生物實驗設(shè)計原則和方法

1、設(shè)計實驗時，要考慮到實驗材料容易獲得，實驗設(shè)計實驗時，要考慮到實驗材料容易獲得，實驗裝置比較簡單，實驗藥品比較便宜，實驗操作比較簡裝置比較簡單，實驗藥品比較便宜，實驗操作比較簡便，實驗步驟比較少，實驗時間比較短。便，實驗步驟比較少，實驗時間比較短。一、實驗設(shè)計的原則一、實驗設(shè)計的原則1. 科學性原則科學性原則 所謂科學性，是指實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要所謂科學性，是指實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設(shè)計正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設(shè)計思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學基本知識和思路和實驗方法的確定都不能偏離生物學基本知識和基本原理以及其他學科

2、領(lǐng)域的基本原則。基本原理以及其他學科領(lǐng)域的基本原則。2. 簡便性原則簡便性原則單一變量原則是實驗步驟設(shè)計中非常重要單一變量原則是實驗步驟設(shè)計中非常重要的原則。它有兩層意思：一是確保的原則。它有兩層意思：一是確?！眴我蛔兞繂我蛔兞俊钡膶嶒炗^測，即不論一個實驗有幾個實驗變量，的實驗觀測，即不論一個實驗有幾個實驗變量，都應(yīng)做到一個實驗變量對應(yīng)一個反應(yīng)變量；即都應(yīng)做到一個實驗變量對應(yīng)一個反應(yīng)變量；即控制其他因素不變，只改變其中某一變量，觀控制其他因素不變，只改變其中某一變量，觀察其對實驗結(jié)果的影響。除了整個實驗過程中察其對實驗結(jié)果的影響。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要求做到欲處理

3、的實驗因素外，其他實驗條件要求做到前后一致。前后一致。3. 單一變量原則單一變量原則該實驗一是要獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性該實驗一是要獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應(yīng)變量）的因果關(guān)系。二是確保變量唯一。即實驗操作（反應(yīng)變量）的因果關(guān)系。二是確保變量唯一。即實驗操作中要盡可能避免無關(guān)變量及額外變量的干擾。例如，上述實中要盡可能避免無關(guān)變量及額外變量的干擾。例如，上述實驗中除實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管潔凈程度、驗中除實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管潔凈程度、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液的劑量、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液

4、的劑量、濃度和純度，實驗操作程序，溫度處理的時間長短等等，都濃度和純度，實驗操作程序，溫度處理的時間長短等等，都屬于屬于無關(guān)變量，無關(guān)變量，要求對低溫、適溫、高溫三組實驗是等同、要求對低溫、適溫、高溫三組實驗是等同、均衡、穩(wěn)定的；如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條均衡、穩(wěn)定的；如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條件，對三個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會在件，對三個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。實驗結(jié)果中產(chǎn)生額外變量，出現(xiàn)干擾，造成誤差。例：在例：在”溫度對淀粉酶活性的影響溫度對淀粉酶活性的影響”的實驗中，所給定的低的實驗中

5、，所給定的低溫（冰快）、適溫（溫（冰快）、適溫（37）、高溫（沸水?。┚褪牵?、高溫（沸水?。┚褪菍嶒炞兞?。實驗變量。由于低溫、適溫、高溫的條件變化，唾液淀粉酶水解淀由于低溫、適溫、高溫的條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是反應(yīng)變量。反應(yīng)變量。實驗對照原則是設(shè)計和實施實驗的準則之一。通過設(shè)實驗對照原則是設(shè)計和實施實驗的準則之一。通過設(shè)置實驗對照對比，即可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實置實驗對照對比，即可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。通常，一個實驗總分為實驗組驗結(jié)果的可信度和說服力。通常，一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗組

