常对照组为不作任何处置的对象组。如七年级下册P31“证明唾液淀粉酶的作用的实验中，每支试管都参与馒头碎屑，第一支试管注入2毫升唾液，第二支试管注入2毫升清水，不作任何处置作为对照，这样，第一支试管作为实验组，第二支为对照，而且是典型的空白对照，空白对照能明白地对比和烘托出实验组的变化和结果，加强压服力

15、。本身对照实验与对照在同一对象上或同一研讨对象的不同部位进展对照，不另设对照组。如 “绿叶在光下制造有机物实验中，一半遮光一半曝光处置，证明光协作用需求光照，遮光的为对照组，曝光的为实验组。探求根的什么部位生长最快实验也是。如“察看植物细胞质壁分别和复原实验，既是典型的本身对照实验处置前的对象情况为对照组，实验处置后的对象变化为实验组。条件对照“条件对照是研讨在不同条件下实验景象，从严厉意义上讲各组都是实验组，而各组之间那么是相互对比参照，互为对照组或实验组。通常是给实验组某种处置，给对照组另一条件的处置。如 练习“探求草履虫的应激性实验中，两滴培育液边缘分别参与一粒食盐和一滴肉汁，作不同的条

16、件对照；再如在“验证甲状腺激素促进幼小动物发育的实验中，存在以下实验组和对照组。 甲组：饲喂甲状腺激素(实验组) 乙组：饲喂甲状腺激素抑制剂(条件对照组)丙组：对蝌蚪不作任何处置(空白对照)显然，乙组作为条件对照，该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，经过比较、对照更能充分阐明实验变量甲状腺激素能促进蚯蚓的生长发育。相互对照指不另设对照组，而是利用几个实验组相互对照。如 “探求种子萌生的环境条件的实验中，用不同的湿度或温度等分别处置作为相互对照。 那么具有种子萌生适宜条件的一组就成为了对照组。例如： 如七年级上册课后练习“探求草履虫的应激性实验中，两滴培育液边缘分别参与一粒食盐和一滴肉汁，

17、作不同的条件对照。给实验组某种处置，给对照组另一条件的处置。食盐和肉汁都为实验组，又互为对照组。练习题：1. 甲、乙两同窗对光协作用所需的条件分别进展了如下探求：甲同窗将盆栽的天竺葵进展24小时暗处置即放到黑暗处一昼夜；乙同窗对盆栽的带银边的天竺葵不进展暗处置。甲、乙两同窗将各自盆栽的天竺葵移到阳光下照射。几小时后，甲、乙两同窗各自从本人盆栽的天竺葵上摘下叶片。甲、乙两同窗把各自摘下的叶片放入盛有酒精的两个小烧杯里隔水加热1015分钟甲摘取的叶片放入A烧杯，乙摘取的叶片放入B烧杯二者都用清水漂洗叶片，然后再把各自摘取的叶片放到两个培育皿里甲摘取的叶片放入A培育皿，乙摘取的叶片放入B培育皿，向叶

18、片滴加碘液。稍停片刻，再用清水冲掉碘液。实验景象：乙摘取的叶片除银边不变蓝外，其他部分都变蓝；甲摘取的叶片全部变成蓝色。请回答：1甲、乙两同窗分别对光协作用所需的 光、叶绿体 条件进展了探求2实验结论： 光协作用需求光和叶绿体，产物是淀粉 3他以为甲、乙两同窗所得到的实验结论可靠吗？并阐明理由对实验结论不可靠的进展阐明甲不可靠乙可靠；甲将整个叶片放在阳光下照射，缺乏对照实验 4假设让他做该实验，提出他的改良意见甲用黑纸片把叶片的一部分从上下两面遮盖起来然后移到阳光下照射。 2.为了探求“种子萌生能否需求从外界吸收营养物质，某同窗设计了如下实验：在A、B两只烧杯中装入适量的土壤，各种上一粒小麦种

19、子，然后定期在A烧杯中浇清水，在B烧杯中浇配置的完全培育液，察看两只烧杯中种子的萌生情况。本实验的变量是 溶解在水中的营养物质的有无 他以为该同窗设计的A、B两组实验能起到对照作用吗？为什么？ 不能。缘由是土壤溶液中含有一定量的无机盐和有机养料，不应该选择土壤介质 清水中含有少量的无机盐，应选择蒸馏水 各放上一粒种子不适宜，由于种子的发芽率很难到达100%，能够由于种子本身的缘由而不能萌生，导致实验失败3假设他以为该实验方案还可以改良，请他提出他的改良意见 烧杯中各种10粒种子，改清水为蒸馏水，不需求土壤条件，可在培育液中垫纱布。四、探求实验学习中的正确表达1.提出问题的正确表达提出的问题要防

20、止所答非所问，首先保证问者可以正确运用疑问代词，这就从问者的角度杜绝了他人的回答不是本人想要知道的问题。正确运用疑问代词要提出一个可探求的问题，常用的疑问代词有三个：为什么、怎样样以及是什么。“为什么这类问题是要求对某事物进展解释。例如：植物的叶片为什么在中午时会出现萎蔫景象？在消化系统中，小肠为什么是最长的？家兔为什么有非常兴隆的盲肠？等等。“是什么或什么是、何为等这类问题是关于研讨对象识别与判别的。例如：盲肠是什么或者什么是盲肠？什么是遗传基因或者是遗传基因是什么？等等。“怎样样或者如何、多么等这类问题是讯问研讨对象的形状及转化过程的。例如：细胞的构造是怎样的？在生物体内物质和能量是怎样相互转化的？眼的构造究竟有多么复杂？等等。2逃避“是不是、“能不能、“可不可以等疑问词常出如今入场的问题之中。2.作出假设的正确表达作出假设和回答以下问题是两个截然不同的概念，因此也有着不同的表达方式。作出假设就是“预测所要探求问题的答案或者结论。通常在表达的时候要留意：