1、实验设计应注意的几个问题生物学是一门以实验为基础的自然科学 ，生物科学的每一个原理，每一种现象，每一个知识点都可以通过实验来验证、探索，同时，观察和实验是生物科学研究的重要方法，是学生获取知识的重要源泉，是实践新课标的切入点。下面谈谈实验设计应注意的几个问题：1、明确实验目的明确实验设计要解决什么问题，或探索验证什么结论。只有明确实验目的才能明了运用哪一原理进行实验设计，才能明白实验设计中哪一因素是实验变量。例如：、“验证烟草花叶病毒的遗传物质是RNA而不是蛋白质”。该实验原理和实验思路同教材“肺炎双球菌转化实验”、“噬菌体侵染细菌实验”：将烟草花叶病毒的RNA和蛋白质分开，单独地观察它们的功
2、能。、“探索温度对酶活性影响的实验”，探讨的问题是温度与酶活性之间的关系，那么在实验设计中，“温度”这一因素就是实验变量2、遵循实验原理实验原理决定着实验中主要实验步骤的设计及相应实验试剂的选择。例如：“设计实验验证唾液淀粉酶是蛋白质”，该实验的实验原理同教材中常规实验“生物组织中蛋白质的鉴定”实验原理相同，因此可用双缩脲试剂与唾液的呈色反应来验证这一问题，明确了这一原理之后，也就明确了其主要实验步骤同“生物组织中蛋白质的鉴定”类似。3、实验材料的选择正如孟德尔选择豌豆作为实验材料 是其遗传实验成功的原因之一一样，正确的选材决定着实验的成败。实验的选材是受实验原理、实验目的制约的。例如：“生物
3、组织中可溶性还原糖的鉴定”，实验目的是鉴定组织中存在可溶性还原糖，因而，取材应注意含糖量要高。鉴定的原理是“还原性糖与斐林试剂的呈色反应”，为使呈色反应易于观察，所选材料最好无色透明；“叶绿体中色素的种类及颜色”实验，所选材料应当是色素含量高的材料（新鲜菠菜）；“植物细胞质壁分离与复原实验”的选材应注意两点：一是选材必须有液泡存在；二是为了便于观察，所选材料的细胞液最好有一定颜色。4、对照实验的设置一个完整的实验设计应包括实验组和对照组，实验组接受处理，对照组不进行处理。对照实验的设计常有如下四种类型：空白对照：设计一个不加任何实验处理的对照组。自身对照：指实验与对照在同一对象上进行，即不加设
4、对照组。如“植物细胞质壁分离和复原实验”是典型的自身对照，这种对照的关键是比较实验处理前后的变化。条件对照：给实验组某种处理，给对照组另一条件处理。如在“证明甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中，可存在以下实验组和对照组：甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）乙组：饲喂甲状腺激素抑制剂（条件对照组）丙组：对蝌蚪不做任何处理（空白对照）相互对照：不另设对照组，而是利用几个实验组相互对照。如在“植物向光性”的实验设计中，2与1对照可证明感光部位在胚芽鞘尖端，3也可与1对照，4也可与1对照，也可与2对照。 光 光 光 光未经处理 尖端遮光 切去尖端 中部遮光 1 2 3 45、找准实验要素变量变量，亦称因子
5、，指实验操纵控制的特定因素或条件。按性质不同，通常有以下两类4种变量：实验变量与反应变量。实验变量，亦称自变量，指实验中由实验者所操纵、给定的因素或条件。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。实验的目的在于解释这种前因后果。例如，在“唾液淀粉酶水解淀粉的实验中，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也随之变化，这就是反应变量，该实验即在于获取解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）的因果关系。(2)无关变量与额外变量。无关变量也
6、称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验结果的因素或条件。额外变量，亦称干扰变量，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起干扰作用。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、唾液新鲜程度和稀释浓度、可溶性淀粉溶液浓度、试剂溶液的剂量和实验操作程序、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和条件，对3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和减少额外变量。6、关键实验环节的顺序实验
