生物实验设计的技巧

刘月英

□湖北云梦县曲阳高中刘月英

【摘要】解实验设计题，首先要弄清实验的原理和目的、实验中材料的使用、实验中的变量、现象及预测实验结果等。本文从考纲出发，总结出解题技巧：设计实验的“一”“二”“三”“四”,即一个实验目的，两个实验原则，三个实验变量，四个实验步骤。

【关键词】实验设计对照原则解题技巧

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，考纲如下：（1）能独立完成所列生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用。（2）具备验证简单生物学事实的能力，并对实验现象和结果进行解释、分析和处理。（3）具备对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。（4）能对一些简单的实验方案做出恰当的评价和修改。

高考实验设计题，验证性实验和探究性实验是主流。验证性实验向探究性实验的方向突破和发展，已然成为今后一段时间内实验命题的方向和热点。那么，如何才能答好生物实验设计题，取得优秀的分数呢？本文结合自己近几年的教学实践，总结出解题技巧：设计实验的“一”“二”“三”“四”,即一个实验目的，两个实验原则，三个实验变量，四个实验步骤。

一个实验目的：设计实验方法一般从目的、要求入手，确定实验原理、选择适当操作过程，也可以从如何检测现象、结果入手。找到简单、明确的现象观察或结果检测方法，就找准了方向，再设计实验过程更简单明了。同时从实验目的可以看出是验证性实验还是探究性实验，也可以看出实验结论。如果是验证性实验，预测的现象应单一并对应需要验证的结论；如果是研究性问题，现象的预测应注意正反多方面的逻辑性，并分别对应不同的结论

两个实验原则：实验设计过程要遵循多个原则：科学性原则，单一变量原则，对照原则，平行重复原则，其中最常考到对照原则和单一变量原则。

（一）变量，或称因子，是指实验过程中所被操作的特定因素或条件。按性质不同，通常可分为两类：实验变量与反应变量，无关变量与额外变量。无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变量有干扰作用，例如，上述实验中除实验变量（低温、适温、高温）以外，试管洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度，温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温3组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对三个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。实验的关键之一在于控制无关变量或减少额外变量，以减少误差。

在实验设计中仅仅改变实验中的某一项变量，其它因子不变，在此条件下，观察、研究该变量对实验材料和实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要做到前后一致。综合研究多变量时，也要求先研究一个变量，再研究一另个变量。

（二）对照是实验控制的重要手段之一，目的还是在于平衡或消除无关变量对实验结果的干扰。通过设置实验进行对照，可排除无关变量的影响，也可增加实验结果的可信度和说服力。

通常，一个实验可为实验组和对照组。实验组：是接受实验变量处理的对象组；对照组：对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组，至于哪个作为实验组，哪个作为对照组，一般是随机决定的，这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验组与对照组的差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型：

1.空白对照：指不做任何实验处理的对象组。例如，在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂，一起进行沸水浴，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照。在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，增强了说服力。

2.自身对照：指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。单组法和轮组法，一般都包含有自身对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验，“探究酵母菌的呼吸方式”实验就是典型的自身对照。自身对照，方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。

3.条件对照：指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。例如。“动物激素饲喂小动物”的实习实验，采用等组实验法，其实验设计方案是：甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）；乙组：饲喂甲状腺抑制剂（条件对照组）；丙组：不饲喂药剂（空白对照组）；虽然，乙组为条件对照。该实验即设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照、更能充分说明实验变量———甲状腺激素能促进小动物的生长发育。又如，在艾弗里证明DNA是遗传物质的实验中，实验组是“R型活细菌＋S型细菌的DNA混合培养”，条件对照组是“R型或细菌＋S型细菌的DNA和DNA酶混合培养”。

4.相互对照：是指不另设对照组,而是几个实验组相互对比对照。如“植物激素与向光性向重力性实验”和“温度对酶活性的影响的实验”中,所采用的都是相互对照,较好地平衡和抵消了无关变量的影响,使实验结果具有说服力。

三个实验变量：即实验变量，无关变量，反应变量。

实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如，在“温度对酶活性的影响”的实验中，所给定的低温（冰块）、适温（37℃）、高温（沸水浴）就是实验变量。而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是反应变量，该实验即在于获得和解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）的因果关系。

无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变量有干扰作用，例如，上述实验中除实验变量（低温、适温、高温）以外，试管洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度，温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温3组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对三个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。实验的关键之一在于控制无关变量或减少额外变量，以减少误差。

四个实验步骤：1取材、分组、编号：取材一般指实验所用的生物材料，实验材料要有相似性和重复性，这样可减少误差，尽可能消除因材料的不同而引起的干扰。分组及编号指将材料或所用器皿均分并编号，以便描述及记录。如：将长势相同高度相似的若干同种植物均分为三组，编号为1，2，3。

2.设置实验变量：按照研究的问题确定单一变量，设置空白对照、前后对照或相互对照。一般研究“是否”的有关问题设置空白对照；如：设置有无二氧化碳的供应研究光合作用是否需要二氧化碳。研究“是多少”的有关问题可设置有梯度的相互对照。如：设置不同梯度的温度研究酶的最适温度是多少。

3.屏蔽无关变量：注意试剂量、试剂的浓度、实验时处理的方法。如：等量的试剂、适宜的浓度、适宜并相同的条件完成实验。

4.观察反应变量：根据不同的实验采用不同的观察或检测结果的方法，并记录、分析实验结果。