有關(guān)生物學(xué)實(shí)驗中干擾性因素分析及其排除的教學(xué)論文

　　生物教學(xué)論文:生物學(xué)實(shí)驗中干擾性因素分析及其排除

　　無(wú)論是實(shí)驗設計，還是實(shí)驗實(shí)施和實(shí)驗分析，分析和排除實(shí)驗中干擾性因素是科學(xué)實(shí)驗中的一項基礎性工作，也是實(shí)驗教學(xué)中要加以重視的一項重要實(shí)驗技能。本文從學(xué)生實(shí)驗設計方案中出現的錯誤案例說(shuō)起，以中學(xué)生物學(xué)典型試題為例，探討和總結實(shí)驗中干擾性因素的一般來(lái)源及其常見(jiàn)排除方法。

　　一、從學(xué)生作業(yè)中的錯誤說(shuō)起

　　試題1：血糖含量的相對恒定是保證動(dòng)物機體進(jìn)行正常生理活動(dòng)的重要條件，一旦機體內血糖含量過(guò)低，細胞的正�；顒�(dòng)則受到影響，動(dòng)物會(huì )出現驚厥、昏迷等現象。為了驗證“胰島素具有降低血糖的生理作用”，請以小白鼠為實(shí)驗對象設計實(shí)驗步驟，預測實(shí)驗應出現的結果，并寫(xiě)出實(shí)驗結論。

　�。ㄒ唬�實(shí)驗材料和用具：小白鼠4只；鼠籠2個(gè)；胰島素溶液；50%葡萄糖溶液；生理鹽水；注射器若干個(gè)。

　�。ǘ�）實(shí)驗步驟：（實(shí)驗提示：采用腹腔注射給藥，給藥劑量不作實(shí)驗設計要求）

　　第一步：將4只小白鼠分為實(shí)驗和對照兩組，每組2只。

　　實(shí)驗結論：

　　學(xué)生作業(yè)答案：第二步：在實(shí)驗組小鼠腹腔下注射適量的胰島素，在對照組小鼠腹腔下注射等量的生理鹽水，置于30℃～37℃相同環(huán)境中；觀(guān)察并記錄小鼠活動(dòng)狀況。第三步：給兩組小鼠均注射等量的葡萄糖溶液；觀(guān)察并記錄小鼠活動(dòng)狀況。

　　實(shí)驗現象：實(shí)驗組小鼠被注射胰島素后出現驚厥、昏迷等現象，在注射葡萄糖溶液后恢復正常：而對照組小鼠被先后注射生理鹽水、葡萄糖溶液后均正常。

　　實(shí)驗結論：實(shí)驗鼠出現驚厥、昏迷是因為血糖降低引起的．血糖降低是胰島素作用的結果。

　　試題2：利用下列裝置（見(jiàn)圖1），設計一個(gè)驗證呼吸作用產(chǎn)生C02的裝置圖。

　　錯誤分析：通過(guò)以上兩道試題的學(xué)生答案，我們不難看出，由于實(shí)驗中的干擾性因素沒(méi)有排除，因此按照學(xué)生的思考和設計，是不能達到理想且科學(xué)的實(shí)驗效果的。試題1中，由于在注射胰島素之前，沒(méi)有對“兩組小白鼠饑餓處理18~24h”，因此小白鼠肝臟中貯存的肝糖元等因素會(huì )在一定程度上影響胰島素作用的發(fā)揮，使實(shí)驗的現象不明顯或不發(fā)生；試題2中，學(xué)生沒(méi)有考慮到“空氣中含有C02”，因此沒(méi)有排除空氣中C02，實(shí)驗的結果和結論都沒(méi)有說(shuō)服力，從而缺乏實(shí)驗的科學(xué)性。有的學(xué)生解答試題2時(shí)，考慮到了要排除空氣中的C02，于是按照“B→A→C”的順序設計實(shí)驗裝置，但是因為對“排除空氣中的C02”的因素考慮得不徹底或不嚴謹，沒(méi)有確認經(jīng)過(guò)B裝置后空氣中的C02確實(shí)已經(jīng)被除盡，因此實(shí)驗步驟還是不夠嚴謹和科學(xué)。