6、，是接受實驗變量處理的對象組；對照和對照組。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組；對照組，對實驗假設(shè)而言，是不接受實驗變量處理的對象組，組，對實驗假設(shè)而言，是不接受實驗變量處理的對象組，至于哪個作為實驗組，哪個作為對照組，一般是隨機決定至于哪個作為實驗組，哪個作為對照組，一般是隨機決定的，這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的，這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之差異，則可認定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結(jié)差異，則可認定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結(jié)果是可信的。按對

7、照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有以下果是可信的。按對照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有以下對照類型：對照類型：4. 對照原則對照原則（1）空白對照指不做任何處理的對象組。（2）條件對照指雖給對象施以某種實驗處理，但這種處理是作為對照意義的。例如“實習一，動物激素飼喂小動物的實驗”，采用等組實驗法，其實驗設(shè)計方案是： 例如：“實習一，動物激素飼喂小動物的實驗”， 甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組） 乙組：飼喂甲狀腺抑制劑（條件對照組） 丙組：不飼喂藥劑（空白對照組）（3）自身對照 指實驗與對照在同一對象上進行，即不另設(shè)對照組。如：”植物細胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”實驗，就是典型的自身對照。自身對照，方法簡便，關(guān)鍵

8、是要看清楚實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異，實驗處理前的狀況為對照組，實驗處理后的變化則為實驗組。（4）相互對照指不另設(shè)對照組，而是幾個實驗組相互對比對照，在等組實驗法中，大都是運用對照，如：“植物的向性”的等組實驗，4個試驗組所采用的都是相互對照，較好的平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實驗結(jié)果更具有說服力。 平行重復(fù)原則，即控制某種因素的變化幅度，在平行重復(fù)原則，即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程同樣條件下重復(fù)實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。任何實驗都必須能夠重復(fù)，這是具有科學性的度。任何實驗都必須能夠重復(fù)，這是具有科學性的標志。上述隨機性原則雖然要求隨機抽取

9、樣本，這標志。上述隨機性原則雖然要求隨機抽取樣本，這能夠在相當大的程度上抵消非處理因素所造成的偏能夠在相當大的程度上抵消非處理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影響。平行重復(fù)的原則就差，但不能消除它的全部影響。平行重復(fù)的原則就是為解決這個問題而提出的。是為解決這個問題而提出的。5. 平行重復(fù)原則：平行重復(fù)原則：二、實驗設(shè)計的基本方法二、實驗設(shè)計的基本方法 1、明確題目要求： 解題首先要明確題意，只有明確題意才能方向明確，少走彎路。看清題意是要求設(shè)計實驗方案、步驟還是分析實驗結(jié)果。 2、明確實驗?zāi)康暮蛯嶒炘恚?明確實驗到底要解決什么問題，要用到生物學上什么原理。它是實驗科學性的保證。 3.確

10、定實驗思路： 就是根據(jù)原理對實驗作出假設(shè)，并對可能產(chǎn)生的現(xiàn)象作出預(yù)期，并充分利用實驗材料設(shè)計實驗思路。實驗大致可分為觀察實驗、驗證實驗、定性（量）分析實驗、模擬實驗、探究性實驗等。根據(jù)題目要求我們可以把實驗歸類，根據(jù)不同的實驗可以選用不同的方法，要不要控制變量，要不要設(shè)置對照等。4、設(shè)計實驗步驟： 根據(jù)上述實驗?zāi)康摹⒃砗退悸?，設(shè)計出合理的實驗裝置和實驗操作步驟。要思考題目中所給出的實驗材料和試劑分別起什么作用，怎樣運用，要注意：一是題目中給出的實驗試劑和材料一般應(yīng)充分利用；二是除非題目條件允許，否則不能自己隨意增加實驗試劑和材料。由于實驗設(shè)計是一種開放性試題，可能存在多種實驗步驟，但一般應(yīng)遵

