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以生物實(shí)驗為題的例文論文
淺談高中生物實(shí)驗設計中的原則
生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗為基礎的自然科學(xué)，現代生物學(xué)的發(fā)展尤其依賴(lài)科學(xué)實(shí)驗。結合生物學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，利用實(shí)驗教學(xué)培養學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)將是一個(gè)更直接的切入點(diǎn)。就其作用來(lái)說(shuō)，生物學(xué)實(shí)驗能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提供學(xué)生認知的學(xué)習情景，使學(xué)生獲得生物學(xué)知識；生物學(xué)實(shí)驗十分突出科學(xué)研究的過(guò)程、學(xué)習科學(xué)研究的方法，通過(guò)實(shí)驗能培養學(xué)生的多種能力：實(shí)驗觀(guān)察能力、實(shí)驗操作能力、收集和處理信息的能力、思維能力、初步研究能力和創(chuàng )造能力。所以，生物學(xué)實(shí)驗本身的特點(diǎn)及其在生物學(xué)教學(xué)中的地位決定了它在生物學(xué)教學(xué)中的有著(zhù)舉足輕重的重要作用，特別在高考中，占有相當大的比分。為了提高學(xué)生的實(shí)驗探究能力，首先要使學(xué)生掌握實(shí)驗設計應遵循的基本原則。
一、科學(xué)性原則
實(shí)驗是人為控制條件下研究事物(對象)的一種科學(xué)方法；是依據假設，在
人為條件下對實(shí)驗變量的變化和結果進(jìn)行捕獲、解釋的科學(xué)方法�？茖W(xué)研究的過(guò)程本身就是科學(xué)，并不是說(shuō)研究的結論才是科學(xué)方法。因此，在實(shí)驗設計中必須有充分的科學(xué)依據。生物學(xué)實(shí)驗中，一種生命現象的發(fā)生往往有其復雜的前因后果，從不同角度全面地分析問(wèn)題就是科學(xué)性的基本原則。如綠色植物新陳代謝中的物質(zhì)代謝有各種細胞的參與，有各種物質(zhì)在不同方面的變化。分析問(wèn)題、設計實(shí)驗的全面性和科學(xué)性體現了邏輯思維的嚴密性。
1.實(shí)驗原理的科學(xué)性
實(shí)驗原理是實(shí)驗設計的依據,也是用來(lái)檢驗和修正實(shí)驗過(guò)程中失誤的依據,因此它必須是經(jīng)前人總結或經(jīng)科學(xué)檢驗得出的科學(xué)理論。如2000年全國高考考試題第25題，本題要求學(xué)生設計實(shí)驗驗證鈣離子在血液凝固中的作用。題中給出了兩個(gè)實(shí)驗原理；血液中的鈣離子在血液凝固過(guò)程中起重要作用，若缺少它則血液不能凝固；草酸鈣溶液能與血液中的鈣離子發(fā)生反應，形成草酸鈣沉淀，因此具有抗凝血作用。這兩條原理科學(xué)而且完整，學(xué)生可由此產(chǎn)生明確的設計思路。
2.實(shí)驗材料選擇的科學(xué)性
根據實(shí)驗目的和實(shí)驗原理選擇恰當的實(shí)驗材料，是保證實(shí)驗達到預期結果的關(guān)鍵因素之一。如“還原性糖鑒定實(shí)驗”中以蘋(píng)果或雪梨細胞組織液為材料，以及“植物細胞質(zhì)壁分離與復原”實(shí)驗中以紫色洋蔥為實(shí)驗材料等實(shí)驗都是一些經(jīng)
典的成功選材的范例。
3.實(shí)驗方法的科學(xué)性
