逍遥学能 2015-11-16 10:05
一、什么是实验
是在人为控制条件下，研究对象的变化，以其结果论证科学结论的一种科学方法。
美国科学家科南特曾经将一般科学方法归结为六个步骤
1、根据经验或对现象的观察提出或确定问题，树立研究目标。
2、观察并记录有关的数据、资料。
3、根据观察数据提出解释性假说，以解释观察到的现象。
4、根据假说进行推演，构造理论体系，同时提出判决实验方案。
5、用实际的实验对假说进行检验。
6、根据实验所得结果，接受、修改或放弃假说。
二、一个完整实验方案的组成
实验题目、实验目的、实验原理、实验假说、材料用具、实验步骤、实验记录、实验结果分析、实验结论。
（一）实验题目的确定
一般包括：
1、研究对象。2、研究其现象。3、作用于对象的因素。
（二）实验目的
本实验最终要达到的目的，明确实验要探究什么问题；探索哪方面的生物学规律。
（三）实验原理
实验依据的科学原理是什么；涉及到生物学及相关学科中的哪些原理。
（四）提出假说
假说：又称假设或猜测，是指对所提出的问题所做出的一种可检测的预期结果。
第一步：提出假说，即依据发现的事实材料或已知的科学原理，提出初步假定。
第二步：做出预期(推断)，即依据提出的假说，进行推理，得出假定性的结论。
用因果关系表述：如果……那么……
预期结果得到实现，则假设成立。预期结果没有实现，则假设不成立。
（五）材料用具
1、材料选择的一致性，除欲处理的因素外，其它条件要保持一致。2、材料要足够。3、用具必用。4、装置设计严密、合理。
（六）设计实验方法和步骤
1、实验变量与反应变量
实验变量：又称自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。由实验变量而引起的变化和结果，称反应变量。又称因变量。
2、无关变量与额外变量
无关变量：又称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。由无关变量引起的变化和结果，称额外变量。又称干扰变量。
消除无关变量的有效方法是对部分实验条件要有量、时间、温度等描述。
3、单一变量原则
不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量。
4、控制与平衡控制：是对无关变量的控制与平衡
（1）单组实验法：对一组或一个对象，既用A法，又用B法。
（2）等组实验法：将状态相等的对象，分成两组或多组，一组用A法，另一组用B法等。
（3）轮组实验法：对两组或两组以上的对象，循环进行两个或两个以上的实验处理，如甲组用A法、B法。乙组用B法、A法等。
5、对照：是设计和实施实验的准则之一，也是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。
（1）空白对照：指不做任何实验处理的对象组。
（2）自身对照：指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。单组法和轮组法，一般都包含有自身对照。
（3）条件对照：指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。
例如，“动物激素饲喂小动物”实验，采用等组实验法，其实验设计方案是：
甲组：饲喂甲状腺激素(实验组)；
乙组：饲喂甲状腺抑制剂(条件对照组)；
丙组：不饲喂药剂(空白对照组)。
显然，乙组为条件对照，该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分说明实验变量??甲状腺激素能促进蚯蚓的生长发育。
（4）相互对照：指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照，在等组实验法中，大都是运用此对照，相互对照较好的平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果更具有说服力。
（七）观察和记录现象
1．观察
定量观察
定性观察
2、记录方式：文字描述、表格描述、曲线及图形描述等。
（八）实验结果分析
对实验记录下来的现象、数据进行整理分析，得出结果。
（九）得出科学结论
通过对实验结果的分析，概括出科学和规律性的内容。
例如：设计“观察植物细胞质壁分离和复原”的实验。
1、实验题目
“观察植物细胞质壁分离和复原”的实验。
2、实验目的：
观察植物细胞质壁分离和复原的过程，验证具有大液泡的植物细胞发生渗透作用的情况。
3、实验原理(科学性)
水分代谢理论知识：浸在溶液中的成熟的植物细胞具备了半透膜和膜两侧具有浓度差，与渗透作用的物理装置相似。
4、实验假设：
当细胞外溶液浓度>细胞液溶液浓度一细胞失水。当细胞外溶液浓度<细胞液溶液浓度一细胞吸水。
预期结果：细胞失水一质壁分离；细胞吸水一质壁分离复原。
5、材料用具：
紫色的洋葱鳞片叶。刀片，镊子，滴管，载玻片，盖玻片，吸水纸，显微镜。质量浓度为0．3g／mL的蔗糖溶液，清水。
6、方法步骤：（教材上有，略）
设置单一变量：不同的溶液浓度(0.3g/ml的蔗糖溶液、清水)处理实验材料。
设置实验组：单组实验法。对同一种材料既用A法(0.3g/ml的蔗糖溶液)处理，又用B法(清水)处理。
设置实验对照：自身对照。
7、实验记录
将细胞放在不同溶液中，观察其变化的情况，进行描述。
8、实验结果分析：
0.3g/ml的蔗糖溶液处理——质壁分离，清水处理——质壁分离复原。与预期结果相符合。
9、结论：
成熟的植物细胞是一个渗透系统。
三、实验答题时应注意以下内容：
(一)实验步骤
1分步叙述，要标号。
2研究对象或器皿要有标记。
3说明对材料的选择及处理情况。
4控制单一变量(对结果有影响的单一因素)。
5对部分实验条件要有量、时间、温度等描述。
6必须遵循对照原则。
(二)实验记录：记录方式有：文字描述、表格描述、座标曲线图、柱形图、画观察图。
(三)实验结果分析：对实验记录下来的现象、数据进行整理分析，得出结果（预期结果）。
（四）实验结论：通过现象、结果的分析，概括出规律性的问题。
四、实验设计的原则
（一）科学性原则
所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。
（二）可行性原则
可行性原则是指在设计生物学实验时，从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都具有可行性。
（三）简便性原则
设计实验时，要考虑到实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验药品比较便宜，实验操作比较简便，实验步骤比较少，实验时间比较短。
（四）可重复性
重复、随机和对照是保证实验结果正确性的三大原则，多年来为研究者所公认。因此，在实验设计中也必须注意实验的可重复性。
五、高中教材生物实验的内容
1、生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定
2、高倍显微镜的使用和观察叶绿体
3、细胞质流动的观察
4、观察植物细胞的有丝分裂
5、比较过氧化氢酶和Fe3＋的催化效率
6、探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用
7、温度对酶活性的影响
8、叶绿体中色素的提取和分离
9、观察植物细胞的质壁分离与复原
10、植物向性运动的实验设计和观察
11、设计实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响
12、DNA的粗提取与鉴定
13、制作DNA双螺旋结构模型
14、性状分离比的模拟实验
15、调查人群中的遗传病
16、调查媒体对生物科学技术发展的报道
17、种群密度的取样调查
18、设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性
19、调查环境污染对生物的影响
20、观察SO2对植物的影响
21、收集有关生态农业的信息，根据当地农业生产情况，设计一个农业生态系统
22、学习微生物培养的基本技术（培养基制备、接种培养等技术）
23、收集有关生物工程产业发展的信息，并做交流报告
24、调查生物工程制品在社会生活中的应用，并写出调查报告
六、有关的实验方法
在高中生物学教材中，除了有一些学生的动手实验外，还有大量的结合知识内容所列举的实验。
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