11、循以下幾個要求：簡便性、可行性、安全性和精確性。5、記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)： 在實驗中將觀察到的現(xiàn)象如實、準確地記錄下來。除了用文字進行記錄外，還可以用數(shù)據(jù)或符號進行記錄。 6、分析得出結(jié)論： 根據(jù)實驗觀察的現(xiàn)象和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計算、圖表、推理等處理，歸納出一般概括性判斷，并用文字、圖表、繪圖等 三、實驗設(shè)計題型類析 1.設(shè)計實驗方案： 題目給出實驗?zāi)康募耙恍└郊訔l件，讓學生設(shè)計實驗方案，寫出實驗原理，解答這類題首先要根據(jù)題目的要求和給出的條件，確定和書本相關(guān)的知識點及實驗原理，構(gòu)思相關(guān)的生物情境，然后再設(shè)計便于操作的實驗方案 例1設(shè)計一個于室外空曠處進行的，在不用任何藥劑、裝置合乎觸及幼

12、苗的情況下，使幼嫩植株長成如圖示形態(tài)的實驗方案，并說明實驗原理。 (1)實驗方案 (2)實驗設(shè)計原理 解析：這是來源于生活中的習題，可采用的方法很多，如利用向光性生長等，但題目作了許多限制，因此根據(jù)生活常識可設(shè)計為將正常生長的植株花盆側(cè)放在地上，待其彎向上方生長后，再擺正花盆。其原理為利用莖的背地性生長的特性。 2.設(shè)計實驗步驟： 根據(jù)題目要求給定的器材以及實驗提出的目的，設(shè)計或補全實驗步驟。這類題目體現(xiàn)了高考試題理論聯(lián)系實際的原則和學以致用的趨向。要求教學中要強化實驗，培養(yǎng)學生“根據(jù)實驗試題的要求和有關(guān)原理設(shè)計出簡單實驗方法”的能力，以及“通過分析和綜合、比較和論證，選擇解決問題的最佳方案的

13、評價能力”。 例2：（2003年全國）某實驗小鼠適宜生活在25左右的環(huán)境中，為探究低于適宜溫度的環(huán)境（10）對小鼠能量代謝的影響（能量代謝的強弱用單位時間的耗氧量表示），請依據(jù)所給的實驗裝置（如圖）、實驗材料的用品，在給出的實驗方法的步驟的基礎(chǔ)上，繼續(xù)完成探究實驗，預(yù)測可能的實驗結(jié)果和結(jié)論，并回答問題。材料的用品：小鼠、冰袋、秒表等。方法和步驟：步驟1、將小鼠放入廣口瓶的籠子里，加塞密閉，打開夾子A、B、C，片刻后關(guān)閉夾子B，用注射器抽取10ml氧氣備用。關(guān)閉夾子C，打開夾子B，使水壓液面左右平齊。步驟2、步驟3結(jié)果預(yù)測和結(jié)論：1、 2 、 3、該實驗最可能的結(jié)果和結(jié)論是： 原因是：、 3.設(shè)

14、計實驗改進方法： 此類試題主要考查學生對實驗設(shè)計的嚴密性和科學性，并以此為媒介，引導解決問題的最佳方法，進一步培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)和科學能力。 例3（01高考）有人設(shè)計了下列實驗，試圖證明“生長素（IAA）在植物體內(nèi)的運輸，主要從植物體形態(tài)學上端向形態(tài)學下端運輸，而不能倒轉(zhuǎn)運輸”一、材料、用具 胚芽鞘、瓊脂、刀片等二、方法、步驟和結(jié)果1、制備瓊脂塊2、取一瓊脂塊中間部分，上面放含IAA的瓊塊，下面放空白瓊脂塊。3、取步驟2下面的瓊脂塊a的一部分放在去尖端的胚芽鞘的一側(cè)。 4.綜合實驗設(shè)計型： 這類試題完全為開放性試題，其條件、方法和方案均具有不確定性。要求根據(jù)題型要求自行設(shè)計。 例4已知唾液中含