只有科學(xué)而嚴謹的實(shí)驗方法，才能得出正確而可靠的實(shí)驗結果。如鑒定蛋白質(zhì)的實(shí)驗中，根據蛋白質(zhì)分子在堿性環(huán)境中與硫酸銅反應形成紫色的反應特點(diǎn)，實(shí)驗過(guò)程中必須先加雙縮脲試劑A液（質(zhì)量濃度為0.1g/ml的氫氧化鈉溶液），振蕩后再加B液（質(zhì)量濃度為0.01g/ml的硫酸銅溶液）。而不能反過(guò)來(lái)，或把A液與B液混合后加入，這樣均不能得到預期的實(shí)驗結果。
4.實(shí)驗結果處理的科學(xué)性
對于實(shí)驗過(guò)程中得到的一些數據，現象或其它信息，不能簡(jiǎn)單處理，應首先整理后仔細分析，找出它們所能夠透露給我們的最大信息量。
二、平行復重原則
即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復實(shí)驗，觀(guān)察其對實(shí)驗結果影響的程度。任何實(shí)驗都必須能夠重復，這是具有科學(xué)性的標志。任何實(shí)驗必須有足夠實(shí)驗次數，才能避免結果的偶然性，使得出的結論準確、科學(xué)。平衡重復原則要求控制某種因素的變化強度，在同樣條件下重復實(shí)驗，觀(guān)察其對實(shí)驗結果的影響程度。由以上實(shí)驗設計的特點(diǎn)來(lái)看，采用了平行重復的原則來(lái)進(jìn)行，消除了無(wú)關(guān)變量與額外變量的干擾，可多次重復該實(shí)驗，使得實(shí)驗結果更加客觀(guān)、科學(xué)。
三、對照性原則
科學(xué)、合理的設置對照可以使實(shí)驗方案簡(jiǎn)潔、明了，且使實(shí)驗結論更有說(shuō)服力。實(shí)驗中的無(wú)關(guān)變量很多，必須嚴格控制，要平衡和消除無(wú)關(guān)變量對實(shí)驗結果的影響，對照實(shí)驗的設計是消除無(wú)關(guān)變量影響的有效方法。由于同一種實(shí)驗結果可能會(huì )被多種不同的實(shí)驗因素所引起，因此如果沒(méi)有嚴格的對照實(shí)驗，即使出現了某種預想的實(shí)驗結果，也很難保證該實(shí)驗結果是由某因素所引起的，這樣就使得所設計的實(shí)驗缺乏應有的說(shuō)服力�？梢�(jiàn)只有設置對照實(shí)驗，才能有效地排除其它因素干擾結果的可能性。才能使設計顯得比較嚴密，所以大多數實(shí)驗，尤其是生理類(lèi)實(shí)驗往往都要有相應的對照實(shí)驗。
如何設置對照實(shí)驗呢？所謂對照實(shí)驗是指除所控因素外其它條件與被對照實(shí)驗完全相等的實(shí)驗。對照實(shí)驗設置的正確與否，關(guān)鍵就在于如何盡量去保證“其它條件的完全相等”。具體來(lái)說(shuō)有如下四個(gè)方面：
�、偎杏蒙锊牧弦嗤此蒙锊牧系臄盗�、質(zhì)量、長(cháng)度、體積、來(lái)源和生理狀況等方面特點(diǎn)要盡量相同或至少大致相同。
�、谒脤�(shí)驗器具要相同即試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小型號要完全一樣。
�、鬯脤�(shí)驗試劑要相同即試劑的成分、濃度、體積要相同。尤其要注意體積上等量的問(wèn)題。
�、芩锰幚矸椒ㄒ嗤纾罕鼗蚶鋮s：光照或黑暗；攪拌或振蕩都要一致。有時(shí)盡管某種處理對對照實(shí)驗來(lái)說(shuō)，看起來(lái)似乎是毫無(wú)意義的，但最好還是要作同樣的處理。
設置對照組有4種方法：
(1)空白對照：即不給對照組做任何處理；例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的實(shí)驗中，實(shí)驗組滴加了唾液淀粉酶液，而對照組只加了等量的蒸餾水，起空白對照。課本中涉及到的用甲狀腺制劑飼喂蝌蚪與正常情況下蝌蚪不作任何處理對照就屬于空白對照；在還原糖鑒定實(shí)驗中留一部分樣液不加入斐林試劑，以作對照。
