學科教育論文-生物學對照實驗設計應該注意的幾個問題生物學作為一門以實驗為基礎的自然科學，實驗是獲取生物學知識的重要手段，是科學研究過程的重要環節。因此在高考對實驗能力的考查提出了具體的要求：學生能夠獨立完成實驗并能設計簡單的實驗方案，并處理相關的實驗問題，但由于許多學生不理解實驗的本質，缺乏實驗設計的能力，這類題得分率較低。筆者根據自己教學中積累的一點經驗，認為只要注意以下幾個問題，便會理清思路，解題游刃有余。一、對照實驗的概念。即研究某一因素對特定反應（事物）的影響時，需要在其他因素相同的條件下進行；觀察該因素的不同情況對特定反應的影響，以便對實驗結果進行科學分析。例如：已知一種植物種子的萌發受水分、溫度、氧氣的影響，但不了解其萌發與光是否有關，請自選材料和用品設計實驗探究光對該種子萌發有無影響。這個實驗設計須體現對照實驗。本實驗的研究因素是光，實驗結果是種子萌發與否。因此在研究時，只能觀察在不同的光照情況下（有、無）對種子萌發的影響，而課題中說到的水分、溫度、氧氣均影響實驗的結果，為了避免誤差，不同實驗組中的水分、溫度、氧氣都必須處于相同條件而且是適宜狀態。二、實驗中的變量。在對照實驗中，根據變量在實驗在的作用，可將變量分為自變量、因變量、無關變量、干擾變量四類。自變量是指實驗中由實驗可操縱改變的因素或條件，是實驗的研究因素；因變量是指實驗中由自變量的變化而引起的實驗結果和變化；無關變量指并不是實驗中的研究因素，但又影響實驗結果的因素和條件；干擾變量是指實驗中由于無關變量而引起的實驗結果和變化。很顯然，干擾變量必然對因變量的變化產生了干擾作用。而對照實驗的本質和目的是要純粹地清晰地研究自變量變化與因變量的變化的前因后果關系。例如：在探索PH值對唾液淀粉酶活性的影響實驗中，實驗的目的，研究PH值對唾液淀粉酶活性的關系。PH值是研究因素就是自變量，在實驗中，通過加酸（5%鹽酸）、加堿（5%NaoH）加蒸餾水改變三個實驗組的PH值，隨著PH值的改變，每給中酶的活性隨之改變，那么酶的活性變化就是因變量，當然在本實驗中影響反應結果的因素還有溫度、酶的數量、底物的濃度等，它們并非研究因素，但影響實驗結果的變化，它們就是無關變量。因此在實驗設計和操作中，為了能夠純粹地清晰地研究自變量與因變量的變化關系，就要盡量減少無關變量，而且不同的實驗中的無關變量應完全相同，這樣就避免了各實驗組中的結果差異是由無關變量引起的，而是由自變量的變化引起的。三、實驗設計的原則1科學性原則。是指實驗的原是要符合科學，實驗的結果預期有科學依據，實驗的各個環節都不偏離生物學基礎知識和基本原理，以及其他學科領域的基本原則。具體地講，科學性原則體現在：實驗原理的科學性、實驗材料的科學性、實驗方法的科學性、實驗結果處理的科學性。例如：孟德爾在遺傳定律的研究中，選用豌豆（典型的自花授粉且又為閉花授粉的植物，相對性狀差異明顯）作實驗材料，先研究一對相對性狀的遺傳現象，然后研究多對相對性狀的遺傳，創造性地用測交法來驗證實驗假設，而且實驗都在同一環境進行，排除了環境對結果的影響。由于此，孟德爾總結出了當時“世人”無法理解的科學定律。2平行重復原則。為了避免實驗結果的偶然性，便于得出的結論準確科學，任何實驗必須有足夠的實驗次數，平行重復原則就是要求控制自變量的變化強度，在無關變量相同的條件下重復實驗，觀察其對實驗結果的影響程度。