　　二、干擾因素的來(lái)源及其排除

　　1．來(lái)自實(shí)驗材料

　　由于所采集的生物材料在實(shí)驗前的代謝過(guò)程中產(chǎn)生的某些代謝產(chǎn)物對實(shí)驗所要展開(kāi)的研究存在干擾，或生物材料本身的活動(dòng)狀態(tài)與實(shí)驗的要求不相符合，從而影響實(shí)驗的現象及其相關(guān)的生理過(guò)程的發(fā)生。那么在實(shí)施本實(shí)驗前必須通過(guò)一定的實(shí)驗步驟消除先前的代謝產(chǎn)物，或將實(shí)驗生物的活動(dòng)狀態(tài)調適到符合實(shí)驗要求。(教學(xué)論文 )舉例說(shuō)明如下：

　　試題3：某同學(xué)從一本《植物生理學(xué)》中查到“幼嫩葉片可產(chǎn)生生長(cháng)素，生長(cháng)素阻止葉柄脫落”的結論，于是他設計了一個(gè)實(shí)驗，想證實(shí)該結論。他的實(shí)驗步驟為：(1)取一盆生長(cháng)狀況良好的植物，去掉幼葉的葉片（如圖3所示）；(2)觀(guān)察幼葉葉柄的脫落情況。請你用所學(xué)知識，評價(jià)該同學(xué)的實(shí)驗設計。

　　分析：該同學(xué)的實(shí)驗設計明顯存在兩個(gè)錯誤：一是沒(méi)有設置對照實(shí)驗，另一個(gè)方面的錯誤就是沒(méi)有考慮到頂芽也能產(chǎn)生生長(cháng)素，并且向下運輸至幼葉葉柄處，阻止幼葉葉柄的脫落，從而影響實(shí)驗現象的發(fā)生。因此實(shí)驗前必須去掉頂芽，排除其對實(shí)驗的干擾。

　　此外，例如“驗證植物在光照下光合作用合成淀粉”的實(shí)驗，需要將實(shí)驗植物放置在黑暗中24h，以便將植物葉片中原有的淀粉分解，以排除實(shí)驗前植物光合作用已經(jīng)合成的淀粉對實(shí)驗的干擾；同時(shí)，為了排除葉片中色素對碘一淀粉反應的顏色觀(guān)察，需要將葉片浸在盛有酒精的小燒杯中，并放人大燒杯內隔水加熱，使葉片中的色素溶解在酒精中，直到葉片褪去綠色，變成黃色，然后取出變黃的葉片，用清水漂洗干凈，再放在培養皿中，滴加碘液。再如，在做“探究低溫環(huán)境對小鼠耗氧量的影響”的實(shí)驗時(shí)，必須等實(shí)驗小鼠安靜后方能開(kāi)始實(shí)驗，否則驚嚇躁動(dòng)的小鼠其耗氧量必定很高，其檢測結果必然影響實(shí)驗的準確性和科學(xué)性。

　　2．來(lái)自實(shí)驗環(huán)境

　　實(shí)驗的外部環(huán)境條件，如溫度、濕度、空氣（氧氣、二氧化碳等）、大氣氣壓、光照等諸多因素，都有可能對實(shí)驗的生理過(guò)程產(chǎn)生干擾，或對實(shí)驗數據的檢測產(chǎn)生影響，從而干擾實(shí)驗的現象發(fā)生和實(shí)驗因變量的檢測。為了使實(shí)驗的結論科學(xué)、準確，就需要采取一定的措施，消除這些來(lái)自環(huán)境中的干擾因素。