(2)條件對照：即雖給對照組施以部分實(shí)驗因素，但不是所研究的實(shí)驗處理因素；這種對照方法是指不論實(shí)驗組還是對照組的對象都作不同條件的處理，目的是通過(guò)得出兩種相對立的結論，以驗證實(shí)驗結論的正確性。例如，在“動(dòng)物激素飼喂小動(dòng)物”的實(shí)驗中，采用等組實(shí)驗法，甲組為實(shí)驗組(飼喂甲狀激素)，乙組為條件對照(飼喂甲狀抑制劑)；不飼喂藥劑的是空白對照組;課本中涉及到溫度對淀粉酶活性影響的實(shí)驗中0℃、100℃等溫度下的對照則為條件對照；，顯然，通過(guò)條件對照．實(shí)驗說(shuō)服力大大提高。
(3)自身對照：指對照組和實(shí)驗組都在同一研究對象上進(jìn)行，不再另外設置對照組。例如：“質(zhì)壁分離與復原”實(shí)驗，自身對照簡(jiǎn)便，但關(guān)鍵要看清楚實(shí)驗處理前后的現象及變化差異。將過(guò)氧化氫酶加入過(guò)氧化氫溶液中證明酶是生物催化劑可催化過(guò)氧化氫水解，即自身對照，處理前的對象狀況為對照組，處理后的對象變化為實(shí)驗組。課本中涉及到將過(guò)氧化氫酶加入H202液中說(shuō)明酶是生物催化劑，
則屬于自身對照；
(4)相互對照：不單獨設置對照組，而是幾個(gè)實(shí)驗相互為對照。即實(shí)驗與對照在同一對象上進(jìn)行.這種方法常用于等組實(shí)驗中�！爸参锵蚬庑浴睂�(shí)驗中，利用若干組
燕麥胚芽的不同條件處理的實(shí)驗組之間的對照，說(shuō)明了生長(cháng)素與植物生長(cháng)彎曲的關(guān)系。證明玉米根的生長(cháng)方向與地心引力的關(guān)系實(shí)驗中不同方向放置的玉米種子之間則屬于相互對照。在實(shí)驗中要找出一個(gè)最佳效果點(diǎn)，就要采取相互對照進(jìn)行實(shí)驗。
“實(shí)驗組”與“對照組”確認:一個(gè)實(shí)驗通常分為實(shí)驗組和對照組（控制組）。實(shí)驗組是施加實(shí)驗變量處理的被試組；對照組是不施加實(shí)驗變量處理的對象組，兩者對無(wú)關(guān)變量的影響是相等的，兩組之間的差別，被認為是來(lái)自實(shí)驗變量的結果，如2005年春季高考題中為研究光對幼苗生長(cháng)的影響時(shí)實(shí)驗變量應為撤掉光照，因而暗處生長(cháng)的小麥幼苗應為實(shí)驗組，而自然狀態(tài)（即來(lái)接受實(shí)驗變量處理）的小麥幼苗應為對照組，通過(guò)對照組能增強實(shí)驗的信度。
四、單因子變量原則和等量性原則
此兩個(gè)原則都是在設計對照實(shí)驗時(shí)必須堅持的原則。所謂單因子變量原則，強調的是實(shí)驗組和對照組相比只能有一個(gè)變量，只有這樣當實(shí)驗組和對照組出現不同結果時(shí)，才能確定造成這種不同結果的原因肯定是這個(gè)變量造成的，從而證明實(shí)驗組所給實(shí)驗因素的作用。因此在設計對照組實(shí)驗時(shí)首先要確定變量并加以正確設置，至于將誰(shuí)作為變量則很容易確定，即要驗證誰(shuí)則把誰(shuí)作為變量，也就是要把所要驗證的中心條件作為變量。如要探索PH對淀粉酶活性的影響，則需把PH作為變量；要驗證光合作用需要光則應將光作為變量；要驗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一的。只不過(guò)強調的側面不同，單因子變量原則強調的是實(shí)驗變量的單一性，而等量性原則強調的是除了實(shí)驗變量之外的一切對實(shí)驗結果有影響的無(wú)關(guān)變量必須嚴格控制等量即相同，以平衡和消除無(wú)關(guān)變量對結果的影響，需要強調的是這些無(wú)關(guān)變量在進(jìn)行嚴格控制時(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。如在探索PH對酶活性影響的實(shí)驗中，單一變量是PH，除PH之外的其他一切對酶活性有影響的無(wú)關(guān)變量不但要嚴格控制等量，而且要適宜的量，如對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。
