以生物實(shí)驗(yàn)為題的例文論文
淺談高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的原則
生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展尤其依賴(lài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。結(jié)合生物學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)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(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提供學(xué)生認(rèn)知的學(xué)習(xí)情景，使學(xué)生獲得生物學(xué)知識(shí)；生物學(xué)實(shí)驗(yàn)十分突出科學(xué)研究的過(guò)程、學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的多種能力：實(shí)驗(yàn)觀察能力、實(shí)驗(yàn)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(yàn)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)中的有著舉足輕重的重要作用，特別在高考中，占有相當(dāng)大的比分。為了提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，首先要使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則。
一、科學(xué)性原則
實(shí)驗(yàn)是人為控制條件下研究事物(對(duì)象)的一種科學(xué)方法；是依據(jù)假設(shè)，在
人為條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的變化和結(jié)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(jié)論才是科學(xué)方法。因此，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中必須有充分的科學(xué)依據(jù)。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一種生命現(xiàn)象的發(fā)生往往有其復(fù)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(xì)胞的參與，有各種物質(zhì)在不同方面的變化。分析問(wèn)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。
1.實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性
實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的依據(jù),也是用來(lái)檢驗(yàn)和修正實(shí)驗(yàn)過(guò)程中失誤的依據(jù),因此它必須是經(jīng)前人總結(jié)或經(jīng)科學(xué)檢驗(yàn)得出的科學(xué)理論。如2000年全國(guó)高考考試題第25題，本題要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鈣離子在血液凝固中的作用。題中給出了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)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(yīng)，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(shè)計(jì)思路。
2.實(shí)驗(yàn)材料選擇的科學(xué)性
根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)材料，是保證實(shí)驗(yàn)達(dá)到預(yù)期結(jié)果的關(guān)鍵因素之一。如“還原性糖鑒定實(shí)驗(yàn)”中以蘋(píng)果或雪梨細(xì)胞組織液為材料，以及“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗(yàn)中以紫色洋蔥為實(shí)驗(yàn)材料等實(shí)驗(yàn)都是一些經(jīng)
典的成功選材的范例。
3.實(shí)驗(yàn)方法的科學(xué)性
只有科學(xué)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方法，才能得出正確而可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如鑒定蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)蛋白質(zhì)分子在堿性環(huán)境中與硫酸銅反應(yīng)形成紫色的反應(yīng)特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)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(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的科學(xué)性
對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到的一些數(shù)據(jù)，現(xiàn)象或其它信息，不能簡(jiǎn)單處理，應(yīng)首先整理后仔細(xì)分析，找出它們所能夠透露給我們的最大信息量。
二、平行復(fù)重原則
即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的程度。任何實(shí)驗(yàn)都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標(biāo)志。任何實(shí)驗(yàn)必須有足夠?qū)嶒?yàn)次數(shù)，才能避免結(jié)果的偶然性，使得出的結(jié)論準(zhǔn)確、科學(xué)。平衡重復(fù)原則要求控制某種因素的變化強(qiáng)度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。由以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)來(lái)看，采用了平行重復(fù)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(fù)該實(shí)驗(yàn)，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加客觀、科學(xué)。
三、對(duì)照性原則
