生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)反思探討

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【摘要】本文簡要論述生物實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)題目，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及結(jié)論五個(gè)方面。

【關(guān)鍵詞】變量；基本步驟；科學(xué)性原則；平行復(fù)重原則；對(duì)照性原則；單因子變量原則

和等量性原則我一直對(duì)生物學(xué)科有濃厚興趣，尤其是實(shí)驗(yàn)課，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，配制藥品，準(zhǔn)備同學(xué)們的分組實(shí)驗(yàn)，我總是樂在其中?，F(xiàn)就將我對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中實(shí)驗(yàn)題目，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及結(jié)論五個(gè)方面的學(xué)習(xí)與反思和大家一起分享。

一、實(shí)驗(yàn)題目

實(shí)驗(yàn)題目一般涵蓋了實(shí)驗(yàn)性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菍?duì)實(shí)驗(yàn)最基本的描述。我們擬實(shí)驗(yàn)題目和分析實(shí)驗(yàn)題目可以從這幾個(gè)方面來看，例如，探究影響酶活性的因素，實(shí)驗(yàn)性質(zhì)是探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象是酶，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖怯绊懨富钚缘囊蛩?。再如，探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的變化：實(shí)驗(yàn)性質(zhì)是探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象是酵母菌，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖欠N群數(shù)量變化。

二、實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理包括取材的原理、操作的原理、由操作得現(xiàn)象的原理、由現(xiàn)象得結(jié)論的原理。例：檢測生物組織中的糖類脂肪和蛋白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)原理：某些化學(xué)試劑能夠使生物組織中的有關(guān)有機(jī)物產(chǎn)生特定的顏色反應(yīng)，糖類中的還原糖（如葡萄糖、果糖）與斐林試劑發(fā)生作用，生成磚紅色沉淀；脂肪可以被蘇丹Ⅲ染成橘黃色（或被蘇丹Ⅳ染成紅色）；淀粉遇碘變成藍(lán)色；蛋白質(zhì)與雙縮脲試劑發(fā)生作用，產(chǎn)生紫色反應(yīng)。這里包含著操作的原理，由現(xiàn)象得結(jié)論的原理。例：用高倍鏡觀察葉綠體和線粒體。實(shí)驗(yàn)原理：葉肉細(xì)胞中的葉綠體散布于細(xì)胞質(zhì)中，呈綠色、扁平的橢球形或球形。線粒體普遍存在于植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞中，線粒體的形態(tài)多樣，有短棒狀、圓球狀、線形、啞鈴形。其中，包括了取材的原理，操作中觀察的原理。我們寫實(shí)驗(yàn)原理也要包括這幾個(gè)方面。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟

高中階段設(shè)計(jì)對(duì)照性實(shí)驗(yàn)較多，我將對(duì)照性實(shí)驗(yàn)操作的基本步驟歸納為三步：1.取材分組編號(hào)（也有的需要進(jìn)行預(yù)處理）；2.引入變量；3.相同且適宜條件下培養(yǎng)觀察記錄。例：蘿卜的生長發(fā)育過程受多種激素的共同調(diào)節(jié)，其中細(xì)胞分裂素起著重要作用。①細(xì)胞分裂素主要存在于正在進(jìn)行細(xì)胞分裂的部位，其主要生理功能是促進(jìn)_________和_____________。②研究還發(fā)現(xiàn)，氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)可以向細(xì)胞分裂素濃度高的部位移動(dòng)。為驗(yàn)證這一結(jié)論，有人設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)方案。請(qǐng)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)材料和用具，將實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整并預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。材料用具：生長狀況相同的蘿卜成熟葉片若干，適宜濃度的細(xì)胞分裂素溶液，含14C標(biāo)記氨基酸的溶液（氨基酸可被葉片吸收并在葉片內(nèi)移動(dòng)），蒸餾水，棉簽，檢測放射性強(qiáng)度的設(shè)備等。實(shí)驗(yàn)步驟：第一步：取生長狀況相同的蘿卜成熟葉片若干，在葉片左半葉某一部位涂抹含14C標(biāo)記氨基酸的溶液（如圖所示）。將葉片均分為兩組，編號(hào)為a、b。第二步：在a組葉片右半葉某一部位涂抹_______。在b組葉片的相應(yīng)部位涂抹_______，作對(duì)照組。第三步：在相同條件下放置一段時(shí)間后，檢測兩組葉片的放射性強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：a組葉片涂抹細(xì)胞分裂素部位的放射性強(qiáng)度________（“低于”或“高于”或“等于”）b組葉片涂抹蒸餾水部位的放射性強(qiáng)度。參考答案①細(xì)胞分裂組織分化②適宜濃度的細(xì)胞分裂素（2分）等量的蒸餾水（不寫“等量”得0分）高于上例屬于典型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目，考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究能力，題干中的信息對(duì)于解題非常關(guān)鍵，學(xué)會(huì)尋找變量，設(shè)置對(duì)照，這個(gè)題目中的變量就是細(xì)胞分裂素；氨基酸等物質(zhì)可以向細(xì)胞分裂素濃度高的地方移動(dòng)，因此對(duì)照中的兩組分別為：一組為適宜濃度的細(xì)胞分裂素溶液，另一組為蒸餾水，一段時(shí)間后，再用設(shè)備檢測放射性的高低，這樣就可驗(yàn)證這一假設(shè)。因此步驟就在頭腦中形成了一個(gè)大致的模式，即：第一步取材等量處理，分組編號(hào)，第二步“在a組葉片右半葉某一部位涂抹_____________________。在b組葉片的相應(yīng)部位涂抹__________________，作對(duì)照組。”為引入變量，第三步相同且適宜條件下培養(yǎng)觀察記錄。同時(shí)答案中“等量的蒸餾水（不寫‘等量’得0分）”提醒我們填寫實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)要注意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則“等量原則”。下面歸納一下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則。