不論一個(gè)實(shí)驗有幾個(gè)實(shí)驗變量，都應確定一個(gè)實(shí)驗變量對應觀(guān)測一個(gè)反應變量，這就是單一變量原則，它是處理實(shí)驗中的復雜關(guān)系的準則之一。
�、賹�(shí)驗變量與反應變量：實(shí)驗變量是實(shí)驗中由實(shí)驗者操縱的因素或條件，是作用于實(shí)驗對象的刺激變量（也稱(chēng)自變量），自變量須以實(shí)驗目的和假設為依據，應具有可變性和可操作性。反應變量（又稱(chēng)因變量），是隨自變量變化而產(chǎn)生反應或發(fā)生變化的變量，反應變量是研究是否成功的證據，應具可測性和客觀(guān)性。
二者關(guān)系：實(shí)驗變量是原因，反應變量是結果，即具因果關(guān)系。例如：關(guān)于“唾液淀粉酶水解淀粉”的實(shí)驗中，“低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫(沸水)就是實(shí)驗變量，而這些變量引起的實(shí)驗變化結果就是反應變量。該實(shí)驗旨在獲得和解釋溫度變化(實(shí)驗變量)與酶的活性(反應變量)的因果關(guān)系。
�、跓o(wú)關(guān)變量與額外變量：無(wú)關(guān)變量（控制變量）是指實(shí)驗中除實(shí)驗變量外的影響實(shí)驗結果與現象的因素或條件。即是指與研究目標無(wú)關(guān)，但卻影響研究結果的變量.，實(shí)驗者應嚴格控制無(wú)關(guān)變量，否則實(shí)驗結果的真實(shí)性無(wú)法得到認定、我們常在實(shí)驗過(guò)程中強調“選取生長(cháng)狀況相同的幼苗”“數量大小相同的種子”“置于相同并適宜條件下培養”“加入等量的清水”等均是為了控制無(wú)關(guān)變量對實(shí)驗結果的干擾。由無(wú)關(guān)變量引起的變化結果就叫額外變量。
二者關(guān)系：也是前因后果的關(guān)系。但它們的存在對實(shí)驗與反應變量的獲得起干擾作用。例如：“唾液淀粉酶實(shí)驗”中，除實(shí)驗變量(溫度)外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、淀粉濃度、溫度處理的時(shí)間長(cháng)短等等就屬于無(wú)關(guān)變量。如無(wú)關(guān)變量中的任何一個(gè)或幾個(gè)對三組實(shí)驗不等同、不均衡，就會(huì )產(chǎn)生額外變量，影響實(shí)驗的真實(shí)結果。實(shí)驗變量，或稱(chēng)自變量，指實(shí)驗假設中涉及的給定的研究因素。反應變量，或稱(chēng)因變量，指實(shí)驗變量所引起產(chǎn)生的結果或結論。而其他對反應變量有影響的因素稱(chēng)之為無(wú)關(guān)變量，觀(guān)察其對實(shí)驗結果的影響。
【案例剖析】例如，生物課本內溫度對酶活性影響的實(shí)驗中：實(shí)驗變量是低溫（冰水），適溫(60℃），高溫（沸水）；酶的活性變化即反應變量；試管的潔凈度，淀粉酶的稀釋度，可溶性淀粉的濃度，碘液的量和濃度，溫度處理時(shí)間，操作程序等是無(wú)關(guān)變量。實(shí)驗中不論有幾個(gè)實(shí)驗變量，都應做到每個(gè)自變量對應一個(gè)因變量，此外還要做到操作規范。在實(shí)驗設計、實(shí)施的全過(guò)程中，應嚴格操縱實(shí)驗變量，嚴格控制無(wú)關(guān)變量，盡可能消除誤差，獲取較為精確的反應變量。
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