科學(xué)、合理的設(shè)置對(duì)照可以使實(shí)驗(yàn)方案簡(jiǎn)潔、明了，且使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更有說(shuō)服力。實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量很多，必須嚴(yán)格控制，要平衡和消除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是消除無(wú)關(guān)變量影響的有效方法。由于同一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)被多種不同的實(shí)驗(yàn)因素所引起，因此如果沒(méi)有嚴(yán)格的對(duì)照實(shí)驗(yàn)，即使出現(xiàn)了某種預(yù)想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也很難保證該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由某因素所引起的，這樣就使得所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)缺乏應(yīng)有的說(shuō)服力�？梢�(jiàn)只有設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，才能有效地排除其它因素干擾結(jié)果的可能性。才能使設(shè)計(jì)顯得比較嚴(yán)密，所以大多數(shù)實(shí)驗(yàn)，尤其是生理類(lèi)實(shí)驗(yàn)往往都要有相應(yīng)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
如何設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)?zāi)兀克^對(duì)照實(shí)驗(yàn)是指除所控因素外其它條件與被對(duì)照實(shí)驗(yàn)完全相等的實(shí)驗(yàn)。對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)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�(shù)量、質(zhì)量、長(zhǎng)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(yàn)器具要相同即試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小型號(hào)要完全一樣。
③所用實(shí)驗(yàn)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(duì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)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(shè)置對(duì)照組有4種方法：
(1)空白對(duì)照：即不給對(duì)照組做任何處理；例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組滴加了唾液淀粉酶液，而對(duì)照組只加了等量的蒸餾水，起空白對(duì)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(duì)照就屬于空白對(duì)照；在還原糖鑒定實(shí)驗(yàn)中留一部分樣液不加入斐林試劑，以作對(duì)照。
(2)條件對(duì)照：即雖給對(duì)照組施以部分實(shí)驗(yàn)因素，但不是所研究的實(shí)驗(yàn)處理因素；這種對(duì)照方法是指不論實(shí)驗(yàn)組還是對(duì)照組的對(duì)象都作不同條件的處理，目的是通過(guò)得出兩種相對(duì)立的結(jié)論，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性。例如，在“動(dòng)物激素飼喂小動(dòng)物”的實(shí)驗(yàn)中，采用等組實(shí)驗(yàn)法，甲組為實(shí)驗(yàn)組(飼喂甲狀激素)，乙組為條件對(duì)照(飼喂甲狀抑制劑)；不飼喂藥劑的是空白對(duì)照組;課本中涉及到溫度對(duì)淀粉酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中0℃、100℃等溫度下的對(duì)照則為條件對(duì)照；，顯然，通過(guò)條件對(duì)照．實(shí)驗(yàn)說(shuō)服力大大提高。
(3)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，不再另外設(shè)置對(duì)照組。例如：“質(zhì)壁分離與復(fù)原”實(shí)驗(yàn)，自身對(duì)照簡(jiǎn)便，但關(guān)鍵要看清楚實(shí)驗(yàn)處理前后的現(xiàn)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(duì)照，處理前的對(duì)象狀況為對(duì)照組，處理后的對(duì)象變化為實(shí)驗(yàn)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(duì)照；
(4)相互對(duì)照：不單獨(dú)設(shè)置對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)相互為對(duì)照。即實(shí)驗(yàn)與對(duì)照在同一對(duì)象上進(jìn)行.這種方法常用于等組實(shí)驗(yàn)中�！爸参锵蚬庑浴睂�(shí)驗(yàn)中，利用若干組
燕麥胚芽的不同條件處理的實(shí)驗(yàn)組之間的對(duì)照，說(shuō)明了生長(zhǎng)素與植物生長(zhǎng)彎曲的關(guān)系。證明玉米根的生長(zhǎng)方向與地心引力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中不同方向放置的玉米種子之間則屬于相互對(duì)照。在實(shí)驗(yàn)中要找出一個(gè)最佳效果點(diǎn)，就要采取相互對(duì)照進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
“實(shí)驗(yàn)組”與“對(duì)照組”確認(rèn):一個(gè)實(shí)驗(yàn)通常分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組（控制組）。實(shí)驗(yàn)組是施加實(shí)驗(yàn)變量處理的被試組；對(duì)照組是不施加實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組，兩者對(duì)無(wú)關(guān)變量的影響是相等的，兩組之間的差別，被認(rèn)為是來(lái)自實(shí)驗(yàn)變量的結(jié)果，如2005年春季高考題中為研究光對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響時(shí)實(shí)驗(yàn)變量應(yīng)為撤掉光照，因而暗處生長(zhǎng)的小麥幼苗應(yīng)為實(shí)驗(yàn)組，而自然狀態(tài)（即來(lái)接受實(shí)驗(yàn)變量處理）的小麥幼苗應(yīng)為對(duì)照組，通過(guò)對(duì)照組能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí)必須堅(jiān)持的原則。