高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則

王 興

近幾年全國(guó)理科綜合考試,高中生物考題中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,主要是考查學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,驗(yàn)證生物學(xué)事實(shí)的能力。對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循的原則教材中并沒有作專門具體的概括和總結(jié),這就要在學(xué)習(xí)課本知識(shí)的過程中認(rèn)真體會(huì)教材中的每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn),思考實(shí)驗(yàn)者的設(shè)計(jì)思路,遷移知識(shí)技能。要能明確掌握生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則和方法,才能設(shè)計(jì)出一個(gè)完整、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案,也才能科學(xué)地分析解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果、推導(dǎo)結(jié)論。筆者就前人智慧的基礎(chǔ)上,對(duì)高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則做一分析、歸納和總結(jié)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的類型主要分為開放型(只給出課題,自選材料、試劑、用具等,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案)、條件型(給出課題、原理、材料、試劑、用具等,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案)、改錯(cuò)型(提供實(shí)驗(yàn)器材、試劑、方案,對(duì)其中的不完善的地方提出改進(jìn)方案)。不論哪一種類型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),都必須遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則:

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循科學(xué)性原則

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性,是指在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須有充分的科學(xué)根據(jù)。是指實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊茖W(xué),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),實(shí)驗(yàn)操作程序要規(guī)范,整個(gè)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)方法不能偏離生物學(xué)基本知識(shí)、基本原理。即:實(shí)驗(yàn)的原理要科學(xué),實(shí)驗(yàn)材料的選擇要科學(xué),實(shí)驗(yàn)的方法步驟要科學(xué),實(shí)驗(yàn)的結(jié)果、結(jié)論要科學(xué)。

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、不同方面全面地分析問題就是科學(xué)性的基本原則。如探究細(xì)胞衰老的原因時(shí),要考慮到不同物種、不同性別、不同年齡、不同環(huán)境等多方面的因素,要綜合考慮,全面分析。要有充分的依據(jù),科學(xué)地設(shè)計(jì)才能得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循對(duì)照性原則

沒有對(duì)比就沒有鑒別,對(duì)照性原則是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最基本的原則。對(duì)照有多種形式:有空白對(duì)照(對(duì)照組不加任何處理因素。如研究甲狀腺激素對(duì)蝌蚪個(gè)體發(fā)育的影響時(shí),實(shí)驗(yàn)組的飼料添加甲狀腺素,對(duì)照組的飼料不添加任何制劑)、條件對(duì)照(如探究唾液淀粉酶的活性需要有適宜的PH值,設(shè)立過酸、過堿、接近中性實(shí)驗(yàn)條件,進(jìn)行相互對(duì)比)、自身對(duì)照(對(duì)照與實(shí)驗(yàn)在同一受試生物上進(jìn)行。如觀察一條雄性鯽魚對(duì)注射雄性激素前、后的活動(dòng)變化情況)、相互對(duì)照(不獨(dú)立設(shè)立對(duì)照組,而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組之間相互對(duì)照。如比較過氧化氫酶和氯化鐵對(duì)催化過氧化氫水解反應(yīng)的催化活性。)、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照(不設(shè)立對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值或正常值對(duì)比。如測(cè)試人體攝入500克葡萄糖80分鐘后血糖濃度是否正常)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究的目的和內(nèi)容加以合理選擇。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循變量唯一性原則

變量唯一性原則也叫單一變量性原則,指的是在一組實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間只能有一個(gè)反應(yīng)變量。任何一個(gè)生物學(xué)實(shí)驗(yàn),影響其結(jié)果的變量都是多方面的,控制其他變量相同,只改變所要研究的某一變量,通過設(shè)立對(duì)照組,觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。變量唯一能使復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化,變量唯一才能正確地找出實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的差別,從而證明實(shí)驗(yàn)變量的作用。如在驗(yàn)證唾液淀粉酶具有專一性的時(shí)候,對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的溫度、PH值、所采用的試管大小、試劑多少、反應(yīng)條件、溶液量等均要一致,只有一個(gè)變量,即實(shí)驗(yàn)組為淀粉溶液,對(duì)照組為蔗糖溶液。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循等量性原則

等量性原則是指實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組除一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量不同外,其他無關(guān)變量要全部相同,以消除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。如探究PH值對(duì)酶活性的影響時(shí),實(shí)驗(yàn)變量是PH值,除PH值不同外,其他無關(guān)變量(如溫度、試管大小、添加的溶液量、試劑多少、實(shí)驗(yàn)時(shí)間等)在實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組中要完全相同、等量。

5.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循可操作性原則

可操作性原則是指設(shè)計(jì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)要盡量做到實(shí)驗(yàn)材料容易獲得,實(shí)驗(yàn)裝置比較簡(jiǎn)單,實(shí)驗(yàn)藥品比較便宜,實(shí)驗(yàn)步驟比較少,實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較短,實(shí)驗(yàn)效果比較明顯,而且在常態(tài)下可操作,具有可行性。即原理正確、實(shí)驗(yàn)成本低、步驟簡(jiǎn)潔、現(xiàn)象明顯、結(jié)果準(zhǔn)確、具可行性。

6.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循重復(fù)性原則

重復(fù)是保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性的重要措施。由于實(shí)驗(yàn)對(duì)象的個(gè)體差異等原因,一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往不夠真實(shí)可靠,需要多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)方能獲得可靠的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中也必須注意實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性,任何實(shí)驗(yàn)都必須要有足夠的實(shí)驗(yàn)次數(shù),才能判斷結(jié)果的可靠性。

7.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循隨機(jī)性原則

隨機(jī)是指實(shí)驗(yàn)樣本的抽取是在實(shí)驗(yàn)對(duì)象的總體中隨機(jī)抽取的,它們的機(jī)會(huì)是均等的。如果在同一實(shí)驗(yàn)中存在許多個(gè)因素,則各因素作用順序的機(jī)會(huì)也是均等的。隨機(jī)抽取的樣本能夠代表總體,減少抽樣誤差,從而使實(shí)驗(yàn)因素產(chǎn)生的效應(yīng)更加客觀,便于得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。例如用等量的黑白棋子代表一對(duì)同源染色體上的一對(duì)等位基因,隨機(jī)抽取,看得到的分離比時(shí),一是要隨機(jī),不能有人為因素,二是每次抽取后要將棋子放回并充分混合,使每次抽取到兩種顏色棋子的機(jī)遇相等。

8.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循嚴(yán)整性原則

要使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完整、無漏洞,必須要注意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的嚴(yán)整性。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)整性是指實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_、實(shí)驗(yàn)原理科學(xué)、實(shí)驗(yàn)操作嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范、實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)潔明了、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)推斷科學(xué)合理。

總之,生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要做到科學(xué)、嚴(yán)密,必須遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的每一個(gè)原則,要有科學(xué)的理論依據(jù)。在解答實(shí)驗(yàn)題時(shí),要注意審好題意,明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路,遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則,運(yùn)用生物學(xué)的基本知識(shí)和基本原理合理作答。

收稿日期:2009-10-02

作者地址:河北省定興縣第三中學(xué)072650