学科教育论文-生物学对照实验设计应该注意的几个问题.doc

学科教育论文-生物学对照实验设计应该注意的几个问题生物学作为一门以实验为基础的自然科学，实验是获取生物学知识的重要手段，是科学研究过程的重要环节。因此在高考对实验能力的考查提出了具体的要求：学生能够独立完成实验并能设计简单的实验方案，并处理相关的实验问题，但由于许多学生不理解实验的本质，缺乏实验设计的能力，这类题得分率较低。笔者根据自己教学中积累的一点经验，认为只要注意以下几个问题，便会理清思路，解题游刃有余。一、对照实验的概念。即研究某一因素对特定反应（事物）的影响时，需要在其他因素相同的条件下进行；观察该因素的不同情况对特定反应的影响，以便对实验结果进行科学分析。例如：已知一种植物种子的萌发受水分、温度、氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关，请自选材料和用品设计实验探究光对该种子萌发有无影响。这个实验设计须体现对照实验。本实验的研究因素是光，实验结果是种子萌发与否。因此在研究时，只能观察在不同的光照情况下（有、无）对种子萌发的影响，而课题中说到的水分、温度、氧气均影响实验的结果，为了避免误差，不同实验组中的水分、温度、氧气都必须处于相同条件而且是适宜状态。二、实验中的变量。在对照实验中，根据变量在实验在的作用，可将变量分为自变量、因变量、无关变量、干扰变量四类。自变量是指实验中由实验可操纵改变的因素或条件，是实验的研究因素；因变量是指实验中由自变量的变化而引起的实验结果和变化；无关变量指并不是实验中的研究因素，但又影响实验结果的因素和条件；干扰变量是指实验中由于无关变量而引起的实验结果和变化。很显然，干扰变量必然对因变量的变化产生了干扰作用。而对照实验的本质和目的是要纯粹地清晰地研究自变量变化与因变量的变化的前因后果关系。例如：在探索PH值对唾液淀粉酶活性的影响实验中，实验的目的，研究PH值对唾液淀粉酶活性的关系。PH值是研究因素就是自变量，在实验中，通过加酸（5%盐酸）、加碱（5%NaoH）加蒸馏水改变三个实验组的PH值，随着PH值的改变，每给中酶的活性随之改变，那么酶的活性变化就是因变量，当然在本实验中影响反应结果的因素还有温度、酶的数量、底物的浓度等，它们并非研究因素，但影响实验结果的变化，它们就是无关变量。因此在实验设计和操作中，为了能够纯粹地清晰地研究自变量与因变量的变化关系，就要尽量减少无关变量，而且不同的实验中的无关变量应完全相同，这样就避免了各实验组中的结果差异是由无关变量引起的，而是由自变量的变化引起的。三、实验设计的原则1科学性原则。是指实验的原是要符合科学，实验的结果预期有科学依据，实验的各个环节都不偏离生物学基础知识和基本原理，以及其他学科领域的基本原则。具体地讲，科学性原则体现在：实验原理的科学性、实验材料的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。例如：孟德尔在遗传定律的研究中，选用豌豆（典型的自花授粉且又为闭花授粉的植物，相对性状差异明显）作实验材料，先研究一对相对性状的遗传现象，然后研究多对相对性状的遗传，创造性地用测交法来验证实验假设，而且实验都在同一环境进行，排除了环境对结果的影响。由于此，孟德尔总结出了当时“世人”无法理解的科学定律。2平行重复原则。为了避免实验结果的偶然性，便于得出的结论准确科学，任何实验必须有足够的实验次数，平行重复原则就是要求控制自变量的变化强度，在无关变量相同的条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。这一原则是实验中自变量的控制原则，也是实验分组的原则，自变量每改变一次，实验组数就增加一组。例如：用质壁分离法测定细胞渗透能力的实验中，把剪成小块洋葱表皮细胞（等量）分别依次放入下面的各组溶液中，其结果如下：培养皿1234567蔗糖溶液浓度(moL/L)0.20.30.40.50.60.70.8发生初始质壁分离细胞占观察细胞数百分比无无15%40%80%99%100%结论该洋葱细胞液的等渗浓度范围为0.5-0.6之间。3单一变量原则。该原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确。其含义是：不论一个实验中有几个变量，都应做到一个自变量对应观测一个因变量。实验中要尽可能避免无关变量及干扰变量的干扰。例如：在探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解作用的实验中，加入的淀粉和蔗糖是单一变量（自变量），而加入的淀粉酶的量、反应温度、PH值（无关变量）应在相同条件，这些量的任何差异将干扰实验结果及对实验结果及对实验结果的分析。4对照原则。该原则的主要目的是排除无关变量的干扰，增加实验结果的可信度和说服力。对于对照实验，一个实验应包括实验组和对照组。实验组是指接受自变量处理的对象组，对照组是不接受自变量处理的对象组（即处于自然状态下的对象组）。常用的对照类型有空白对照、自身对照、条件对照、相互对照等4种方式。例如在甲状腺激素促进幼小动物发育的实验中，存在以下实验组和对照组：甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）乙组：饲喂甲状腺激素抑制剂（条件对照）丙组：对蝌蚪不作任何处理（空白对照）四、因变量的量度方法及实验前处理、实验后处理实验的结果和变化，有些是宏观的，肉眼可见的，实验者可用肉眼直接观察、测量便可得到结果。而有些是微观的，肉眼看不见的，实验者必须将其转化为看得见的现象，这就需要构思一定的可量度的办法，不同量度办法是每个科学实验中的最大特色，也是科学实验中最困难一步，也是充分展示研究者才华的一步。例如：证明胃具有化学性消化作用，意大利科学家斯里兰让尼设计了一个巧妙实验，将肉块放入小巧的金属笼子后让鹰吞下去，这样肉块就可以不受物理性消化的影响，而胃液却可以流入笼内。过一段时间后，将小笼子取出，发现笼内的肉块消失，于是，他推断胃液中含有消化肉块的物质。在该实验中，金属笼子的作用是排除无关变量（物理性消化）对实验的影响，而肉块的消失则是量度的办法。再例如：在利用噬菌体浸染细菌的实验证明噬菌体的遗传物质是DNA时，科学家首先用放射性同位素35S标记一部分噬菌体的蛋白质，并用放射性同素35P标记了另一部分噬菌体内DNA。然后再用标记的噬菌体分别侵染细菌。当噬菌体在细菌体内被大量繁殖时，生物学家对被标记物质进行测试，测试结果表明，噬菌体的DNA并没有进入细菌内部，而是留在细菌的外部，而DNA却进入了细菌体内，可见噬菌体在细菌体内的增殖完全是噬菌体DNA在起作用。该实验中放射性同位素追踪法就是量度手段。还譬如证明绿色叶片在光下通过光合作用产生了淀粉的实验中，德国科学家萨克斯做了这样一个实验，把绿色叶片入在暗处几小时，目的是让叶片中的营养物质消耗掉（实验前处理），是为了消除叶片本身存在的淀粉时实验结果的影响，然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光（自身对照）一段时间后，剪下叶片用酒