生物实验设计有哪些原则?
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1、科学性原则：所谓科学性,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
生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则.分析问题、设计
实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性.
科学性原则：包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法
的科学性、实验结果处理的科学性.
① 实验原理的科学性
实验原理是实验设计的依据,也是用来检验和修正实验过程中失误的依据,因此它必须是经前人总结或经科学检验得出的科学理论.
②实验材料选择的科学性
根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料,是保证实验达到预期结果的关键因素之一.如孟德尔选择豌豆为实验材料,“还原性糖鉴定实验”中以苹果或雪梨细胞组织液为材料,以及“植物细胞质壁分离与复原”实验中以紫色洋葱为实验材料等实验都是一些经典的成功选材的范例.
③实验方法的科学性
只有科学而严谨的实验方法,才能得出正确而可靠的实验结果.如在光
合作用强度的检测实验中用绿光灯照射可看成是黑暗条件,在鉴定光合作用产物实验中,要对植物进行饥饿处理.
④实验结果处理的科学性
对于实验过程中得到的一些数据,现象或其它信息,不能简单处理,应首先整理后仔细分析,找出它们所能够透露给我们的最大信息量.
2、平行复重原则：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.任何实验必须有足够实验次数,才能避免结果的偶然性,使得出的结论准确、科学.平衡重复原则要求控制某种因素的变化强度,在同样条件下重复实验,观察其对实验结果的影响程度.由以上实验设计的特点来看,采用了平行重复的原则来进行,消除了无关变量与额外变量的干扰,可多次重复该实验,使得实验结果更加客观、科学.
3、对照性原则：科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了,且使实
验结论更有说服力.实验中的无关变量很多（同一种实验结果可能会被多种
不同的实验因素所引起）,必须严格控制,要平衡和消除无关变量对实验结果
的影响,对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法.
（1）如何设置对照实验：所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验.对照实验设置的正确与否,关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”.具体来说有如下四个方面：
①所有用生物材料要相同：所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源
和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同.
②所用实验器具要相同：试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样.
③所用实验试剂要相同：试剂的成分、浓度、体积要相同.尤其要注意体积上等量的问题.
④所用处理方法要相同如：保温或冷却：光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致.
有时尽管某种处理对对照实验来说,看起来似乎是毫无意义的,但最好还是
要作同样的处理.
（2）设置对照组有4种方法：
①空白对照：即不给对照组做任何处理.例如,在“唾液淀粉酶催化淀粉水
解” 的实验中,实验组滴加了唾液淀粉酶液,而对照组只加了等量的蒸馏水,
起空白对照.
②条件对照：即虽给对照组施以部分实验因素,但不是所研究的实验处理因素.这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理,目的是通过得出两种相对立的结论,以验证实验结论的正确性.
③自身对照：指对照组和实验组都在同一研究对象上进行,不再另外设置对
照组,例如“质壁分离与复原”实验.自身对照简便,但关键要看清楚实验
处理前后的现象及变化差异.
④相互对照（对比）：不单独设置对照组,而是几个实验相互为对照.即实验
与对照在同一对象上进行.这种方法常用于等组实验中.“植物向光性”实验
中,利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照,说明了生长
素与植物生长弯曲的关系.
（3）“实验组”与“对照组”确认:
实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象
组,两者对无关变量的影响是相等的,两组之间的差别,被认为是来自实验
变量的结果.如 2005年春季高考题中为研究光对幼苗生长的影响时实验变量
应为撤掉光照,因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组,而自然状态（即未接
受实验变量处理）的小麦幼苗应为对照组,通过对照组能增强实验的信度.
4.单因子变量原则和等量性原则
所谓单因子变量原则,强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量,只有这样当实验组和对照组出现不同结果时,才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的,从而证明实验组所给实验因素的作用,因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置,所要验证的中心条件即为变量.如要验证光合作用需要光则应将光作为变量；要验证光合作用需二氧化碳则把二氧化碳作为变量等等.
等量性原则与单因子变量原则是完全统一的.只不过强调的侧面不同,单因子变量原则强调的是实验变量的单一性,而等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同,以平衡和消除无关变量对结果的影响,需要强调的是这些无关变量在进行严格控制时,不但要等量,而且是在适宜条件下的等量,常态条件下的等量.如在探索PH对酶活性影响的实验中,单一变量是PH,除PH之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量,而且要适宜的量,如对温度的控制不但要相同,而且要适宜,即要给予酶活性所需的适宜的温度,而不能控制在低温或高温条件下的等量.
不论一个实验有几个实验变量,都应确定一个实验变量对应观测一个
反应变量,这就是单一变量原则,它是处理实验中的复杂关系的准则之一.
① 实验变量与反应变量：实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件,是
作用于实验对象的刺激变量（也称自变量）,自变量须以实验目的和假设为依据,应具有可变性和可操作性.反应变量（又称因变量）,是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量,反应变量是研究是否成功的证据,应具可测性和客观性.
二者关系：实验变量是原因,反应变量是结果,即具因果关系.
② 无关变量与额外变量：无关变量（控制变量）是指实验中除实验变量外的
影响实验结果与现象的因素或条件.即是指与研究目标无关,但却影响研究结果的变量.实验者应严格控制无关变量,否则实验结果的真实性无法得到认定.由无关变量引起的变化结果就叫额外变量.
