生物實驗設(shè)計的理論和方法

1、.PAGE ：.；PAGE 9 生物實驗設(shè)計的實際和方法 2021.4 西青教研室 吳亞男生物學(xué)作為一門以實驗為根底的自然科學(xué)，實驗是獲取生物學(xué)知識的重要手段，是科學(xué)研討過程的重要環(huán)節(jié)。中在才干目的上是這樣表述的：初步學(xué)會生物科學(xué)探求的普通方法，開展學(xué)生提出問題、作出假設(shè)、制定方案、實施方案、得出結(jié)論、表達(dá)和交流的科學(xué)探求才干。在科學(xué)探求中開展協(xié)作才干、實際才干和創(chuàng)新才干。 在初中生物教材中，就科學(xué)探求的普經(jīng)過程提出了這樣的程序：提出問題作出假設(shè) 制定方案 實施方案 得出結(jié)論 表達(dá)和交流。下面我們就科學(xué)探求的普通程序作出進(jìn)一步的闡明。一、生物實驗程序1.察看，提出問題 在察看根底上提出有意義的

2、值得討論的問題。我們在七年級做的第一個調(diào)查就是“調(diào)查我們身邊的生物，不知教師們有沒有嘗試著在學(xué)生察看調(diào)查終了后讓學(xué)生提出問題呢？什么樣的問題才是有意義的、值得討論的問題？對于初中學(xué)生來說，可以從三個方面去評價：1問題的科學(xué)性：面對同一個事物，不同的人能夠會從不同的角度提出不同的問題。比如：展現(xiàn)圖片樹，問他面對這棵大樹想知道什么問題嗎？這就是他所提出的或探求的問題面對一棵枝葉繁茂的松樹，科學(xué)家能夠會問它的分類位置、樹齡、蟲害等問題；詩人能夠感慨它歷經(jīng)多少風(fēng)霜，對完善人格有哪些啟迪；商人能夠關(guān)懷它作為木材值多少錢。前者是科學(xué)問題，后二者那么不是?？茖W(xué)課以討論科學(xué)問題為主，其他問題也不能一概排斥。2

3、問題的探求價值：主要看提問題時調(diào)動已有知識和詫異的廣度和深度。比如示圖探求花生果實大小的變異，關(guān)于花生果實大小的變異，“大花生的果實中有個小的嗎？這一問題就比較簡單；“把大花生的種子種到貧瘠的土壤里，結(jié)出的果實會怎樣呢？把小花生的種子種到肥沃的土壤里，結(jié)出的果實又會怎樣呢?這一問題就有一定的深度了，它調(diào)動了學(xué)生關(guān)于性狀與遺傳、變異和環(huán)境關(guān)系的知識。探求的價值更高。此外，提出有探求價值的問題，往往還需求豐富的聯(lián)想和想象，從學(xué)生想象空間的寬廣程度來評價問題的價值也是重要的。3問題的明確詳細(xì)：舉例闡明一下比如他明天要擦車，關(guān)懷明天會不會下雨。他能夠會問：“明天天氣怎樣？他人不知道他詳細(xì)指什么，能夠會

4、回答：天氣預(yù)告闡明天有五級風(fēng)；或明天是20度。他還得問：“下不下雨呢？人家才知道他想問的究竟是什么。在舉一個生物的例子。在學(xué)習(xí)一節(jié)時，假設(shè)提出問題探求“鯽魚的外部形狀中有哪些特點與其水生生活相順應(yīng)，問題就明確，但是假設(shè)說“鯽魚的外部形狀有哪些特點時，能夠答案就會多種多樣了?？梢姀漠a(chǎn)生疑問到提出問題，有時還需求進(jìn)展深化思索的。2.作出假設(shè)：假設(shè)：也稱假說或猜測，只用來闡明某種景象但未經(jīng)證明的論題，也就是對所提出的問題所作出的參考答案。假設(shè)普通分為2個步驟：第一步：提出假設(shè)，即根據(jù)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)實資料或以知科學(xué)原理，經(jīng)過發(fā)明性的思想，提出初步假定。第二步：作出預(yù)測推斷，根據(jù)提出的假說，進(jìn)展推理得出假定性