7、步骤有一定的顺序，实验步骤的前后顺序一般不能前后颠倒，特别是关键环节。如在“探索温度对酶活性影响”的实验中，是应“先将三支试管分别放入37、0 、沸水中5分钟后再加淀粉酶”还是“先向三支试管中加入唾液后再将三支试管分别放入37、0 、沸水中”呢？表面看两种操作无多大差别，其实前者的操作才是正确的，因为如果先向盛有淀粉溶液的试管中加入唾液，此时唾液中淀粉酶对三支试管中淀粉均起消化分解作用。7、常见的经典性实验方法化学物质的检测方法：淀粉 - 碘液还原性糖 - 斐林试剂CO2 - Ca(OH)2溶液或酸碱指示剂乳酸 - pH试纸O2 - 余烬复原蛋白质 - 被蛋白酶分解或双缩脲反应 实验结果的显示
8、方法： 光合速度 - O2释放量或CO2吸收量或淀粉产生量 呼吸速度 - O2吸收量或CO2释放量或淀粉减少量 原子途径 - 放射性同位素示踪 细胞液浓度大小 - 质壁分离 细胞是否死亡 - 质壁分离或质壁分离复原甲状腺激素作用 - 动物耗氧量、发育速度等生长激素作用 - 生长速度(体重身高身长变化)胰岛素作用 - 动物活动状态菌量 - 菌落数或亚甲基蓝褪色程度实验条件的控制方法：增加水中O2 - 泵入空气或吹气或放入绿色植物减少水中O2 - 容器密封或油膜覆盖或用凉开水除去容器中CO2 - NaOH溶液除去叶中原有淀粉 - 置于黑暗环境除去叶绿素 - 酒精隔水加热除去光合对呼吸的干扰 - 给
9、植株遮光如何得到单色光 - 棱镜色散或薄膜滤光血液抗凝 - 加入柠檬酸钠线粒体提取 - 细胞匀浆离心骨的脱钙 - 盐酸溶液总结:分析实验设计题要做到“三、四、五”。即：、三个原则 对照性原则：设立对照组，使实验结果具有说服力。 单因子变量原则：控制其他因素不变而只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。 平行重复原则：进行实验时，有的情况的出现是有偶然性的，多做几个对照实验，出现相同的结果，更有说服力，更具科学性（同时间同条件）。如多测几次脉搏，取其平均值的实验。、四种对照 空白对照：不给对照组任何处理因素。 条件对照：虽给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究的处理因子。 自身对照：对照和
10、实验都在同一实验对象上进行。 相互对照：不仅仅设对照组，而是几个实验组相互对照。、五步分析 了解题目要求，明确实验要验证(探究)的是什么。 分析实验原理：分析实验所依据的科学原理是什么；涉及的生物学及相关学科中的哪些方法和原理。 确定实验器材的选择 设置实验步骤：分析每一环节之间的关联性，或几个相关实验的延续性，安排实验的最佳程序。 预期结果和分析例1 现有同样大小的玻璃缸几只，发育状态相同的小蝌蚪60只、饲料、甲状腺激素、放在50的水中处理20分钟的甲状腺激素、溪水，请设计一个实验，探究甲状腺激素的生物活性是否会受50热水的影响。实验方案设计：第一步：取三个玻璃缸，分别标记甲、乙、丙。第二步
11、：分别加入等量的溪水和20只小蝌蚪。第三步：甲缸每天喂饲料；乙缸每天喂经过处理的甲状腺激素相拌的等量饲料；丙缸每天喂甲状腺激素相拌的等量饲料。预计结果并指出每一种结果说明了什么 ？A、若乙、丙两缸蝌蚪发育同步，且迅速变态为青蛙； 而甲缸还是蝌蚪状态。说明经50热水处理，对甲状腺激素的生物活性没有影响。B、若甲、乙两缸蝌蚪发育同步，而丙缸迅速变态为青蛙。说明经50热水处理，甲状腺激素失去活性。C、若乙缸蝌蚪发育比甲缸快，比丙缸慢。说明经50热水处理，甲状腺激素丧失去了部分生物活性。该实验中设置甲组实验的目的是：对照该实验选用蝌蚪做材料的优点是：蝌蚪发育成青蛙为变态发育，且时间短，便于观察。做该实
12、验所选用的蝌蚪有什么要求 ？为什么?同一种蛙同时孵化出的蝌蚪。排除实验材料的差异而造成对实验结果的影响。例2 某些植物能分泌一些化学物质用于抑制别种植物在其周围生长，这称为他感作用。大麦、玉米、大豆、向日葵等植物，是杂草的天然抑制者，又叫“闷盖庄稼”。为了验证大麦对邻近杂草生长具有他感作用。请根据所给材料器具，在给出的实验方法和步骤的基础上继续完成实验、预期实验结果。材料器具：大麦种子、狗尾草，50厘米50厘米10厘米栽种盒、剪刀、洒水壶、 20厘米10厘米纸袋、镊子、天平、两脚规、直尺方法步骤：第一步：选取A、B、C三个栽种盒，在栽种盒土壤表面画5厘米 5厘米的小方格，每方格中心放一粒大麦或
13、杂草种子。三个栽种盒的播种方式依次是：A盒：间行排列大麦和狗尾草种子。B盒：全部播种大麦种子。C盒：全部播种狗尾草种子。第二步：洒上少量细泥土覆盖种子，用细孔眼洒水壶浇水，把三只实验栽培盒放在（相同）的20左右环境中培养2-4周，每天均保持足够时间的（光照）。第三步：每天观察记录，统计盒内植株的地上枝平均干重、（平均植株高度）等数量特征。比较三只实验栽培盒的植物特征差异。结果预期和结论：比较A盒与C盒狗尾草：A盒生长明显受到抑制A盒与C盒生长状况相当结论：大麦对邻近杂草生长具有他感作用。大麦对邻近杂草生长没有他感作用。为进一步证实大麦分泌物具有抑制狗尾草的生长作用，请你设计实验方案。方案一：用水培养大麦，然后把这些水收集起来浇灌狗尾草。方案二：把大麦的根茎切碎制成匀浆，用大麦提取液培养狗尾草。