例析生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的幾大原則

張紅敏

摘 要：為了確保實(shí)驗(yàn)的有效性，應(yīng)明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，掌握?shí)驗(yàn)原理，合理運(yùn)用科學(xué)性原則、重復(fù)性原則、對(duì)照原則等，進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)性原則；重復(fù)性原則；對(duì)照原則

中圖分類號(hào)：G632.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）02-207-02

生物是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)不僅鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，更是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的切入點(diǎn)。在教學(xué)中充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)功能，教師要在設(shè)計(jì)上下功夫。高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)主要原則。

一、實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性原則

1、概念解讀

科學(xué)性原則是指實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊鞔_，實(shí)驗(yàn)原理要正確，實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)手段的選擇要恰當(dāng)，整個(gè)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)方法的確定都不能偏離生物學(xué)基本知識(shí)和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。分析問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的全面性和科學(xué)性體現(xiàn)了邏輯思維的嚴(yán)密性。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）原理的科學(xué)性：必須是經(jīng)前人總結(jié)或檢驗(yàn)得出的科學(xué)理論。（2）選材的科學(xué)性：要求既要保證實(shí)驗(yàn)達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，又要保證容易操作。（3）方法的科學(xué)性：選擇的變量要準(zhǔn)確，對(duì)照要合理，條件的控制要到位，實(shí)驗(yàn)步驟要有一定的順序，注意實(shí)驗(yàn)步驟的關(guān)聯(lián)性和實(shí)驗(yàn)操作的程序性。（4）現(xiàn)象觀察的科學(xué)性：有些實(shí)驗(yàn)發(fā)生的反應(yīng)不可見，這就需要把不可見的反應(yīng)轉(zhuǎn)化為可見的現(xiàn)象，需要科學(xué)轉(zhuǎn)化并使結(jié)果易于衡量，找到合適的衡量指標(biāo)。（5）結(jié)果處理的科學(xué)性：對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象首先記錄，然后進(jìn)行整理，以全面和便于分析的方式如表格、曲線、柱形圖等表現(xiàn)出來。（6）結(jié)論表達(dá)的科學(xué)性：把實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得到結(jié)論，需要用準(zhǔn)確恰當(dāng)簡(jiǎn)明的語(yǔ)言表達(dá)出來，才能成為科學(xué)的結(jié)論。

2、典例分析

在“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”的實(shí)驗(yàn)中遵循的科學(xué)性原則，分析如下：（1）染色體染色時(shí)必須用堿性顏料，如龍膽紫溶液或醋酸洋紅液，因?yàn)槿旧w能被堿性染料著色，這體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性。（2）實(shí)驗(yàn)選擇的材料是根尖分生區(qū)細(xì)胞，而不是葉的表皮細(xì)胞，因?yàn)楦獾姆稚鷧^(qū)細(xì)胞不斷進(jìn)行有絲分裂，而表皮細(xì)胞不進(jìn)行細(xì)胞分裂，這體現(xiàn)了選材的科學(xué)性。（3）裝片制作的步驟必須是解離-漂洗-染色-制片，順序顛倒或缺少，實(shí)驗(yàn)均不能得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)方法的科學(xué)性。（4）觀察裝片時(shí)必須先用低倍顯微鏡觀察，然后用高倍顯微鏡觀察，這體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察的科學(xué)性。（5）要真實(shí)地畫出細(xì)胞分裂圖像，絕不能模仿教材中的模式圖。要準(zhǔn)確地?cái)?shù)出各時(shí)期的細(xì)胞數(shù)目，并計(jì)算出各時(shí)期的細(xì)胞所占的比例，這體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的科學(xué)性。（6）對(duì)細(xì)胞周期中各時(shí)期長(zhǎng)短的分析，需要用準(zhǔn)確的語(yǔ)言進(jìn)行表述，這體現(xiàn)了結(jié)論表達(dá)的科學(xué)性。

二、實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性原則

1、概念解讀

（1）概念：控制某種因素的變化強(qiáng)度，在同樣條件下充分實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的程度

（2）具體方法：①單組實(shí)驗(yàn)法，即對(duì)一組（或一個(gè)）對(duì)象，既用A法，又用B法，順序隨機(jī)或輪流循環(huán)，這是生物實(shí)驗(yàn)常用的實(shí)驗(yàn)方法。如觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離與復(fù)原的實(shí)驗(yàn)。②等組實(shí)驗(yàn)法，即將狀況相同的對(duì)象，分成兩組或多組，一組用A法，另一組用B法，這也是生物實(shí)驗(yàn)常用的實(shí)驗(yàn)方法。如探究影響酶活性的實(shí)驗(yàn)。③循環(huán)實(shí)驗(yàn)法，即對(duì)兩組或兩組以上的對(duì)象，循環(huán)進(jìn)行兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)處理。如甲組——A法、B法；乙組——B法、A法等，這樣能有效地平衡和抵消無(wú)關(guān)變量的影響。