5、結(jié)論。例如：細(xì)菌學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)抗生素的過程中，發(fā)現(xiàn)了問題：培育基的其他部分都布滿了葡萄球菌的菌落，只需青霉菌菌落的周圍沒有葡萄球菌的菌落。這是為什么呢？他作出的假設(shè)：青霉可以產(chǎn)生一種殺死或抑制葡萄球菌生長的物質(zhì)。他作出預(yù)測：在放入了青霉菌的培育液能阻止細(xì)菌的生長和繁衍。3.制定方案、實施方案設(shè)計并完成實驗：實驗是完成假設(shè)和處理問題的最終途徑。當(dāng)確定了實驗課題、建立了假設(shè)，實踐上已進(jìn)入了實驗方案制定的程序。實驗方案設(shè)計可以包括兩個層面：一個是確定實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?，這是實驗設(shè)計的“隱性部分，另一層面是實驗過程的設(shè)計和預(yù)期實驗結(jié)果。實驗過程的設(shè)計是根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘碓O(shè)計的實驗操作過程，包括實驗

6、資料和實驗手段的選擇、實驗方法步驟的安排、反響變量確實定與控制、實驗景象與結(jié)果的紀(jì)錄等。這是實驗設(shè)計的“顯性部分。實驗?zāi)康暮蛯嶒炘黼m然是籠統(tǒng)的，不可見的，但在詳細(xì)的生物學(xué)實驗中，對可操作部分起著重要的指點作用。實驗過程設(shè)計是實驗設(shè)計的中心環(huán)節(jié)，由于只需經(jīng)過實驗過程的設(shè)計和實施，才干修訂和驗證假設(shè)，獲得合理的結(jié)論，實現(xiàn)實驗?zāi)康囊蟆?.分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：察看實驗?zāi)康脑谟讷@取驗證性的結(jié)果，所以在實驗中要客觀照實地察看、記錄實驗景象，得出實驗結(jié)果，并經(jīng)過一定方式將實驗結(jié)果呈現(xiàn)出來。據(jù)此論證、闡明實驗中的自變量與因變量的因果關(guān)系，進(jìn)而得出實驗結(jié)論。假設(shè)所獲取的結(jié)果與假設(shè)相符，那么一定假設(shè)；假設(shè)結(jié)果

7、與假設(shè)不相符，那么否認(rèn)假設(shè)；假設(shè)結(jié)果與假設(shè)無關(guān)，那么無從判別，可另做假設(shè)。實驗過程必需客觀、真實。5.表達(dá)和交流：寫出實驗報告二、 生物實驗設(shè)計中要留意的幾個問題 一變量問題：在實驗設(shè)計中我們首先要分清這樣的幾組概念： 在實驗過程中，變量是指可被支配的特定要素或條件。據(jù)其在實驗中的作用，可分為兩類：(1)實驗變量與反響變量實驗變量，也稱為自變量，指實驗中由實驗者支配的要素或條件。反響變量，亦稱因變量，指實驗中由于實驗變量引起的變化和結(jié)果。通常實驗變量是緣由，反響變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如：在探求光對鼠婦生活的影響的實驗中，所給定的光亮、黑暗條件是實

8、驗變量，而由于光的變化而引起反響結(jié)果鼠婦數(shù)量的變化，鼠婦數(shù)量就是反響變量。(2)無關(guān)變量與額外變量無關(guān)變量也稱控制變量，指實驗中除實驗變量外的影響實驗景象和實驗結(jié)果的要素或條件。額外變量也稱干擾變量，指實驗中由于無關(guān)變量引起的變化和結(jié)果。顯然額外變量會對反響變量起干擾作用。如：上述實驗中，除實驗變量以外， 土壤的干濕程度、溫度等都屬于無關(guān)變量，假設(shè)無關(guān)變量的任何一個或幾個要素或條件，對 實驗組的給定不等同、不平衡、不穩(wěn)定，那么會對實驗結(jié)果呵斥干擾，產(chǎn)生誤差。在實驗設(shè)計和操作中，要盡量控制無關(guān)變量，這樣就會防止實驗結(jié)果的差別是由于無關(guān)變量引起的能夠性，便于明晰地研討實驗變量與反響變量的關(guān)系?？茖W(xué)