15、有淀粉酶，淀粉酶可以催化淀粉的水解；又知雞蛋被加熱到65后會“變熟”，但不知唾液淀粉酶被加熱到65后是影響否其生物活性。為探究此問題，請你依據(jù)所給材料和用品設(shè)計出相應(yīng)的實驗方案，并預(yù)測可能的實驗結(jié)果及可獲得的相應(yīng)結(jié)論。材料用品：經(jīng)過稀釋的唾液、經(jīng)過稀釋并煮熟的淀粉糊兩份(一份保持在37環(huán)境中，另一份保持在65環(huán)境中)、碘酒、酒精燈或其他的加熱設(shè)備、試管若干、量筒、滴管、大燒杯、溫度計等。實驗方案：(1)_(2)將一支試管放入37左右的溫水中，將另一支試管放入65的溫水中。兩試管均保持溫度5min后取出。(3)_可能的實驗結(jié)果及相應(yīng)的結(jié)論：要答好這類實驗設(shè)計題，應(yīng)注意以下幾個方面：1、明確實驗?zāi)?/p>

16、的認真審題，找到關(guān)鍵詞，搞清實驗要探究什么問題本題主要是以溫度對酶(蛋白質(zhì))活性的影響為知識背景，考查同學探究性實驗的設(shè)計能力。所以讀完題后，應(yīng)明確本實驗的目的是探究65的溫度是否影響唾液淀粉酶的生物活性。2、理解實驗原理實驗原理是指設(shè)計實驗的依據(jù)，本實驗原理包括1：在37環(huán)境下，唾液淀粉酶可以催化淀粉水解，2：碘遇淀粉變藍。3、把握實驗原則單因素可變原則：本實驗的兩組處理除溫度因素，其他方面均相同。根據(jù)題意要求，4、全面預(yù)期實驗結(jié)果對實驗作出全面的預(yù)期，本實驗可能的結(jié)果有三種：(1)65不影響唾液淀粉酶的活性，(2)65降低唾液淀粉酶的活性，(3)65使唾液淀粉酶喪失活性。5、結(jié)論科學，表述

17、準確結(jié)論科學指實驗現(xiàn)象與結(jié)論之間有因果關(guān)系，符合邏輯。實驗設(shè)計方案包括：(1)取甲、乙兩支潔凈試管分別作標記，一支注入37的淀粉糊3mL，另一支注入65的淀粉糊3mL，再向兩試管各注入等量的2mL唾液，取丙試管注入37淀粉糊3mL，蒸餾水2mL并振蕩。分別保溫。(3)冷卻后，分別向兩試管內(nèi)滴入等量的碘酒，觀察并比較兩試管中液體的顏色。對照性原則：本實驗丙試管為空白對照，甲試管37常態(tài)為標準對照。如本實驗可能的實驗結(jié)果及相應(yīng)的結(jié)論是：(1)若甲、乙兩試管液體的顏色相同(均為無色或均為碘酒顏色)，則證明唾液淀粉酶在被加熱到65后不影響其生物活性。(2)若經(jīng)65處理的乙試管中液體呈現(xiàn)藍色與丙試管液體

18、顏色相同，則證明唾液淀粉酶在被加熱到65后喪失了生物活性。(3)若經(jīng)65處理的乙試管中液體呈現(xiàn)藍色但是比丙試管液體顏色淺，則證明唾液淀粉酶在被加熱到65后生物活性降低了。思考題思考題1、設(shè)計一實驗驗證鎂是植物生活的必需元素。2、設(shè)計實驗探究光是不是種子萌發(fā)的必要條件。實驗對照原則是設(shè)計和實施實驗的準則之一。通過設(shè)實驗對照原則是設(shè)計和實施實驗的準則之一。通過設(shè)置實驗對照對比，即可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實置實驗對照對比，即可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。通常，一個實驗總分為實驗組驗結(jié)果的可信度和說服力。通常，一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組；對照和對照組。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組；對照組，對實驗假設(shè)而言，是不接受實驗變量處理的對象組，組，對實驗假設(shè)而言，是不接受實驗變量處理的對象組，至于哪個作為實驗組，哪個作為對照組，一般是隨機決定至于哪個作為實驗組，哪個作為對照組，一般是隨機決定的，這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的，這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之的影