生物实验是怎样设计的
〔关键词〕 生物教学;实验设计;
内容;步骤;原则
〔中图分类号〕 G633.91
〔文献标识码〕 C
〔文章编号〕 1004—0463(2010)
06(A)—0056—02
实验设计的理论基础
一、实验设计的原理
1. 科学性:科学性是指实验目的要明确,实验原理要正确,实验材料和实验手段的选择要恰当,整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学的基本原理和基本方法,以及其他学科的基本原则。
2. 可行性:在设计生物学实验时,从实验原理、实验过程的实施、到实验结果的产生都具有可行性。
3. 简便性:设计生物学实验时,要考虑到实验材料要容易获得,实验装置比较简单,实验药品比较便宜,实验操作过程比较简便,实验步骤比较少,实验时间比较短。
4. 可重复性:重复、随机和对照是保证实验结果的三大原则,因此,在实验设计中也必须注意实验的可重复性,任何实验都必须要有足够的实验次数,才能得到可靠的结果,排除偶然性。
二、实验设计的内容
一份完整的生物实验设计方案,一般包括以下几方面的内容。
1. 实验课题:是关于一个什么内容的实验(观察类,鉴别类还是验证探究类)。
2. 实验目的:要探究的是什么“生物学事实”或“生物学事实”的哪一方面。
3. 实验原理:进行实验依据的科学道理。
4. 实验对象:进行实验的底物(材料)。
5. 实验条件:完成该实验必需的材料用具。
6. 实验方法与步骤:实验实施的具体方法及过程。
7. 实验现象:实验过程中发生的事实。
8. 实验结果的预测及分析:能够预测可能出现的实验结果,并分析出原因。
9. 实验结论:对实验结果进行准确描述并给出一个科学的结论。
三、实验设计的关键环节
1. 实验设计中的假说。在实验设计中,每一个实验目的的确定,都是一个实验假说的形成过程。我们作出实验假说时,必须在注意假说的预见性的同时,强调客观性和多样性。如探究类实验假说一般采用“如果A,则B”的形式表述,是根据现有的科学理论、事实,对所研究的对象设想出一种或几种可能的答案、解释,而验证性实验因结论已知,因此不存在假说问题。
2. 实验材料和实验手段的选择。选择恰当的材料和实验手段,是所设计实验能否达到预期结果的重要保证。如验证生物组织中还原性糖,所选实验材料应为含糖量高且为白色或近白色。
3. 反应变量的确定和控制。依据实验条件和环境因素充分控制无关变量,使实验具有科学性,结果不受干扰。
实验设计的常规办法
一、常规思路
实验目的→实验变量(控制无关变量);实验原理→反应变量检测方法。
明确实验目的和有关实验原理是实验设计的关键;解题时首先要明确题意,即弄清是设计实验方案、完成实验步骤,还是分析实验结果,审准实验所依据的生物学原理是什么,明确验证的“生物学事实”是什么。通过实验目的来确定实验变量(题中可变的单一因素),通过实验原理确定反应变量检测方法。最后确定设计对照实验步骤。如“温度对酶活性的影响” 实验变量,不同温度,实验原理,淀粉遇碘变蓝色,淀粉酶可催化淀粉水解为麦芽糖,麦芽糖遇碘不变为蓝色。
二、实验设计的基本步骤
1. 分组编号:即将相关的实验材料、用具等状况随机平均分组并编号(目的是防止偶然误差)。
2. 给予不同的处理:即施加实验变量,控制无关变量而设置对照(注意:单一因素不同,其他因素相同且最适合),然后构思实验变量的控制方法和实验结果的获得手段。
3. 在适宜且相同条件下培养,检测反应变量,观察并测量数值记录和处理实验数据和现象,纪录结果(实验材料在数量上要尽可能多选取,记录数据时取其平均值以实验误差,若为验证性实验减少结果只有一种,而探究性实验则对应假说,分类讨论)。
4. 总结实验结论。验证性实验对应实验目的作出肯定结论,而探究性实验根据预测的结果得出相应的结论。(注意:结果是指观察到实验现象,结论是由结果得出,结果不同结论也不同。)
实验设计遵循的原则
一、单因子变量原则
即控制其他因素不变,而改变其中某一因素,观察其对实验结果的影响。该原则有两层含义:一是确保“单因子”变量的实验观察,即不论一个实验有几个实验因子,都应做到一个实验因子对应观察一个反应因子。二是确保“单因子”变量的操作规范,即实验中尽可能避免无关因子及额外因子的干扰。
二、对照性原则
对照是实验控制的手段之一,通过设置对照实验,可以消除无关因子对实验结果的影响,增加实验的说服力和可信度。对照通常有一下几种。
1. 组内对照。(自身对照)即实验与对照在同一对象上进行,如“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验。该方法简便,关键是要看清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,实验处理后的对象状况为实验组。
2. 组间对照(空白对照)。不加任何处理的对照组。例如,在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”实验中,向甲试管溶液加入试剂,而乙试管溶液不加试剂一起进行沸水浴加热,比较它们的变化。则甲为实验组, 乙为对照组。
3. 条件对照。给实验组某种处理,给对照组另一条件的处理,但这种处理是作为对照意义的,或者说这种处理不是实验假说所给定的实验变量意义的处理。例如“动物激素饲养小动物”实验,采用等组实验法的设计方案如下。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)。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。
4. 相互对照。不另设对照组,而是利用几个实验组相互对照。目的是消除无关变量对实验结果的影响,增强实验结论的可信度。如“植物激素与向性运动”的实验中,5个实验组所采用的就是互相对照,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。
三、平行重复原则
控制某种因素的变化幅度,在同样的条件下重复实验,观察其对试验结果影响的程度。
四、控制与平衡控制原则
控制是处理实验中变量关系的又一准则,指实验者严格地操纵实验变量,以获得反应变量,与此同时,还要严格地均衡无关变量以消除额外变量。一句话,通过实验控制,尽量消除实验误差,以取得精确的实验结果。