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第八章设计性实验

实验设计，就是要求学生设计实验方案，选择实验器材，安排实验步骤，进行数据处理及分析实验现象。它包括设计实验方案，设计实验步骤、设计实验改进方法等。实验设计，主要考察学生是否理解实验原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情境下迁移知识的能力。

学生通过完成设计性实验，可以了解科学研究的思路、方法和步骤，使之具有严肃的科学态度、严密的科学思想和严谨的工作作风，培养学生的创新意识和创新精神，提高学生分析问题和解决问题的能力，提高学生综合素质，能有效地推动学生科研立项活动的开展，为将来从事科学研究打下良好的基础。

一、实验设计的目的

学生应在已掌握生物化学基础知识、基本理论和基本实验技能的基础上，在教师指导下，利用本实验室已有的设备条件和材料试剂等技术基础，自己从网络上获取相关资料，设计出综合性的、探索性的实验，在学生讨论、实验教师点评的基础上，学生修改实验设计方案，并在学生设计方案中选出最适合开展的方案若干个，将学生进行编组完成实验。因此实验中学生参与完成选题、设计实验、实验准备、实施实验和实验论文撰写等全过程。这种“理论-实践-理论-综合实践”的过程能使学生深刻理解生物化学实验技术与原理，能熟练运用已经学习的多种技术，学会充分利用本实验室已有的实验设备和条件，将自己的想法付诸于实践。

学生自主设计实验将技术性、综合性、探索创新性的实验融合在一起，通过学生的独立实验设计和实践，培养了学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。

二、实验设计的四个原则

1. 对照性原则

在实验设计中，通常设置对照组，通过干预或控制研究对象以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。

实验设计中可采用的对照方法很多，除了有阳性对照、标准对照、自身对照、相互对照之外，通常采用空白对照的原则，即不给对照组以任何处理因素，值得强调的是，不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的，实际上对对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素。

2. 随机性原则

实验设计中的随机化原则，是指被研究的样本是从总体中任意抽取的，这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。

3. 平行重复原则

平行重复原则，即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。上述随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行重复的原则就是为解决这个问题而提出的。

4. 单因子变量原则

单因子变量原则，即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。

三、实验设计的基本方法

1. 了解题目要求

选题首先要明确题意，只有明确题意才能方向明确，少走弯路。看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果。

2. 明确实验目的原理

明确实验到底要解决什么问题，要用到生物化学的什么原理。

3. 确定实验思路

根据原理对实验做出假设，并对可能产生的现象做出预期估计，并充分利用实验材料设计实验思路。

4. 设计实验步骤

根据上述实验目的、原理和思路，设计出合理的实验操作步骤。要思考所给出的实验材料和试剂分别起什么作用？怎样运用？由于实验设计是一种开放性层面，可能存在多种实验步骤，但一般应遵循以下几个要求：简便性、可行性、安全性和精确性。

5. 记录实验现象和数据

在实验中将观察到的现象如实、准确地记录下来。除了用文字进行记录外，还可以用数据、符号或影像进行记录。

6. 分析得出结论

根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，归纳出一般概括性判断，并用文字、图表、绘图等方法作一个简明的总结。

四、实验设计阶段的考核

1. 实验设计

（1）实验设计过程

设计方案是设计性实验的前提和基础。设计实验时要按实验要求与要点提示将传统信息检索与现代网络信息检索相结合，多渠道、多方位进行文献检索，拟定实验方案。

首先每人写一份实验设计书，要求包括确定实验目的、阐明实验原理；标明实验所用仪器、使用方法；确定、标出实验所用试剂和名称、状态、浓度、数量、颜色、有无毒性；材料的选择和处理过程；详细列出操作步骤并标明每步的注意事项；写出对于结果的处理方法；标注参考文献的出处；预计大约的费用等。

然后在学生中分组讨论修改实验方案，再由指导教师对学生上交的实验设计书进行评审，选出最适合开展的方案若干个，将学生进行编组，准备小组实验方案的答辩。答辩时每组各派1名学生简要概括本组实验的目的、原理、注意事项及本实验课题的研究意义等，要求突出本实验课题的特色和关键性问题，随后回答教师和同学们的提问。

（2）评分标准

①内容：是否贴近生活或生产；是否有一定的实用价值；是否解决了某个问题。

②创造性：方法是否有创新。

③可操作性：实验方法是否可行；是否科学。

④设计书的书写：原理明确与否、过程是否详细、参考文献是否详实。

2. 实验操作

科学、规范地进行实验操作是实验课的主要组成部分，对实验操作的考核主要从实验动手能力、团队协作能力、分析和解决问题能力等多个方面进行综合评价。具体要考察能否按实验设计方案准备实验材料并按操作步骤顺利进行实验；能否安全、规范地使用各种实验仪器；能否及时、完整、真实地记录和收集各种实验数据等。

3. 论文撰写

实验结束后，每个学生可根据自己实际完成实验的情况，进行结果整理或数据处理，对实验结果进行合理地分析，并按照科技论文撰写规范写出论文。

要求学生独立完成实验论文，不准抄袭。实验论文是文字表达，即使同一小组学生的实验数据相同，但不同的人对同一问题会有不同的见解，用不同的语言进行表达，因此每个人的实验论文都应是不同的。

科技论文一般应包括题目、作者、单位、摘要、关键词、引言、正文（包括材料、方法、结果和讨论）、致谢和参考文献等。其中摘要是论文全文的浓缩，主要包括研究的目的、方法、结果和结论等。关键词是摘要内容的浓缩，也是反映论文主题内容的最重要的词、词组和短语。引言是文章的开场白，其作用是向读者揭示文章的主题、目的和总纲，包括研究的背景、拟解决的问题、研究范围和技术方案等。正文是科研论文的主体，应占据最大篇幅，表达其创造性成果和新的结果。结果是文章的关键部分，是文章的价值所在，一般以文字、表格、插图或照片等形式来进行合乎逻辑的分析。讨论是对结果进行理论分析和综合，回答为什么出现这样的结果以及出现这样的结果意味着什么。

实验论文的语言要求流畅，逻辑性强，且用语规范。文字简练正确，富有感染力，基本无错字，图表整洁，布局合理。论文的结构要完整、格式要规范。

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