這一原則是實驗中自變量的控制原則，也是實驗分組的原則，自變量每改變一次，實驗組數就增加一組。例如：用質壁分離法測定細胞滲透能力的實驗中，把剪成小塊洋蔥表皮細胞（等量）分別依次放入下面的各組溶液中，其結果如下：培養皿1234567蔗糖溶液濃度(moL/L)0.20.30.40.50.60.70.8發生初始質壁分離細胞占觀察細胞數百分比無無15%40%80%99%100%結論該洋蔥細胞液的等滲濃度范圍為0.5-0.6之間。3單一變量原則。該原則可使實驗中的復雜關系簡單化，使結果更準確。其含義是：不論一個實驗中有幾個變量，都應做到一個自變量對應觀測一個因變量。實驗中要盡可能避免無關變量及干擾變量的干擾。例如：在探索淀粉酶對淀粉和蔗糖水解作用的實驗中，加入的淀粉和蔗糖是單一變量（自變量），而加入的淀粉酶的量、反應溫度、PH值（無關變量）應在相同條件，這些量的任何差異將干擾實驗結果及對實驗結果及對實驗結果的分析。4對照原則。該原則的主要目的是排除無關變量的干擾，增加實驗結果的可信度和說服力。對于對照實驗，一個實驗應包括實驗組和對照組。實驗組是指接受自變量處理的對象組，對照組是不接受自變量處理的對象組（即處于自然狀態下的對象組）。常用的對照類型有空白對照、自身對照、條件對照、相互對照等4種方式。例如在甲狀腺激素促進幼小動物發育的實驗中，存在以下實驗組和對照組：甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）乙組：飼喂甲狀腺激素抑制劑（條件對照）丙組：對蝌蚪不作任何處理（空白對照）四、因變量的量度方法及實驗前處理、實驗后處理實驗的結果和變化，有些是宏觀的，肉眼可見的，實驗者可用肉眼直接觀察、測量便可得到結果。而有些是微觀的，肉眼看不見的，實驗者必須將其轉化為看得見的現象，這就需要構思一定的可量度的辦法，不同量度辦法是每個科學實驗中的最大特色，也是科學實驗中最困難一步，也是充分展示研究者才華的一步。例如：證明胃具有化學性消化作用，意大利科學家斯里蘭讓尼設計了一個巧妙實驗，將肉塊放入小巧的金屬籠子后讓鷹吞下去，這樣肉塊就可以不受物理性消化的影響，而胃液卻可以流入籠內。過一段時間后，將小籠子取出，發現籠內的肉塊消失，于是，他推斷胃液中含有消化肉塊的物質。在該實驗中，金屬籠子的作用是排除無關變量（物理性消化）對實驗的影響，而肉塊的消失則是量度的辦法。再例如：在利用噬菌體浸染細菌的實驗證明噬菌體的遺傳物質是DNA時，科學家首先用放射性同位素35S標記一部分噬菌體的蛋白質，并用放射性同素35P標記了另一部分噬菌體內DNA。然后再用標記的噬菌體分別侵染細菌。當噬菌體在細菌體內被大量繁殖時，生物學家對被標記物質進行測試，測試結果表明，噬菌體的DNA并沒有進入細菌內部，而是留在細菌的外部，而DNA卻進入了細菌體內，可見噬菌體在細菌體內的增殖完全是噬菌體DNA在起作用。該實驗中放射性同位素追蹤法就是量度手段。還譬如證明綠色葉片在光下通過光合作用產生了淀粉的實驗中，德國科學家薩克斯做了這樣一個實驗，把綠色葉片入在暗處幾小時，目的是讓葉片中的營養物質消耗掉（實驗前處理），是為了消除葉片本身存在的淀粉時實驗結果的影響，然后把這個葉片一半曝光，另一半遮光（自身對照）一段時間后，剪下葉片用酒