　　試題4：圖4是測定鮮櫻桃呼吸速率的密閉裝置。

　　(1)關(guān)閉活塞，在適宜溫度下，30min后，讀取裝置有色液滴中有色液滴向____（填“左”或“右”）移動(dòng)的距離。

　　(2)為了使測得的有色液滴移動(dòng)數值更準確，必須進(jìn)行校正。校正裝置的容器和小瓶中應分別放入____、____。

　　(3)如果用綠色植物幼苗來(lái)替代消毒的鮮櫻桃，為完成該實(shí)驗的目的，實(shí)驗時(shí)還須注意哪些事項？____。

　　分析：該實(shí)驗通過(guò)裝置內NaOH溶液吸收呼吸作用產(chǎn)生的C02，由于鮮櫻桃呼吸作用需要不斷消耗裝置內的02，從而引起裝置內外的氣壓差的變化，而裝置內外氣壓差的變化會(huì )影響有色液滴的移動(dòng)距離，以此來(lái)研究鮮櫻桃的呼吸速率。但是外界的溫度等因素的變化，會(huì )非常明顯地影響裝置內外的氣壓差，從而影響實(shí)驗的精確性和科學(xué)性。為了排除外界溫度等因素的影響，使測得的有色液滴移動(dòng)數值更準確，必須設置實(shí)驗進(jìn)行校正：校正裝置的容器和小瓶中應分別放入與實(shí)驗組等量消毒的無(wú)活性的櫻桃、與實(shí)驗組等量的20%NaOH溶液。而如果用綠色植物幼苗來(lái)替代消毒的鮮櫻桃，來(lái)進(jìn)行該實(shí)驗，實(shí)驗時(shí)還須注意在黑暗中完成該實(shí)驗，或將裝置中的容器一律改為相同的不透光的容器，以避免光合作用對該實(shí)驗的干擾，因為光照下植物的光合作用會(huì )吸收C02、釋放02，從而明顯影響實(shí)驗的氣壓差。再如，前文試題2中，如果不除盡空氣中的CO2，會(huì )嚴重影響實(shí)驗結果和實(shí)驗結論的科學(xué)性和說(shuō)服力。

　　3．來(lái)自前面操作

　　在實(shí)驗中有時(shí)前面的實(shí)驗操作步驟，可能會(huì )干擾后面的實(shí)驗過(guò)程，從而影響實(shí)驗現象和實(shí)驗結果。例如，高中生物教材中“脂肪的鑒定”實(shí)驗中，首先用滴管在花生子葉薄片上滴2—3滴蘇丹Ⅲ染液，染色2~3min；然后用吸水紙吸取花生子葉薄片周?chē)�的染液，在薄片上滴l—2滴體積分數為50%的酒精溶液，此處酒精溶液的作用就是為了洗去浮色，便于后面顯微鏡下觀(guān)察得更清晰。再如，“觀(guān)察植物細胞的有絲分裂”實(shí)驗中，解離時(shí)所用的鹽酸溶液，會(huì )影響后面龍膽紫溶液的染色效果，因此在解離后染色前要進(jìn)行漂洗，以洗去解離液，有利于染色。

　　4．來(lái)自實(shí)驗設計

　　有些實(shí)驗產(chǎn)生的干擾性因素是來(lái)自實(shí)驗者設計的實(shí)驗方案本身，比如實(shí)驗樣本數少，偶然性因素顯著(zhù)干擾實(shí)驗現象和實(shí)驗結果。有些實(shí)驗由于實(shí)驗生物的個(gè)體差異，無(wú)法通過(guò)上述方法消除干擾，而為了確保實(shí)驗的科學(xué)性，需要通過(guò)實(shí)驗生物的巧妙搭配來(lái)消除干擾，遵循“單一因子變量”原則。

　　試題5：研究人員從人體的DNA中篩選克隆出內皮抑素基因，將此基因轉移到雙歧桿菌中，使其能夠正常表達。用這樣得到的雙歧桿菌制成口服制劑，此制劑可以用于抑制癌癥。在這種藥物用于臨、床治療之前，應該先進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗，以確定制劑對機體內重要臟器的安全性。寫(xiě)出簡(jiǎn)要的實(shí)驗設計方案。

　　實(shí)驗材料：轉基因雙歧桿菌口服制劑；健康鼠4只，性別、體重如下表所示：

　　實(shí)驗設計：

　�、俚谝徊剑簩�實(shí)驗鼠分為實(shí)驗組、對照組，其中

　　為實(shí)驗組，____為對照組（填寫(xiě)代號）。

　�、诘诙�步：每日為小鼠提供____食物和水：給實(shí)驗組定時(shí)服用____，同時(shí)給對照組服用____。

　�、鄣谌�步：飼養相同時(shí)間后，分別解剖觀(guān)察實(shí)驗組、對照組的鼠，檢查重要臟器發(fā)生病變情況。

　　分析：本試題參考答案為：①甲與�。ㄒ遗c丙）乙與丙（甲與�。�；②等量相同的雙歧桿菌制劑等量的水。在實(shí)驗時(shí)，不管如何挑選，小鼠在性別、體重等方面總是存在差異的，甚至有時(shí)這種差異還非常顯著(zhù)，而且對每只小鼠進(jìn)行單獨處理，也無(wú)法消除這種差異。為了遵循實(shí)驗“單一因子變量”原則，可以通過(guò)增加實(shí)驗樣本數量和合理搭配來(lái)消除差異干擾。例如，甲與丁、乙與丙的相互搭配，可以有效消除小鼠性別、體重的差異對實(shí)驗結果的干擾。

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