《第2轮专题：高考生物实验宝典 课标版》实验设计遵循的基本原则

（二）实验设计遵循的基本原则 （新课标） （二）实验设计遵循的基本原则 明确目的性原则 科学性原则 可行性原则

空白对照

自身对照 对照性原则 条件对照

相互对照 单因子变量原则与等量原则 等量原则和平行原则 重复原则

随机性原则

4．对照性原则：

对照原则，是指实验中要设置对照组实验，以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因子（单因子）同非处理因子的差异。通常采用的是空白对照，即不给对照组以任何处理（相对实验组），实际上对对照组还是要做一定的处理，只是不加对实验组的处理因子（单因子）。

实验中的无关变量很多，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）对照的四种类型： 类型 空白对照 自身对照 条件对照 设置对照实验 不给对照组以任何处理 实验组和对照组都是在同一实验对象上进行 给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的 相互对照 实例 如要验证甲状腺激素的作用，则对照组动物不做任何处理，让其自然生长 植物细胞质壁分离和复原实验，在同一装片中先后进行。对照组即正常的洋葱表皮细胞和实验组即质壁分离和复原的细胞是同一组细胞 在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组（饲喂甲状腺激素）乙组为条件对照（饲喂甲状腺激素抑制剂）；不饲喂药剂的是空白对照组 不单独设对照组，而是植物向重力性生长的向性实验中，将玉米种子放置几个实验组相互对照 在不同的方向 （2）“实验组”与“对照组”的确认： 一个实验通常分为实验组和对照组。一般情况下，把改变实验变量处理的一组称为实验组：处于

正常状态的一组（没有改变实验变量）称为对照组。

例：为了证明土壤中的微生物能分解（降解）农药，必须将含农药的土壤分为两等份，装入两个大小相同的容器甲、乙中，甲组高温灭菌，乙组不做处理。两个容器中的土壤里有无微生物就成了这个实验的单因子，甲组（对照组）就是乙组（实验组）的对照实验。

5．单因子变量原则和等量原则：

等量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。 （1）理解实验控制中的变量是正确设置对照的基础：

对照的目的就在于消除无关变量对实验结果的影响，使实验结果只受实验变量的影响。 （2）自变量、无关变量与因变量之间的关系如下图所示：

（3）掌握控制实验变量的基本方法——加法原理和减法原理：

对照实验中设法排除某种因素对研究对象的影响，同时尽量保持研究对象的稳定，从而对被减去的因素进行研究。

（4）教材中相关实验（部分）中的变量： 实验 比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率 自变量 因变量 无关变量 催化剂的种类 催化效率的高低（以点燃但无试管等用具的洁净度、环境温（过氧化氢酶、火焰的卫生香燃烧的猛烈程度、相同材料的量、各种试剂的Fe3+） 度或气泡产生速度表示） 量、反应时间等

探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用 温度对酶活性的影响 观察植物细胞的质壁分离和复原 植物向性运动的实验设计和观察 底物的种类 淀粉酶将淀粉水解（处理后加淀粉与蔗糖溶液的量、水浴的温（淀粉、蔗糖） 斐林试剂，加热出现砖红色沉度与处理时间、斐林试剂的使用 淀），但不能水解蔗糖（处理量与加热时间、操作程序等 后加斐林试剂并加热，无砖红 色沉淀出现） 温度 （60°C热水、沸水、冰块） 度（高渗及低渗溶液） 加碘液后溶液颜色的变化 试管的洁净度、淀粉溶液的量、不同温度的处理时间长短、操作的程序、碘液的加入量等 外界溶液的浓质壁分离（液泡失水缩小、颜溶液的种类及浓度、分离与复原色变深、原生质层与细胞壁分现象的观察时间、装片的洁净度离）；质壁分离复原（液泡恢及临时装片的制作、材料的选择复原状、颜色变浅、原生质层等 恢复原状） ①是否单侧光①幼苗的弯曲状况 照（黑暗、单侧②根的弯曲方向 光照、均匀光 照） ②改变幼苗的空间位置以接受重力影响 ①幼苗的种类及生长状况、环境温度、培养条件、处理的部位、装置的合理性等 ②萌发种子的种类及萌发状况、环境温度、培养条件 等研究性课题：生长素 ①扦插枝条的生根状况的差实验材料的一致性、激素浓度的设计实验观察（或类似物）的异②果实的发育状况的差异 准确性、处理时间的一致性等 生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响 6．等量原则和平行原则 等量原则和平行原则，即把实验组和对照组中的同种实验材料平均两等份，并在相同的条件下同时进行实验，观察其单因子对实验的影响，在整个实验过程中除了单因子外，其他实验条件应该做到实验组和对照组一致。 7．重复原则

重复原则。即在同样实验条件下重复实验，或一次多做几组实验，观察单因子对实验结果的影响。这样做更有说服力，更具有科学性。例：孟德尔在植物杂交实验中，选择了7对相对性状，重复做一样的杂交实验，分别获取相应数据，进行分析统计，获得了同样的结果。再用其他植物或动物也做一样的实验，进行统计分析，其结果也是一样，才总结出遗传的基本规律。

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。在实验中也可以通过在一组实验中同时处理多个材料来体现重复性原则。 8．随机性原则

实验设计中的随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做是由于：（1）可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；（2）平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。 典例分析

为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期

不同浓度 ③落花落果状况在使用前后 的差异

结果的几种组合，其中正确的是（ ）

①实验组 ②对照组 ③黑暗中培养 ④在光下培养 ⑤生长良好 ⑥生长不良 A．②③⑤ B．①③⑥ C．①④⑥ D．②④⑥

【分析】B对照的目的就在于消除无关变量对实验结果的影响，使实验结果只受实验变量的影响。实验组——处理组（加某种因素或减掉某种因素）；对照组——未处理组（自然组或常态组）如②④⑤。

例2.［2007·江苏卷］图4-2-1为探究CO2是否为植物光合作用原料的实验装示意图。其中a为实验装置，b为对照装置。有关用塑料袋扎紧花盆的实验设计思路是（ ）

图4-2-1

A．确保植物与外界空气进一步隔绝 B．排除土壤中微生物代谢活动的干扰 C．防止NaOH溶液对植物根系的影响 D．避免土壤中自养微生物光合作用形成淀粉

【分析】B考查实验设计原则应用的有关知识。实验的目的是探究CO2是否为植物光合作用原料，从题中所给的图看，此实验设计遵循了实验设计的对照原则、单一变量原则。装置a、b的不同在于a中无二氧化碳（NaOH吸收二氧化碳），b中有二氧化碳（蒸馏水不能吸收二氧化碳）。为减少其他因素的干扰，用塑料袋扎紧花盆排除了土壤中微生物代谢活动产生的二氧化碳影响实验结果。

图4-2-2

[来源:学。科。网]

例3.在探究pH对酶活性影响的实验中，温度和pH分别属于（ ）

A.自变量和因变量 B.无关变量和因变量

C.无关变量和自变量 D.因变量和自变量

【分析】C在探究pH对酶活性影响的实验中，pH为自变量，酶活性为因变量，如图4-2-2示。那么温度和其他条件均是无关变量（处于适宜条件下）。

例4.［2009·天津卷］酵母菌中植酸酶的活性较高。提纯的植酸酶需做活性条件测定，图4-2-3为测定结果。图中的自变量可为_________（答一种）；因变量可以通过测定______________________________来表示。

[来源:学科网]