高考生物实验设计之原则

浅析高考生物实验设计之原则

生物高考说明中对实验考查的目标和要求是“使用恰当的方法验证简单的生物学事实，并能对实验结果进行解释和分析”。具体的能力考查要求包括两个部分：一方面是考生能够设计简单的生物学实验，另一方面则是能够对实验结果进行解释和分析。

现对高考实验必须遵循的三原则浅析如下。

◎对照性原则

如何设置对照实验呢?所谓对照实验是指除所控因素外其它条

件与被对照实验完全相等的实验。对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。具体来说有四个方面：①所用生物材料要相同，即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同；

②所用实验器具要相同，即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样；③所用实验试剂要相同，即试剂的成分、浓度、体积要相同，尤其要注意体积上等量的问题；④所用处理方法要相同，如：保温或冷却、光照或黑暗、搅拌或振荡都要一致。有时尽管某种处理对对照实验来说看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要做同样的处理。

设置对照组有四种方法：

(1)空白对照。即不给对照组做任何处理。例如，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。课本中涉及到的用甲状腺制剂饲喂蝌蚪与正常情况下蝌蚪不做任何处理对照就属于空白对照；在还原糖鉴定实验中留一部分样液不加入斐林试剂，以做对照。

(2)条件对照。即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都做不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。例如，课本中涉及到温度对淀粉酶活性影响的实验中0℃、100℃等温度下的对照则为条件对照。通过条件对照，实验说服力可以大大提高。

(3)自身对照。指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组。例如课本中涉及到将过氧化氢酶加入h2o2液中说明酶是生物催化剂，则属于自身对照；

(4)相互对照。不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。即实验与对照在同一对象上进行。这种方法常用于等组实验中。“植物向光性”实验中，利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。证明玉米根的生长方向与地心引力的关系实验中不同方向放置的玉米种子之间

则属于相互对照。再如，在探究温度(或ph)对酶催化活性影响实验中温度(或阑(0度、50度,100度)为条件对照；清水(软水)、河水(硬水)xc加酶洗衣粉影响中，清水漱水)、河水(硬水)为相互对照。在实验中要找出一个最佳效果点，就要采取相互对照进行实验。

“实验组”与“对照组”确认：—个实验通常分为实验组和对照组(控制组)。实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象组。两者对无关变量的影响是相等的，两组之间的差别被认为是来自实验变量的结果。如2005年春季高考题中，为研究光对幼苗生长的影响时实验变量应为撤掉光照。因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组，而自然状态(即来接受实验变量处理)的小麦幼苗应为对照组，通过对照组能增强实验的信度。

说明：根据实验目的要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照组实验。中学阶段所要求的实验设计一般多采用对照的原则，因为科学、合理地设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。

◎单因子变量原则和等量性原则

此两个原则都是在设计对照实验时必须坚持的原则。所谓单因子变量原则，强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量，只有这样，当实验组和对照组出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的。如要探索ph对淀粉酶活性的影响，则需把ph作为变量；要验证光合作用需要光则应将光作为变量；要验证光合作用需二氧化碳则把二氧化碳作为变量，等等。

等量性原则与单因子变量原则是完全统一的。等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同，以平衡和消除无关变量对结果的影响。需要

强调的是，这些无关变量在进行严格控制时，不但要等量，而且是在适宜条件下的等量、常态条件下的等量。如在探索ph对酶活性影响的实验中，单一变量是ph，除ph之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量，而且要适宜的量。如对温度的控制不但要相同，而且要适宜，即要给予酶活性所需的适宜的温度，而不能控制在低温或高温条件下的等量。

例如，生物课本内温度对酶活性影响的实验中，实验变量是低温(冰水)、适温(60℃)、高温(沸水)；酶的活性变化即反应变量；试管的沽净度、淀粉酶的稀释度、可溶性淀粉的浓度、碘液的量和浓度、温度处理时间、操作程序等是无关变量。实验中不论有几个实验变量，都应做到每个自变量对应一个因变量，此外还要做到操作规范。在实验设计、实施的全过程中，应严格操纵实验变量，严格控制无关变量，尽可能消除误差，获取较为精确的反应变量。