例談高中生物實驗設(shè)計原則

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗設(shè)計能較為全面地考查學(xué)生實驗知識，實驗技能，分析問題、解決問題以及創(chuàng)新能力，能很好地反映學(xué)生是否理解實驗的原理，能否靈活地將實驗知識遷移到不同的情境中并能解決實際問題。因此，在生物實驗教學(xué)過程中，應(yīng)注重學(xué)生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)，而實驗設(shè)計的核心就是遵循實驗設(shè)計原則，精心規(guī)劃實驗方案，得出科學(xué)的結(jié)論。

一、科學(xué)性原則

科學(xué)性往往體現(xiàn)在高中生物探究性實驗中，具體是指實驗?zāi)康囊鞔_、實驗原理要正確等，它體現(xiàn)了邏輯思維的嚴密性。整個實驗設(shè)計思路及實驗方法的確定都應(yīng)遵循生物學(xué)基本知識和原理，同時也符合其他相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的基本原則，充分體現(xiàn)邏輯思維的嚴密性。

二、可行性原則

實驗設(shè)計中，所需要的實驗器材必須是實驗室現(xiàn)有的或者是容易獲取的，并要保證實驗所需時間符合課時的安排等。例如，實驗“構(gòu)建種群增長模型的方法”中，種群的選擇就要適合當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c、地理條件等。筆者在教學(xué)過程中，選用草履蟲作為實驗觀察對象，將稻草秸稈放入水中培養(yǎng)一周左右的時間，就可以得到合適的研究種群數(shù)量。通過顯微鏡進行觀察，統(tǒng)計數(shù)量，即可有效地構(gòu)建種群數(shù)量増長模型。

三、可重復(fù)性原則

為獲取科學(xué)的數(shù)據(jù)，得出準確的結(jié)論，往往需進行多次重復(fù)實驗。實驗中遵循可重復(fù)性原則的目的在于盡可能地排除偶然因素造成的誤差，真正體現(xiàn)實驗的科學(xué)性。例如，實驗“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”，用一系列具有濃度梯度的生長素類似物處理插條時，每一個濃度下都至少用3~10根插條，計算插條生根的平均值或平均生根長度。

四、單一變量原則

單一變量原則是高中生物實驗中的一項重要理論基礎(chǔ)。該原則指在控制研究對象之間只有某一因素（自變量）不同，而保證其他因素（無關(guān)變量）完全相同，進而觀察該不同因素對實驗結(jié)果的影響。例如，在“探究溫度對酶活性的影響”一實驗中，實驗的自變量為不同梯度的溫度，實驗中試劑的量、溶液的pH值等即為無關(guān)變量，但由于其中pH會影響酶的活性，所以應(yīng)保證實驗對象的pH值等無關(guān)變量均相同，以使所得結(jié)果均是由自變量的變化而引起，從而保證了實驗的準確性。

五、對照性原則

對照性原則是設(shè)計和實施實驗的準則之一，通過對照能消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，增加實驗的可信度和說服力。對照實驗是指除一個因素以外，其他因素都保持不變的實驗，通常由實驗組和對照組組成。實驗組是接受實驗變量處理的對象組，對照組一般不需要經(jīng)過實驗變量處理。根據(jù)對照內(nèi)容和形式的不同，對照類型可分為：

⒈空白對照

對照組不加任何處理因素，如實驗“比較過氧化氫在不同條件下的分解”中，1號試管不作任何處理，即為空白對照組。又如，實驗“探究生長素類似物促進插條生根的最適濃度”，清水處理則為空白對照。

⒉條件對照

條件對照指雖給實驗對象施以某種處理，但這種處理僅作為對照意義的，如“探究pH對唾液淀粉酶活性影響”的實驗，設(shè)立過酸、接近中性和過堿的實驗條件，進行相互對照。

⒊自身對照

自身對照指實驗與對照在同一對象上進行，即不另設(shè)對照組，如，實驗“植物的吸水與失水”即為典型的自身對照實驗，其實驗組為質(zhì)壁分離和復(fù)原的洋蔥表皮細胞，對照組為正常的洋蔥表皮細胞，均為同一組細胞，構(gòu)成自身對照。又如，薩克斯的實驗“探究植物光合作用的產(chǎn)物有淀粉”，葉片一半曝光，另一半遮光也為自身對照。

⒋相互對照

即幾個實驗之間相互對照，不另外加設(shè)對照組，如“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗中，兩個對照實驗組分為有氧、無氧，最后的酒精和CO2的產(chǎn)生量便可直接通過這兩個對照組對照、計算，得出結(jié)果。又如，魯賓和卡門的實驗“探究光合作用產(chǎn)生的O2中的O來自于H2O還是CO2”，用18O分別標記H2O和CO2，兩組實驗相互對照。

六、隨機性原則

隨機性原則是指在實驗對象的整體中隨機抽取實驗樣本（方），各樣本的機會是均等的，這樣能減少抽樣的誤差，從而使實驗結(jié)果更加客觀，便于得出正確的實驗結(jié)論。例如，“培養(yǎng)液中酵母菌種群的數(shù)量變化”實驗中，在選取計數(shù)樣方前必須搖勻試管，取樣時做到隨機取樣；在“模擬性狀分離比”實驗中，彩球應(yīng)先搖勻后再隨機抓取，同時每抓取一次應(yīng)將彩球重新放入小桶搖勻，以保證每種彩球每次被抓取的機會均等。