9、實驗應(yīng)先確定實驗變量，留意反響變量，盡量控制無關(guān)變量。二實驗設(shè)計的原那么1.科學(xué)性原那么所謂科學(xué)性原那么，是指實驗的原理要符合科學(xué)原理，實驗結(jié)果的預(yù)期有科學(xué)根據(jù)，實驗的各個環(huán)節(jié)不能偏離生物學(xué)根本知識和根本原理，以及其他學(xué)科領(lǐng)域的根本原那么?？茖W(xué)性原那么具有兩個方面的含義。首先，必需保證明驗的設(shè)計不出現(xiàn)科學(xué)性錯誤；其次，實驗設(shè)計要具有科學(xué)思想和科學(xué)方法的要素。詳細(xì)地說，科學(xué)性原那么表達(dá)在以下幾個方面：實驗原理的科學(xué)性 實驗原理是實驗設(shè)計的根據(jù)，也是用來檢驗和修正實驗過程中失誤的根據(jù)，因此它必需經(jīng)前人總結(jié)或經(jīng)科學(xué)檢驗得出的科學(xué)實際。如：甲狀腺激素促進(jìn)蝌蚪生長發(fā)育的實驗實驗原理：甲狀腺激素促進(jìn)生物生

10、長發(fā)育；檢驗種子成分中能否含有淀粉的實驗實驗原理：碘遇淀粉變藍(lán)。實驗資料選擇的科學(xué)性根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘磉x擇恰當(dāng)?shù)膶嶒炠Y料，是保證明驗獲得預(yù)期結(jié)果的關(guān)鍵要素之一。例如：“葉綠體是光協(xié)作用的場所實驗，選用銀邊天竺葵做實驗資料，綠色部分含有葉綠體，白邊不含有葉綠體，選材就很巧妙，“驗證種子中含有蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉的實驗中，選用不同的種子大豆、花生、玉米，這些實驗資料，取材方便，效果顯著，再加上科學(xué)的方法，就可以順利到達(dá)實驗?zāi)康??！爸参锛?xì)胞的質(zhì)壁分別和復(fù)原實驗選用紫色洋蔥作為實驗資料是經(jīng)典的勝利選材的范例。實驗方法的科學(xué)性只需科學(xué)的實驗方法，才干得出正確而可靠的實驗結(jié)果。例如，探求二氧化碳是光協(xié)作

11、用的原料的實驗，1將植物暗處置一晝夜 2按以下圖安裝處置實驗資料，玻璃鐘罩塑料袋NaOH溶液蒸餾水玻璃板a安裝b安裝凡士林分析此圖中如何表達(dá)實驗的科學(xué)性的？在實驗中，暗處置、NaOH、凡士林、塑料、玻璃鐘罩等設(shè)計都表達(dá)出了實驗的科學(xué)性。實驗結(jié)果的科學(xué)性 這是指對于實驗得出的結(jié)論不能簡單對待，而應(yīng)該首先記錄，然后整理，最后再經(jīng)過仔細(xì)分析，找出它們所能泄漏給我們的最大的信息量。如探求種子萌生的實驗中，設(shè)置了三組對照實驗，并將結(jié)果進(jìn)展總結(jié)、歸納，得出結(jié)論，適量的水分、空氣、適宜的溫度是種子萌生的條件。三者缺一不可。2.平行反復(fù)原那么 任何實驗必需有足夠的實驗次數(shù)，才干防止結(jié)果的偶爾性，使得出的結(jié)論準(zhǔn)

12、確、科學(xué)。平行反復(fù)原那么要求控制某種要素的變化強度，察看其對實驗結(jié)果的影響程度。例如：探求酒精對水蚤心率的影響的實驗，將不同體積分?jǐn)?shù)的酒精刺激水蚤，實驗次數(shù)酒精溶液濃度水蚤的心率15%210%315%420%討論：酒精對水蚤的心率有什么影響？哪種體積分?jǐn)?shù)的酒精對水蚤有致死作用？3.單一變量原那么 該原那么可使實驗中的復(fù)雜關(guān)系簡單化，使結(jié)果更準(zhǔn)確。其含義是： 不論一個實驗有幾個實驗變量，都應(yīng)做到一個變量對應(yīng)觀測一個反響變量。實驗中要盡能夠防止無關(guān)變量及額外變量的干擾。如：某興趣小組為了研討陽光對大豆發(fā)芽的影響，而在兩個花盆里種了大豆，并設(shè)計如下實驗： 花盆 陽光 溫度 水 I 光照 20 充足