2、典例分析

在探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，就需要設(shè)置重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過程：（1）將500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葡萄糖溶液注入錐形瓶中。（2）將0、1g活性干酵母投入錐形瓶的培養(yǎng)液中混合均勻，并置于適宜的條件下培養(yǎng)。（3）每天定時(shí)取樣計(jì)數(shù)酵母菌數(shù)量，采用抽樣檢測(cè)方法測(cè)定1mL培養(yǎng)液中酵母菌個(gè)數(shù)的平均數(shù)。（4）將所得數(shù)值用曲線圖表示出來，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出酵母菌種群數(shù)量的變化規(guī)律。

3、分析

（1）在重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作時(shí)可改變葡萄糖溶液的濃度或量，或者改變投入的干酵母的量，或改變培養(yǎng)的溫度等條件，其他操作完全相同。（2）本實(shí)驗(yàn)最終目的是探究酵母菌數(shù)量變化規(guī)律，即在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，酵母菌呈“J”型增長(zhǎng)還是呈“S”型增長(zhǎng)。不管怎樣改變條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn)中得到的種群增長(zhǎng)曲線仍然是“S”型，只是個(gè)別數(shù)值與最初實(shí)驗(yàn)中有所不同。

三、實(shí)驗(yàn)的對(duì)照原則

1.自身對(duì)照

自身對(duì)照指對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組都在同一研究對(duì)象上進(jìn)行，不另設(shè)對(duì)照。自身對(duì)照方法簡(jiǎn)便，關(guān)鍵是看清實(shí)驗(yàn)處理前后現(xiàn)象變化的差異。對(duì)照組：實(shí)驗(yàn)處理前對(duì)象的狀態(tài)、現(xiàn)象；實(shí)驗(yàn)組：實(shí)驗(yàn)處理后對(duì)象的狀態(tài)、現(xiàn)象。

2、相互對(duì)照

（1）概念：是指不另設(shè)對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)比對(duì)照，在等組實(shí)驗(yàn)中，大都是運(yùn)用相互對(duì)照。（2）目的：通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果找到想要研究的因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響作用，從而為科學(xué)的研究提供事實(shí)依據(jù)和直接證據(jù)。（3）相互對(duì)照的意義：多個(gè)實(shí)驗(yàn)組所采用的都是相互對(duì)照，較好地平衡和抵消了無(wú)關(guān)變量的影響，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說服力。如探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式時(shí)，設(shè)置如下相互對(duì)照，進(jìn)而排除了物理性因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

3、條件對(duì)照

給實(shí)驗(yàn)組某種處理，給對(duì)照組另一條件的處理。如在驗(yàn)證唾液淀粉酶發(fā)揮作用的最適溫度的實(shí)驗(yàn)中的0℃和80℃下的對(duì)照。再如在“驗(yàn)證甲狀腺激素促進(jìn)幼小動(dòng)物發(fā)育”的實(shí)驗(yàn)中，存在以下實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組：

甲組：飼喂甲狀腺激素（實(shí)驗(yàn)組）；

乙組：飼喂甲狀腺激素抑制劑（條件對(duì)照組）；

丙組：對(duì)蝌蚪不做任何處理（空白對(duì)照）。

4、空白對(duì)照

（1）概念：指的是不對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象做任何處理

（2）注意事項(xiàng)

①不給對(duì)照組任何處理是相對(duì)實(shí)驗(yàn)組而言，實(shí)際上對(duì)照組還是要做一定的處理，只是不加實(shí)驗(yàn)組的處理因素，或者說相對(duì)于實(shí)驗(yàn)組而言，除實(shí)驗(yàn)變量外，別的處理與實(shí)驗(yàn)組完全相同。

②通常未經(jīng)實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組為對(duì)照組，經(jīng)實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組為實(shí)驗(yàn)組；或處于正常情況下的對(duì)象組為對(duì)照組，未處于正常情況下的對(duì)象組為實(shí)驗(yàn)組。

③空白對(duì)照能明白地對(duì)比和襯托出實(shí)驗(yàn)組的變化和結(jié)果，增強(qiáng)說服力。