Question

高中生物实验原则_谈高中生物实验设计的原则及实验设计模式

Answer 1

　　所谓实验设计，就是要求学生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方法及分析实验的现象。实验设计，主要考查学生是否理解实验原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情境下迁移知识的能力。下面笔者结合平时的教学实际，谈谈生物实验设计应遵循的几个原则及实验设计的模式。
　　一、实验设计应遵循的原则
　　1.对照性原则
　　在实验设计中，通常设置对照组。通过干预或控制研究对象以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。实验设计中可采用的对照方法很多，除了有阳性对照、标准对照、自身对照、相互对照之外，通常采用空白对照的原则：即不给对照组以任何处理因素。值得强调的是，不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的，实际上对对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素。
　　2.随机性原则
　　实验设计中的随机化原则，是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。
　　3.平行重复原则
　　平行重复原则，即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。上述随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行重复的原则就是为解决这个问题而提出的。
　　4.单因子变量原则
　　单因子变量原则，即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。
　　二、实验设计模式
　　l.从实验步骤出发设计研究性实验
　　模式：教师对实验步骤提出建议→学生选择比较实验→分析对比结果→得出结论→填写报告。
　　以“叶绿体中色素的提取和分离”实验为例。本实验的步骤是：去除叶柄、粗叶脉的新鲜菠菜叶5g，剪碎放入研钵，加少量碳酸钙、石英砂，15ml无水酒精，研磨成匀浆后过滤，得叶绿体色素提取液。用毛细管吸取少量滤液，在干燥的滤纸条上划一细线，烘干后再次划线，重复多次，然后放入层析液中进行层析。
　　教学中，鼓励学生使用不同方法，通过对比实验研究哪种方法能达到最佳的实验效果。如建议学生对所取菠菜与酒精量的比例作一研究(可以采用10g菠菜叶与5ml无水酒精组合、10g菠菜叶与10ml无水酒精组合、5g菠菜叶与5ml无水酒精组合、5g菠菜叶与10ml无水酒精组合等)；也可对滤纸条的划线次数(可以是3次、5次、7次、10次等)、划线方法(可以是用毛细管、载玻片、铅笔、滤纸条折线等器材或方法)、取用碳酸钙的量(少量或较多)、是否需要过滤等实验步骤提出建议。学生在实验过程中，自己选择对比实验组，通过自己的实验，得出结论。
　　在实验过程中，学生的兴趣很高，积极性与主动性得到充分体现，相互之间主动交流实验的结果与体会。同时，教师根据学生的实验对比结果，对实验的方法进行了一定的改进，如采用10g菠菜叶与10ml无水酒精组合，层析后色素带分层比较清晰；划滤液细线的方法可直接采用载玻片的一侧蘸取匀浆。压在滤纸条上，并称其为“敲图章”。此法可以节省实验时间，且滤液细线细而齐整，划线次数超过7次后对实验影响就不明显了。部分学生的研究结论被教师介绍给大多数学生，学生的研究直接参与进教学的研究，这对这些参与实验的学生是一种激励，反过来可以成为他们进一步学习的动力。
　　2.从允许学生故意出错的角度设计研究性实验
　　模式：教师针对教材中某些“不许”“不能”“注意”等内容提出质疑→要求学生解释为什么→学生实验→得出结论。
　　如在“叶绿体中色素的提取与分离”实验中不能让层析液浸没滤液细线，否则色素会溶解在层析液中，影响实验结果；“植物细胞的有丝分裂”实验中根尖解离后必须经过漂洗，否则盐酸同染色剂反应，会影响根尖细胞内染色体的染色效果；“生物组织中蛋白质的鉴定”实验中蓖麻籽的薄片需用95％酒精洗去油脂，以免影响对蛋白质晶体的观察；“水质污染对生物的影响”实验中合成洗涤剂对生物的影响应使用普通的洗衣粉等。为什么要这样做呢?以往教学中，往往是教师把答案告诉学生，要求学生记住，实验中不能如此操作。但在开展研究性学习的实践与研究后，教师不再给出答案，而是建议学生不妨在实验时试一下，通过亲自进行“错误”操作，学生知道了此操作所造成的后果，其印象比教师口头的讲述要深得多，也更有说服力，其心理体验是前者无法相比的。也有一些“错误”操作的结果对实验并无多大影响，如“水质污染对生物的影响”实验中使用普通的洗衣粉与使用加酶的洗衣粉的实验效果是相同的，那么教师就应引导学生分析其原因，为什么教材中采用前者，由此让学生体会科学研究的严谨性。