Question

高中生物实验设计原则 [例谈高中生物实验设计原则]

Answer 1

　　生物学是一门以实验为基础的学科，实验设计能较为全面地考查学生实验知识，实验技能，分析问题、解决问题以及创新能力，能很好地反映学生是否理解实验的原理，能否灵活地将实验知识迁移到不同的情境中并能解决实际问题。因此，在生物实验教学过程中，应注重学生实验设计能力的培养，而实验设计的核心就是遵循实验设计原则，精心规划实验方案，得出科学的结论。
　　一、科学性原则
　　科学性往往体现在高中生物探究性实验中，具体是指实验目的要明确、实验原理要正确等，它体现了逻辑思维的严密性。整个实验设计思路及实验方法的确定都应遵循生物学基本知识和原理，同时也符合其他相关学科领域的基本原则，充分体现逻辑思维的严密性。
　　二、可行性原则
　　实验设计中，所需要的实验器材必须是实验室现有的或者是容易获取的，并要保证实验所需时间符合课时的安排等。例如，实验“构建种群增长模型的方法”中，种群的选择就要适合当地的气候特点、地理条件等。笔者在教学过程中，选用草履虫作为实验观察对象，将稻草秸秆放入水中培养一周左右的时间，就可以得到合适的研究种群数量。通过显微镜进行观察，统计数量，即可有效地构建种群数量増长模型。
　　三、可重复性原则
　　为获取科学的数据，得出准确的结论，往往需进行多次重复实验。实验中遵循可重复性原则的目的在于尽可能地排除偶然因素造成的误差，真正体现实验的科学性。例如，实验“探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度”，用一系列具有浓度梯度的生长素类似物处理插条时，每一个浓度下都至少用3~10根插条，计算插条生根的平均值或平均生根长度。
　　四、单一变量原则
　　单一变量原则是高中生物实验中的一项重要理论基础。该原则指在控制研究对象之间只有某一因素（自变量）不同，而保证其他因素（无关变量）完全相同，进而观察该不同因素对实验结果的影响。例如，在“探究温度对酶活性的影响”一实验中，实验的自变量为不同梯度的温度，实验中试剂的量、溶液的pH值等即为无关变量，但由于其中pH会影响酶的活性，所以应保证实验对象的pH值等无关变量均相同，以使所得结果均是由自变量的变化而引起，从而保证了实验的准确性。
　　五、对照性原则
　　对照性原则是设计和实施实验的准则之一，通过对照能消除无关变量对实验结果的影响，增加实验的可信度和说服力。对照实验是指除一个因素以外，其他因素都保持不变的实验，通常由实验组和对照组组成。实验组是接受实验变量处理的对象组，对照组一般不需要经过实验变量处理。根据对照内容和形式的不同，对照类型可分为：
　　⒈空白对照
　　对照组不加任何处理因素，如实验“比较过氧化氢在不同条件下的分解”中，1号试管不作任何处理，即为空白对照组。又如，实验“探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度”，清水处理则为空白对照。
　　⒉条件对照
　　条件对照指虽给实验对象施以某种处理，但这种处理仅作为对照意义的，如“探究pH对唾液淀粉酶活性影响”的实验，设立过酸、接近中性和过碱的实验条件，进行相互对照。
　　⒊自身对照
　　自身对照指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组，如，实验“植物的吸水与失水”即为典型的自身对照实验，其实验组为质壁分离和复原的洋葱表皮细胞，对照组为正常的洋葱表皮细胞，均为同一组细胞，构成自身对照。又如，萨克斯的实验“探究植物光合作用的产物有淀粉”，叶片一半曝光，另一半遮光也为自身对照。
　　⒋相互对照
　　即几个实验之间相互对照，不另外加设对照组，如“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，两个对照实验组分为有氧、无氧，最后的酒精和CO2的产生量便可直接通过这两个对照组对照、计算，得出结果。又如，鲁宾和卡门的实验“探究光合作用产生的O2中的O来自于H2O还是CO2”，用18O分别标记H2O和CO2，两组实验相互对照。
　　六、随机性原则
　　随机性原则是指在实验对象的整体中随机抽取实验样本（方），各样本的机会是均等的，这样能减少抽样的误差，从而使实验结果更加客观，便于得出正确的实验结论。例如，“培养液中酵母菌种群的数量变化”实验中，在选取计数样方前必须摇匀试管，取样时做到随机取样；在“模拟性状分离比”实验中，彩球应先摇匀后再随机抓取，同时每抓取一次应将彩球重新放入小桶摇匀，以保证每种彩球每次被抓取的机会均等。