學(xué)科教育論文-生物學(xué)對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題.doc

學(xué)科教育論文-生物學(xué)對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題生物學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是獲取生物學(xué)知識(shí)的重要手段，是科學(xué)研究過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。因此在高考對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾樘岢隽司唧w的要求：學(xué)生能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，并處理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，但由于許多學(xué)生不理解實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力，這類題得分率較低。筆者根據(jù)自己教學(xué)中積累的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為只要注意以下幾個(gè)問(wèn)題，便會(huì)理清思路，解題游刃有余。一、對(duì)照實(shí)驗(yàn)的概念。即研究某一因素對(duì)特定反應(yīng)（事物）的影響時(shí)，需要在其他因素相同的條件下進(jìn)行；觀察該因素的不同情況對(duì)特定反應(yīng)的影響，以便對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析。例如：已知一種植物種子的萌發(fā)受水分、溫度、氧氣的影響，但不了解其萌發(fā)與光是否有關(guān)，請(qǐng)自選材料和用品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究光對(duì)該種子萌發(fā)有無(wú)影響。這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)須體現(xiàn)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)的研究因素是光，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是種子萌發(fā)與否。因此在研究時(shí)，只能觀察在不同的光照情況下（有、無(wú)）對(duì)種子萌發(fā)的影響，而課題中說(shuō)到的水分、溫度、氧氣均影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，為了避免誤差，不同實(shí)驗(yàn)組中的水分、溫度、氧氣都必須處于相同條件而且是適宜狀態(tài)。二、實(shí)驗(yàn)中的變量。在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)變量在實(shí)驗(yàn)在的作用，可將變量分為自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量、干擾變量四類。自變量是指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)可操縱改變的因素或條件，是實(shí)驗(yàn)的研究因素；因變量是指實(shí)驗(yàn)中由自變量的變化而引起的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和變化；無(wú)關(guān)變量指并不是實(shí)驗(yàn)中的研究因素，但又影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素和條件；干擾變量是指實(shí)驗(yàn)中由于無(wú)關(guān)變量而引起的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和變化。很顯然，干擾變量必然對(duì)因變量的變化產(chǎn)生了干擾作用。而對(duì)照實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)和目的是要純粹地清晰地研究自變量變化與因變量的變化的前因后果關(guān)系。例如：在探索PH值對(duì)唾液淀粉酶活性的影響實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的目的，研究PH值對(duì)唾液淀粉酶活性的關(guān)系。PH值是研究因素就是自變量，在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)加酸（5%鹽酸）、加堿（5%NaoH）加蒸餾水改變?nèi)齻€(gè)實(shí)驗(yàn)組的PH值，隨著PH值的改變，每給中酶的活性隨之改變，那么酶的活性變化就是因變量，當(dāng)然在本實(shí)驗(yàn)中影響反應(yīng)結(jié)果的因素還有溫度、酶的數(shù)量、底物的濃度等，它們并非研究因素，但影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化，它們就是無(wú)關(guān)變量。因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作中，為了能夠純粹地清晰地研究自變量與因變量的變化關(guān)系，就要盡量減少無(wú)關(guān)變量，而且不同的實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量應(yīng)完全相同，這樣就避免了各實(shí)驗(yàn)組中的結(jié)果差異是由無(wú)關(guān)變量引起的，而是由自變量的變化引起的。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則1科學(xué)性原則。是指實(shí)驗(yàn)的原是要符合科學(xué)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果預(yù)期有科學(xué)依據(jù)，實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都不偏離生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理，以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。具體地講，科學(xué)性原則體現(xiàn)在：實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)材料的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)方法的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的科學(xué)性。