13、暗室 20 不充足在這一實驗設(shè)計中，應(yīng)該矯正的錯誤是( ) A.兩個花盆應(yīng)該放在向陽的地方 B.兩個花盆都應(yīng)放在暗處 C.兩個花盆的溫度不應(yīng)該一樣高 D.兩個花盆都應(yīng)該澆給充足的水 這個實驗要研討的是陽光對大豆發(fā)芽的影響，因此陽光應(yīng)該為自變量。根據(jù)單因子變量的原那么，其他要素都應(yīng)一樣，兩花盆該澆給同樣充足的水，這樣既保證了單一變量，又使大豆不會由于缺水而影響發(fā)芽。而假設(shè)兩個花盆都澆水缺乏，兩個花盆中的大豆就會由于缺水而使發(fā)芽不良，也會導(dǎo)致實驗的失敗。因此，在思索單因子變量原那么時，還應(yīng)盡量使常量可以滿足實驗勝利的條件。4.對照原那么實驗中對照組和實驗組的判別 對照原那么是中學(xué)實驗中最常用的原那

14、么，如探求饅頭在口腔中的變化、探求光對鼠婦生活的影響、探求種子萌生的條件等實驗都采用了對照。經(jīng)過設(shè)置對照實驗，既可排除無關(guān)變量的干擾，又可添加實驗結(jié)果的可信度和壓服力。在一個對照實驗中，可包括實驗組和對照組。實驗組是接受自變量處置的對象組，對照組是不接受自變量的處置的對象組?？瞻讓φ铡翱瞻讓φ?通常對照組為不作任何處置的對象組。如七年級下冊P31“證明唾液淀粉酶的作用的實驗中，每支試管都參與饅頭碎屑，第一支試管注入2毫升唾液，第二支試管注入2毫升清水，不作任何處置作為對照，這樣，第一支試管作為實驗組，第二支為對照，而且是典型的空白對照，空白對照能明白地對比和烘托出實驗組的變化和結(jié)果，加強壓服力

15、。本身對照實驗與對照在同一對象上或同一研討對象的不同部位進(jìn)展對照，不另設(shè)對照組。如 “綠葉在光下制造有機物實驗中，一半遮光一半曝光處置，證明光協(xié)作用需求光照，遮光的為對照組，曝光的為實驗組。探求根的什么部位生長最快實驗也是。如“察看植物細(xì)胞質(zhì)壁分別和復(fù)原實驗，既是典型的本身對照實驗處置前的對象情況為對照組，實驗處置后的對象變化為實驗組。條件對照“條件對照是研討在不同條件下實驗景象，從嚴(yán)厲意義上講各組都是實驗組，而各組之間那么是相互對比參照，互為對照組或?qū)嶒灲M。通常是給實驗組某種處置，給對照組另一條件的處置。如 練習(xí)“探求草履蟲的應(yīng)激性實驗中，兩滴培育液邊緣分別參與一粒食鹽和一滴肉汁，作不同的條

16、件對照；再如在“驗證甲狀腺激素促進(jìn)幼小動物發(fā)育的實驗中，存在以下實驗組和對照組。 甲組：飼喂甲狀腺激素(實驗組) 乙組：飼喂甲狀腺激素抑制劑(條件對照組)丙組：對蝌蚪不作任何處置(空白對照)顯然，乙組作為條件對照，該實驗既設(shè)置了條件對照，又設(shè)置了空白對照，經(jīng)過比較、對照更能充分闡明實驗變量甲狀腺激素能促進(jìn)蚯蚓的生長發(fā)育。相互對照指不另設(shè)對照組，而是利用幾個實驗組相互對照。如 “探求種子萌生的環(huán)境條件的實驗中，用不同的濕度或溫度等分別處置作為相互對照。 那么具有種子萌生適宜條件的一組就成為了對照組。例如： 如七年級上冊課后練習(xí)“探求草履蟲的應(yīng)激性實驗中，兩滴培育液邊緣分別參與一粒食鹽和一滴肉汁，

