实验设计题理论探讨

实验设计题理论探讨

常宁职专 谢朝卫

《考试大纲》中要求“能使用恰当的方法验证简单的生物学事实，并对结果进行解释和分析”。包括：（1）能设计简单的生物学实验。（2）能对实验结果进行分析和解释。设计实验方案是综合能力中较高层次、是科学素养的重要组成部分，也是高考选拔非常好的一种测试题，具有难度大、开放性强的特点。本文将就此谈一点看法。

一、设计实验的基本要求

（一）实验设计中需注意的几个问题 1、实验假说（假设）

A、提出：通常，科学实验始于假设。假设（假说、猜想）是一种尚未得到实践证明姑且认定的理论构想。是实验者对自变量（实验变量）与因变量（反应变量）之间关系的推测与判断。假设的第一步是依据现有事实材料和已知的科学原理，经过审慎思维和抽象，提出初步的假定；第二步依据初步假定，进行推理，得出假定结论，即暂定的理论。

B、实验假说具有三个特征：

（1）假说应当设想出实验变量与反应变量之间的关系。 （2）假说要用表述或条件名的形式明确地毫不含糊的展述出来。 （3）假说应当是可以检验的。

C、验证：在假设的引导下，研究者有目的、有预见地操纵实验条件，进行实验验证。实验结果若不支持假设，则假设被否定；若存在差别，假设应修正；若假设得到证实，并能重复，则转化为科学理

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论。

2、变量：变量是研究者所操纵、控制在性质上和数量上可以变化或特征。科学实验往往受到多方面的变量及其相互关系的影响和制约。变量一般分为三类：

A、自变量（实验变量）

（1）定义：研究者主动操纵的条件和因子，是作用于研究对象的刺激变量。自变量必须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。例如PH值对唾液粉酶的影响实验，PH值即自变量。

（2）自变量的操纵

当自变量的取值导致因变量发生系统变化，就可以认为因变量处于自变量的控制之下，否则称为自变量操纵无效。

B、因变量（反应变量）

定义：是随着自变量变化而产生反应、发生变化的变量。因变量是研究是否成功的证据，应具有可测性和客观性。实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。

C、无关变量（控制变量）

（1）定义：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。

例如，新课本内温度对酶活性影响的实验中： 实验变量：低温（冰），适温（60），高温（沸水）； 反应变量：酶的活性变化

无关变量：试管的洁净度，淀粉酶的稀释度，可溶性淀粉的浓度，碘液的量和浓度，温度处理时间，操作程度等。

（2）无关变量控制

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实验中不论有几个实验变量，都应做到每个自变量对应一个因变量，此外还要做到操作规范。在实验设计、实施的全过程中，应严格操纵实验变量，严格控制无关变量，尽可能消除误差，获取较为精确的反应变量。通常采用排除法与恒定法。

D、额外变量（干扰变量）

指实验中由无关变量所引起的变化和结果。无关变量与额外变量具有因果关系。

（二）实验设计应遵循的原则 1、科学性原则

所谓科学性原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期要有科学的依据，实验的各个环节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。具体表现在：

A、实验原理的科学性； B、实验材料选择的科学性； C、实验方法的科学性； D、实验结果处理的科学性。 2、单因子变量原则

该原则可使实验中复查的关系简单化，使结果更准确。其含义是： A、不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应一个反应变量；

B、实验中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。 3、平行重复原则

任何实验必须有足够的实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确，科学。

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4、实验对照原则

一个实验通常分为实验组和对照组（控制组）。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，能增强实验的信度。按照对照方式的不同可分为4种：

A、空白对照：即不作任何实验处理的对照组。例如，在观察根对矿质元素离子的交换吸附现象实验中的对比实验。如果要确定自变量是否影响被试，就可用空白对照方式实验。

B、相互对照：即不设控制组，只在几个实验组之间相互对比。例如，在植物激素与向性的设计实验中，5个实验组的相互比较。在实验中要找出一个最佳效果点，就要采取相互对照进行实验。

C、条件对照：即给对象施加某种实验处理，虽不是检验假设需要的，便更能充分说明实验变量的对照。例如，动物激素饲喂小动物的实验方案中：饲喂甲状腺激素的为实验组；饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组；不饲喂药剂的是空白对照组。

D、自身对照：即实验与对照在同一对象上进行。例如；将过氧化氢酶加入H202液中说明酶是生物催化剂，即自身对照，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。

二、设计实验的主要方法

1、单组实验法：单组实验法是向一个或一组研究对象，施加某一个或数个实验因子，然后测其所生的一种或数种变化，借以确定实验因子的效果。例如，观察植物细胞的质壁分离与复原实验中，将制作好的紫色洋葱鳞片叶表皮临时装片，先用蔗糖溶液作质壁分离的观察，后用清水做质壁分离复原的观察，就是单组实验。

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