所謂單因子變量原則，強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組相比只能有一個(gè)變量，只有這樣當(dāng)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組出現(xiàn)不同結(jié)果時(shí)，才能確定造成這種不同結(jié)果的原因肯定是這個(gè)變量造成的，從而證明實(shí)驗(yàn)組所給實(shí)驗(yàn)因素的作用。因此在設(shè)計(jì)對(duì)照組實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要確定變量并加以正確設(shè)置，至于將誰(shuí)作為變量則很容易確定，即要驗(yàn)證誰(shuí)則把誰(shuí)作為變量，也就是要把所要驗(yàn)證的中心條件作為變量。如要探索PH對(duì)淀粉酶活性的影響，則需把PH作為變量；要驗(yàn)證光合作用需要光則應(yīng)將光作為變量；要驗(yàn)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(tǒng)一的。只不過(guò)強(qiáng)調(diào)的側(cè)面不同，單因子變量原則強(qiáng)調(diào)的是實(shí)驗(yàn)變量的單一性，而等量性原則強(qiáng)調(diào)的是除了實(shí)驗(yàn)變量之外的一切對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響的無(wú)關(guān)變量必須嚴(yán)格控制等量即相同，以平衡和消除無(wú)關(guān)變量對(duì)結(jié)果的影響，需要強(qiáng)調(diào)的是這些無(wú)關(guān)變量在進(jìn)行嚴(yán)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(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中，單一變量是PH，除PH之外的其他一切對(duì)酶活性有影響的無(wú)關(guān)變量不但要嚴(yán)格控制等量，而且要適宜的量，如對(duì)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(yàn)有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)變量，都應(yīng)確定一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量對(duì)應(yīng)觀測(cè)一個(gè)反應(yīng)變量，這就是單一變量原則，它是處理實(shí)驗(yàn)中的復(fù)雜關(guān)系的準(zhǔn)則之一。
�、賹�(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量：實(shí)驗(yàn)變量是實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者操縱的因素或條件，是作用于實(shí)驗(yàn)對(duì)象的刺激變量（也稱(chēng)自變量），自變量須以實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮图僭O(shè)為依據(jù)，應(yīng)具有可變性和可操作性。反應(yīng)變量（又稱(chēng)因變量），是隨自變量變化而產(chǎn)生反應(yīng)或發(fā)生變化的變量，反應(yīng)變量是研究是否成功的證據(jù)，應(yīng)具可測(cè)性和客觀性。
二者關(guān)系：實(shí)驗(yàn)變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)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(yàn)中，“低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫(沸水)就是實(shí)驗(yàn)變量，而這些變量引起的實(shí)驗(yàn)變化結(jié)果就是反應(yīng)變量。該實(shí)驗(yàn)旨在獲得和解釋溫度變化(實(shí)驗(yàn)變量)與酶的活性(反應(yīng)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(yàn)中除實(shí)驗(yàn)變量外的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)象的因素或條件。即是指與研究目標(biāo)無(wú)關(guān)，但卻影響研究結(jié)果的變量.，實(shí)驗(yàn)者應(yīng)嚴(yán)格控制無(wú)關(guān)變量，否則實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性無(wú)法得到認(rèn)定、我們常在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)“選取生長(zhǎng)狀況相同的幼苗”“數(shù)量大小相同的種子”“置于相同并適宜條件下培養(yǎng)”“加入等量的清水”等均是為了控制無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。由無(wú)關(guān)變量引起的變化結(jié)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(duì)實(shí)驗(yàn)與反應(yīng)變量的獲得起干擾作用。例如：“唾液淀粉酶實(shí)驗(yàn)”中，除實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(duì)三組實(shí)驗(yàn)不等同、不均衡，就會(huì)產(chǎn)生額外變量，影響實(shí)驗(yàn)的真實(shí)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)變量，或稱(chēng)自變量，指實(shí)驗(yàn)假設(shè)中涉及的給定的研究因素。反應(yīng)變量，或稱(chēng)因變量，指實(shí)驗(yàn)變量所引起產(chǎn)生的結(jié)果或結(jié)論。而其他對(duì)反應(yīng)變量有影響的因素稱(chēng)之為無(wú)關(guān)變量，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
【案例剖析】例如，生物課本內(nèi)溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)中：實(shí)驗(yàn)變量是低溫（冰水），適溫(60℃），高溫（沸水）；酶的活性變化即反應(yīng)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(yàn)中不論有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)變量，都應(yīng)做到每個(gè)自變量對(duì)應(yīng)一個(gè)因變量，此外還要做到操作規(guī)范。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施的全過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格操縱實(shí)驗(yàn)變量，嚴(yán)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(yīng)變量。
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