17、作不同的條件對照。給實驗組某種處置，給對照組另一條件的處置。食鹽和肉汁都為實驗組，又互為對照組。練習(xí)題：1. 甲、乙兩同窗對光協(xié)作用所需的條件分別進(jìn)展了如下探求：甲同窗將盆栽的天竺葵進(jìn)展24小時暗處置即放到黑暗處一晝夜；乙同窗對盆栽的帶銀邊的天竺葵不進(jìn)展暗處置。甲、乙兩同窗將各自盆栽的天竺葵移到陽光下照射。幾小時后，甲、乙兩同窗各自從本人盆栽的天竺葵上摘下葉片。甲、乙兩同窗把各自摘下的葉片放入盛有酒精的兩個小燒杯里隔水加熱1015分鐘甲摘取的葉片放入A燒杯，乙摘取的葉片放入B燒杯二者都用清水漂洗葉片，然后再把各自摘取的葉片放到兩個培育皿里甲摘取的葉片放入A培育皿，乙摘取的葉片放入B培育皿，向葉

18、片滴加碘液。稍停片刻，再用清水沖掉碘液。實驗景象：乙摘取的葉片除銀邊不變藍(lán)外，其他部分都變藍(lán)；甲摘取的葉片全部變成藍(lán)色。請回答：1甲、乙兩同窗分別對光協(xié)作用所需的 光、葉綠體 條件進(jìn)展了探求2實驗結(jié)論： 光協(xié)作用需求光和葉綠體，產(chǎn)物是淀粉 3他以為甲、乙兩同窗所得到的實驗結(jié)論可靠嗎？并闡明理由對實驗結(jié)論不可靠的進(jìn)展闡明甲不可靠乙可靠；甲將整個葉片放在陽光下照射，缺乏對照實驗 4假設(shè)讓他做該實驗，提出他的改良意見甲用黑紙片把葉片的一部分從上下兩面遮蓋起來然后移到陽光下照射。 2.為了探求“種子萌生能否需求從外界吸收營養(yǎng)物質(zhì)，某同窗設(shè)計了如下實驗：在A、B兩只燒杯中裝入適量的土壤，各種上一粒小麥種

19、子，然后定期在A燒杯中澆清水，在B燒杯中澆配置的完全培育液，察看兩只燒杯中種子的萌生情況。本實驗的變量是 溶解在水中的營養(yǎng)物質(zhì)的有無 他以為該同窗設(shè)計的A、B兩組實驗?zāi)芷鸬綄φ兆饔脝幔繛槭裁矗?不能。緣由是土壤溶液中含有一定量的無機鹽和有機養(yǎng)料，不應(yīng)該選擇土壤介質(zhì) 清水中含有少量的無機鹽，應(yīng)選擇蒸餾水 各放上一粒種子不適宜，由于種子的發(fā)芽率很難到達(dá)100%，能夠由于種子本身的緣由而不能萌生，導(dǎo)致實驗失敗3假設(shè)他以為該實驗方案還可以改良，請他提出他的改良意見 燒杯中各種10粒種子，改清水為蒸餾水，不需求土壤條件，可在培育液中墊紗布。四、探求實驗學(xué)習(xí)中的正確表達(dá)1.提出問題的正確表達(dá)提出的問題要防

20、止所答非所問，首先保證問者可以正確運用疑問代詞，這就從問者的角度杜絕了他人的回答不是本人想要知道的問題。正確運用疑問代詞要提出一個可探求的問題，常用的疑問代詞有三個：為什么、怎樣樣以及是什么?！盀槭裁催@類問題是要求對某事物進(jìn)展解釋。例如：植物的葉片為什么在中午時會出現(xiàn)萎蔫景象？在消化系統(tǒng)中，小腸為什么是最長的？家兔為什么有非常興隆的盲腸？等等?！笆鞘裁椿蚴裁词?、何為等這類問題是關(guān)于研討對象識別與判別的。例如：盲腸是什么或者什么是盲腸？什么是遺傳基因或者是遺傳基因是什么？等等?！霸鯓訕踊蛘呷绾?、多么等這類問題是訊問研討對象的形狀及轉(zhuǎn)化過程的。例如：細(xì)胞的構(gòu)造是怎樣的？在生物體內(nèi)物質(zhì)和能量是怎樣相互轉(zhuǎn)化的？眼的構(gòu)造究竟有多么復(fù)雜？等等。2逃避“是不是、“能不能、“可不可以等疑問詞常出如今入場的問題之中。2.作出假設(shè)的正確表達(dá)作出假設(shè)和回答以下問題是兩個截然不同的概念，因此也有著不同的表達(dá)方式。作出假設(shè)就是“預(yù)測所要探求問題的答案或者結(jié)論。通常在表達(dá)的時候要留意：