例如：孟德爾在遺傳定律的研究中，選用豌豆（典型的自花授粉且又為閉花授粉的植物，相對(duì)性狀差異明顯）作實(shí)驗(yàn)材料，先研究一對(duì)相對(duì)性狀的遺傳現(xiàn)象，然后研究多對(duì)相對(duì)性狀的遺傳，創(chuàng)造性地用測(cè)交法來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)假設(shè)，而且實(shí)驗(yàn)都在同一環(huán)境進(jìn)行，排除了環(huán)境對(duì)結(jié)果的影響。由于此，孟德爾總結(jié)出了當(dāng)時(shí)“世人”無(wú)法理解的科學(xué)定律。2平行重復(fù)原則。為了避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性，便于得出的結(jié)論準(zhǔn)確科學(xué)，任何實(shí)驗(yàn)必須有足夠的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，平行重復(fù)原則就是要求控制自變量的變化強(qiáng)度，在無(wú)關(guān)變量相同的條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。這一原則是實(shí)驗(yàn)中自變量的控制原則，也是實(shí)驗(yàn)分組的原則，自變量每改變一次，實(shí)驗(yàn)組數(shù)就增加一組。例如：用質(zhì)壁分離法測(cè)定細(xì)胞滲透能力的實(shí)驗(yàn)中，把剪成小塊洋蔥表皮細(xì)胞（等量）分別依次放入下面的各組溶液中，其結(jié)果如下：培養(yǎng)皿1234567蔗糖溶液濃度(moL/L)0.20.30.40.50.60.70.8發(fā)生初始質(zhì)壁分離細(xì)胞占觀察細(xì)胞數(shù)百分比無(wú)無(wú)15%40%80%99%100%結(jié)論該洋蔥細(xì)胞液的等滲濃度范圍為0.5-0.6之間。3單一變量原則。該原則可使實(shí)驗(yàn)中的復(fù)雜關(guān)系簡(jiǎn)單化，使結(jié)果更準(zhǔn)確。其含義是：不論一個(gè)實(shí)驗(yàn)中有幾個(gè)變量，都應(yīng)做到一個(gè)自變量對(duì)應(yīng)觀測(cè)一個(gè)因變量。實(shí)驗(yàn)中要盡可能避免無(wú)關(guān)變量及干擾變量的干擾。例如：在探索淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖水解作用的實(shí)驗(yàn)中，加入的淀粉和蔗糖是單一變量（自變量），而加入的淀粉酶的量、反應(yīng)溫度、PH值（無(wú)關(guān)變量）應(yīng)在相同條件，這些量的任何差異將干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。4對(duì)照原則。該原則的主要目的是排除無(wú)關(guān)變量的干擾，增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)服力。對(duì)于對(duì)照實(shí)驗(yàn)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組是指接受自變量處理的對(duì)象組，對(duì)照組是不接受自變量處理的對(duì)象組（即處于自然狀態(tài)下的對(duì)象組）。常用的對(duì)照類型有空白對(duì)照、自身對(duì)照、條件對(duì)照、相互對(duì)照等4種方式。例如在甲狀腺激素促進(jìn)幼小動(dòng)物發(fā)育的實(shí)驗(yàn)中，存在以下實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組：甲組：飼喂甲狀腺激素（實(shí)驗(yàn)組）乙組：飼喂甲狀腺激素抑制劑（條件對(duì)照）丙組：對(duì)蝌蚪不作任何處理（空白對(duì)照）四、因變量的量度方法及實(shí)驗(yàn)前處理、實(shí)驗(yàn)后處理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和變化，有些是宏觀的，肉眼可見的，實(shí)驗(yàn)者可用肉眼直接觀察、測(cè)量便可得到結(jié)果。而有些是微觀的，肉眼看不見的，實(shí)驗(yàn)者必須將其轉(zhuǎn)化為看得見的現(xiàn)象，這就需要構(gòu)思一定的可量度的辦法，不同量度辦法是每個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的最大特色，也是科學(xué)實(shí)驗(yàn)中最困難一步，也是充分展示研究者才華的一步。例如：證明胃具有化學(xué)性消化作用，意大利科學(xué)家斯里蘭讓尼設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙實(shí)驗(yàn)，將肉塊放入小巧的金屬籠子后讓鷹吞下去，這樣肉塊就可以不受物理性消化的影響，而胃液卻可以流入籠內(nèi)。過(guò)一段時(shí)間后，將小籠子取出，發(fā)現(xiàn)籠內(nèi)的肉塊消失，于是，他推斷胃液中含有消化肉塊的物質(zhì)。在該實(shí)驗(yàn)中，金屬籠子的作用是排除無(wú)關(guān)變量（物理性消化）對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，而肉塊的消失則是量度的辦法。再例如：在利用噬菌體浸染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)證明噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA時(shí)，科學(xué)家首先用放射性同位素35S標(biāo)記一部分噬菌體的蛋白質(zhì)，并用放射性同素35P標(biāo)記了另一部分噬菌體內(nèi)DNA。然后再用標(biāo)記的噬菌體分別侵染細(xì)菌。當(dāng)噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)被大量繁殖時(shí)，生物學(xué)家對(duì)被標(biāo)記物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，噬菌體的DNA并沒(méi)有進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，而是留在細(xì)菌的外部，而DNA卻進(jìn)入了細(xì)菌體內(nèi)，可見噬菌體在細(xì)菌體內(nèi)的增殖完全是噬菌體DNA在起作用。該實(shí)驗(yàn)中放射性同位素追蹤法就是量度手段。還譬如證明綠色葉片在光下通過(guò)光合作用產(chǎn)生了淀粉的實(shí)驗(yàn)中，德國(guó)科學(xué)家薩克斯做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，把綠色葉片入在暗處幾小時(shí)，目的是讓葉片中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗掉（實(shí)驗(yàn)前處理），是為了消除葉片本身存在的淀粉時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，然后把這個(gè)葉片一半曝光，另一半遮光（自身對(duì)照）一段時(shí)間后，剪下葉片用酒