二者关系：也是前因后果的关系.但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用.
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
生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则.分析问题、设计
实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性.
科学性原则：包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法
的科学性、实验结果处理的科学性.
① 实验原理的科学性
实验原理是实验设计的依据,也是用来检验和修正实验过程中失误的依据,因此它必须是经前人总结或经科学检验得出的科学理论.
②实验材料选择的科学性
根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料,是保证实验达到预期结果的关键因素之一.如孟德尔选择豌豆为实验材料,“还原性糖鉴定实验”中以苹果或雪梨细胞组织液为材料,以及“植物细胞质壁分离与复原”实验中以紫色洋葱为实验材料等实验都是一些经典的成功选材的范例.
③实验方法的科学性
只有科学而严谨的实验方法,才能得出正确而可靠的实验结果.如在光
合作用强度的检测实验中用绿光灯照射可看成是黑暗条件,在鉴定光合作用产物实验中,要对植物进行饥饿处理.
④实验结果处理的科学性
对于实验过程中得到的一些数据,现象或其它信息,不能简单处理,应首先整理后仔细分析,找出它们所能够透露给我们的最大信息量.
2、平行复重原则：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.任何实验必须有足够实验次数,才能避免结果的偶然性,使得出的结论准确、科学.平衡重复原则要求控制某种因素的变化强度,在同样条件下重复实验,观察其对实验结果的影响程度.由以上实验设计的特点来看,采用了平行重复的原则来进行,消除了无关变量与额外变量的干扰,可多次重复该实验,使得实验结果更加客观、科学.
3、对照性原则：科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了,且使实
验结论更有说服力.实验中的无关变量很多（同一种实验结果可能会被多种
不同的实验因素所引起）,必须严格控制,要平衡和消除无关变量对实验结果
的影响,对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法.
（1）如何设置对照实验：所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验.对照实验设置的正确与否,关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”.具体来说有如下四个方面：
①所有用生物材料要相同：所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源
和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同.
②所用实验器具要相同：试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样.
③所用实验试剂要相同：试剂的成分、浓度、体积要相同.尤其要注意体积上等量的问题.
④所用处理方法要相同如：保温或冷却：光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致.
有时尽管某种处理对对照实验来说,看起来似乎是毫无意义的,但最好还是
要作同样的处理.
（2）设置对照组有4种方法：
①空白对照：即不给对照组做任何处理.例如,在“唾液淀粉酶催化淀粉水
解” 的实验中,实验组滴加了唾液淀粉酶液,而对照组只加了等量的蒸馏水,
起空白对照.
②条件对照：即虽给对照组施以部分实验因素,但不是所研究的实验处理因素.这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理,目的是通过得出两种相对立的结论,以验证实验结论的正确性.
③自身对照：指对照组和实验组都在同一研究对象上进行,不再另外设置对
照组,例如“质壁分离与复原”实验.自身对照简便,但关键要看清楚实验
处理前后的现象及变化差异.
④相互对照（对比）：不单独设置对照组,而是几个实验相互为对照.即实验
与对照在同一对象上进行.这种方法常用于等组实验中.“植物向光性”实验
中,利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照,说明了生长
素与植物生长弯曲的关系.
（3）“实验组”与“对照组”确认:
实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象
组,两者对无关变量的影响是相等的,两组之间的差别,被认为是来自实验
变量的结果.如 2005年春季高考题中为研究光对幼苗生长的影响时实验变量
应为撤掉光照,因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组,而自然状态（即未接
受实验变量处理）的小麦幼苗应为对照组,通过对照组能增强实验的信度.
4.单因子变量原则和等量性原则
所谓单因子变量原则,强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量,只有这样当实验组和对照组出现不同结果时,才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的,从而证明实验组所给实验因素的作用,因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置,所要验证的中心条件即为变量.如要验证光合作用需要光则应将光作为变量；要验证光合作用需二氧化碳则把二氧化碳作为变量等等.
等量性原则与单因子变量原则是完全统一的.只不过强调的侧面不同,单因子变量原则强调的是实验变量的单一性,而等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同,以平衡和消除无关变量对结果的影响,需要强调的是这些无关变量在进行严格控制时,不但要等量,而且是在适宜条件下的等量,常态条件下的等量.如在探索PH对酶活性影响的实验中,单一变量是PH,除PH之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量,而且要适宜的量,如对温度的控制不但要相同,而且要适宜,即要给予酶活性所需的适宜的温度,而不能控制在低温或高温条件下的等量.
不论一个实验有几个实验变量,都应确定一个实验变量对应观测一个
反应变量,这就是单一变量原则,它是处理实验中的复杂关系的准则之一.
① 实验变量与反应变量：实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件,是
作用于实验对象的刺激变量（也称自变量）,自变量须以实验目的和假设为依据,应具有可变性和可操作性.反应变量（又称因变量）,是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量,反应变量是研究是否成功的证据,应具可测性和客观性.
二者关系：实验变量是原因,反应变量是结果,即具因果关系.
② 无关变量与额外变量：无关变量（控制变量）是指实验中除实验变量外的
影响实验结果与现象的因素或条件.即是指与研究目标无关,但却影响研究结果的变量.实验者应严格控制无关变量,否则实验结果的真实性无法得到认定.由无关变量引起的变化结果就叫额外变量.
二者关系：也是前因后果的关系.但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用.
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