四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則

1.科學(xué)性原則：所謂科學(xué)性，是指實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊鞔_，實(shí)驗(yàn)原理要正確，實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)手段的選擇要恰當(dāng)，整個(gè)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)方法的確定都不能偏離生物學(xué)基本知識(shí)和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。分析問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的全面性和科學(xué)性體現(xiàn)了邏輯思維的嚴(yán)密性?？茖W(xué)性原則：包括實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)材料選擇的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)方法的科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的科學(xué)性。2.平行復(fù)重原則：即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的程度。任何實(shí)驗(yàn)都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標(biāo)志。任何實(shí)驗(yàn)必須有足夠?qū)嶒?yàn)次數(shù)，才能避免結(jié)果的偶然性，使得出的結(jié)論準(zhǔn)確、科學(xué)。平衡重復(fù)原則要求控制某種因素的變化強(qiáng)度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。由以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)來看，采用了平行重復(fù)的原則來進(jìn)行，消除了無關(guān)變量與額外變量的干擾，可多次重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加客觀、科學(xué)。3.對(duì)照性原則：科學(xué)、合理的設(shè)置對(duì)照可以使實(shí)驗(yàn)方案簡潔、明了，且使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更有說服力。實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量很多（同一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)被多種不同的實(shí)驗(yàn)因素所引起），必須嚴(yán)格控制，要平衡和消除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是消除無關(guān)變量影響的有效方法。設(shè)置對(duì)照組有4種方法：白對(duì)照：即不給對(duì)照組做任何處理。例：在“唾液淀粉酶催化淀粉水解”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組滴加了唾液淀粉酶液，而對(duì)照組只加了等量的蒸餾水，起空白對(duì)照。②條件對(duì)照：即雖給對(duì)照組施以部分實(shí)驗(yàn)因素，但不是所研究的實(shí)驗(yàn)處理因素。這種對(duì)照方法是指不論實(shí)驗(yàn)組還是對(duì)照組的對(duì)象都作不同條件的處理，目的是通過得出兩種相對(duì)立的結(jié)論，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性。例：艾佛里的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，用DNA酶處理從S型肺炎雙球提取的DNA，加入到培養(yǎng)了R型肺炎雙球菌的培養(yǎng)基中，這組處理就是條件對(duì)照。③自身對(duì)照：指對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組都在同一研究對(duì)象上進(jìn)行，不再另外設(shè)置對(duì)照組。例：“質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗(yàn)。自身對(duì)照簡便，但關(guān)鍵要看清楚實(shí)驗(yàn)處理前后的現(xiàn)象及變化差異。④相互對(duì)照（對(duì)比）：不單獨(dú)設(shè)置對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)相互為對(duì)照。即實(shí)驗(yàn)與對(duì)照在同一對(duì)象上進(jìn)行。這種方法常用于對(duì)比實(shí)驗(yàn)中。例：“植物向光性”實(shí)驗(yàn)中，利用若干組燕麥胚芽的不同條件處理的實(shí)驗(yàn)組之間的對(duì)照，說明了生長素與植物生長彎曲的關(guān)系?！疤骄拷湍妇?xì)胞的呼吸方式”實(shí)驗(yàn)中，有氧和無氧條件就是相互對(duì)照。4.單因子變量原則和等量性原則。所謂單因子變量原則，強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組相比只能有一個(gè)變量，只有這樣當(dāng)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組出現(xiàn)不同結(jié)果時(shí)，才能確定造成這種不同結(jié)果的原因肯定是這個(gè)變量造成的，從而證明實(shí)驗(yàn)組所給實(shí)驗(yàn)因素的作用，因此在設(shè)計(jì)對(duì)照組實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要確定變量并加以正確設(shè)置，所要驗(yàn)證的中心條件即為變量。例：驗(yàn)證光合作用需要光則應(yīng)將光作為變量；要驗(yàn)證光合作用需二氧化碳則把二氧化碳作為變量等等。等量性原則與單因子變量原則是完全統(tǒng)一的。只不過強(qiáng)調(diào)的側(cè)面不同，單因子變量原則強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗(yàn)變量的單一性，而等量性原則強(qiáng)調(diào)的是除了實(shí)驗(yàn)變量之外的一切對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響的無關(guān)變量必須嚴(yán)格控制等量即相同，以平衡和消除無關(guān)變量對(duì)結(jié)果的影響，需要強(qiáng)調(diào)的是這些無關(guān)變量在進(jìn)行嚴(yán)格控制時(shí)，不但要等量，而且是在適宜條件下的等量，常態(tài)條件下的等量。例：探索PH對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，單一變量是PH，除PH之外的其他一切對(duì)酶活性有影響的無關(guān)變量不但要嚴(yán)格控制等量，而且要適宜的量，如對(duì)溫度的控制不但要相同，而且要適宜，即要給予酶活性所需的適宜的溫度，而不能控制在低溫或高溫條件下的等量。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論1.語言描述。如果是探究性實(shí)驗(yàn)，則應(yīng)是如果出現(xiàn)何現(xiàn)象，那么結(jié)果是什么，我們用如果……那么說明……的句式描述。例：“魯賓和卡門探究氧氣來自水還是二氧化碳”用同位素標(biāo)記法探究，A組向植物提供H2O18和CO2，B組向植物提供H2O和CO218。結(jié)果可以表述為；如果A組產(chǎn)生的O2有放射性，B組產(chǎn)生的O2沒有放射性，那么說明O2只來自H2O；如果A組產(chǎn)生的O2沒有放射性，B組產(chǎn)生的O2有放射性，那么說明O2只來自CO2；如果A組產(chǎn)生的O2有放射性，B組產(chǎn)生的O2也有放射性，那么說明O2來自CO2和H2O。用曲線表示需注意，要有標(biāo)題，橫縱坐標(biāo)的數(shù)值，自變量及因變量，還要有單位，如果有多條曲線還要有圖例。這是在學(xué)習(xí)過程中理解的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，學(xué)完后學(xué)生們注意反思總結(jié)歸納，所學(xué)知識(shí)就得到了內(nèi)化和提升。一定會(huì)有不完善的和值得商榷的地方，再繼續(xù)學(xué)習(xí)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書【生物-遺傳與進(jìn)化】人民教育出版社

[3]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書【生物-穩(wěn)態(tài)】人民教育出版社

[4]河北衡水中學(xué)生物自助餐.衡水中學(xué)生物教研室.

作者:孫與涵 單位:河北省衡水中學(xué)