高中生物实验设计的原则和方法，本文主要内容关键词为：原则论文,方法论文,高中生物论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着高考改革的深入，生物实验命题的趋势呈现出新的发展方向，“实验设计题”由于能较全面地考查学生的实验知识和基本技能、分析问题和解决问题的能力以及创造能力，因而成为高考理综考试以及生物单科考试的“压轴题目”。但由于学生缺乏实验设计的有关理论知识，遇到这类题型，就会感到茫然，无所适从。为解决这一问题，现就有关生物实验设计的一些原则和方法略作归纳，以期增加学生的理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力。
一、实验设计的基本理论
实验设计是指正式进行科学实验之前，根据一定的目的要求，运用相关的科学知识和原理，对实验过程中的材料、手段、方法、步骤等全部方案的制定。
一个比较完整的实验设计方案，一般包括以下内容：实验题目、实验目的、实验原理、实验材料、实验用具、实验假设、实验预期、设计实验步骤、观察和收集数据、分析、推论、交流。
在设计一个完整方案时应遵循一些基本原则。
二、实验设计的基本原则
1.科学性原则
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。
2.可行性原则
指在设计生物实验时，从原理、实验的实施到结果的产生，都要具有可操作性。
3.严谨性原则
欲使实验设计完整、无漏洞，必须注意严谨性。
4.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，实验操作过程比较简单，实验步骤比较少，实验时间比较短。
5.可重复性原则
任何实验都必须要有足够的实验次数，才能判断结果的可靠性。设计的实验不应该只能进行一次，在无法重复的情况下，作为正式结论，这样的结论容易被推翻。
6.随机性原则
指被研究的样本是从总体中随意抽取的，意义在于：可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；平衡各种条件，减少实验结果中的偏差。
7.实验条件的一致性原则
在实验中，除欲处理的因素外，其他诸实验条件必须保持前后一致，不能在实验过程中随意变动，否则可能有未被控制的因素干扰实验结果。
8.单一变量原则
在实验中“变量”是一个非常重要的要素。
（1）变量（因子）：指实验过程中被操纵的特定因素或条件。如：“温度对酶活性的影响”实验中的“温度”就是变量。一般可分为两类：①实验变量和反应变量：实验变量（自变量）是一种假定为原因的变量，是由实验者主动操纵的给定的因素或条件，通过它的变化来引起其他变量发生变化。反应变量（因变量）是指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。一般实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的即在于捕获解释这种前因后果。②无关变量和额外变量：无关变量（控制变量）是指除实验变量以外的一切可能影响实验现象和结果的因素或条件。额外变量（干扰变量）是指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。额外变量会对反应变量起干扰作用，所以实验的关键在于控制无关变量进而减少额外变量。
（2）单一变量原则：有两层含义：①确保“单一变量”的实验观测，要做到一个实验变量对应观测一个反应变量。②确保“单一变量”的操作规范，在实验实施中要避免无关变量及额外变量的干扰。简单地说，实验中不论有几组实验，只要控制无关变量不变，改变实验变量，观察其对反应变量的影响。
9.控制与平衡控制的原则
实验在严格操纵实验变量以获取反应变量的同时，还要严格地均衡无关变量以消除额外变量。该原则主要针对的是对无关变量和额外变量的控制。一般实验中的无关变量很难避免，只有设法平衡和抵消它们的影响。增设对照组是常用的方法。
（1）单组实验法：对一组（或一个）对象，既用甲法、又用乙法，顺序随机或轮流循环。
（2）等组实验法：将状况相等的对象，分成两组或多组，一组用甲法，另一组用乙法。
（3）轮组实验法：对两组或两组以上的对象，轮番循环两个或两个以上的处理，如A组——甲法、乙法；B组——乙法、甲法等。这样能有效平衡和消除无关变量的影响。
10.设立对照原则
这是中学实验中最常用的原则，通过设置对照实验，既可以排除无关变量的干扰，又可以增加实验结果的可信度和说服力。在一个对照实验中，一般应设计实验组和对照组。
实验组：是接受实验变量处理的对象组。
对照组（控制组）：对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。
一般有以下几种对照。
（1）空白对照：给对照组施以对研究对象没有任何影响的处理因素或不给对照组任何处理因素。所谓“空白”绝不是什么影响因素都不给予，而是针对实验组所要研究的因素给予空白，以突出或纯化所要研究的因素。
（2）条件对照：给对象组施以某种实验处理，但不是所要研究的处理因素，而是作为对照意义的。
（3）自身对照：指实验组和对照组在同一研究对象上进行，不另设对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验，是典型的自身对照。自身对照处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组，该方法较简便。
（4）相互对照：不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照。
（5）标准对照：生物体的某些生理、生化项目也都有相应的标准，因而将实验数据与规定的标准值相比较，即可确定其正常与否。
（6）阳性对照：给对照组施以已经被证明是一种有效的处理因素。
三、实验设计的基本方法
有人说：知识+方法=能力。因此教师在“授之以鱼”的同时，还必须“授之以渔”。在做实验设计题时，可以从以下几个方面把握。
1.准确把握实验目的和实验原理
实验目的是整个实验设计的灵魂，所有实验步骤的设计都要围绕这个核心来进行。通过仔细审题，要明确该实验要解决的问题或者要探究、验证的“生物学事实”是什么。只有明确了实验目的，下一步实验才能有的放矢、顺利展开。在题中实验目的往往以“验证……”、“证明……”、“探究……”、“观察……”、“调查……”、“鉴定……”、“分离提纯……”等形式呈现出来。如：必修一的实验五“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”，这就是实验目的。而实验原理是实验要依据的科学根据、生物学原理，实验原理是实验设计的根据和出发点，有了实验原理的指导，实验设计就有了方向性。明确实验原理可以帮助理清实验设计思路，合理安排实验步骤，正确分析实验结果和结论。
2.明确实验变量和反应变量以及无关变量，精心策划实验方法
实验变量是该实验所要研究的变量，一般是题目已知的或可以根据题目提供的已知条件来获取的。反应变量是实验中由实验变量而引起的变化和结果。在实验中实验变量是可以人为改变实验条件，该条件的改变将引起反应变量的相应改变。确定实验变量的方法是：往往要“验证什么”、要“证明什么”、要“探究什么”，“什么”就是实验变量。无关变量的排除方法主要是设置对照实验，在对照组和实验组中，无关变量必须做到相同且适宜，以抵消或排除无关变量对研究对象的干扰。实验方法的精心策划是整个实验设计的精髓，是一个好的实验设计最富创意的闪光之处，也是搞好实验设计的关键所在。根据实验原理和实验要求，结合实验条件分清是定性实验还是定量实验，从而确定实验变量的操纵方法、无关变量的控制方法、反应变量的检测方法等。
3.严格设置对照实验，正确书写实验步骤
基本的实验方法选定以后，紧接着就要设计具体的操作细节，这些操作细节的设计要合理规范、切实可行、言简意赅。大多数实验要求具备对照实验，对照实验设置的质量高低将会直接影响到实验结果的精确度和说服力。对照实验的类型有多种，究竟采用哪一种对照方式还要根据具体的实验具体对待。书面表达是解答实验设计题最关键的部分，在书写实验步骤时应注意以下几点。
（1）步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙述，并加以编号。
（2）为使叙述更简洁，对试管、烧杯等一般要加以分组、编号，如A、B或甲、乙等。
（3）叙述中尽量要用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如“等量”不宜说成“一样多”，“振荡”不宜说成“摇动”等。
（4）一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化描述，尽可能用“定性”的语言表达。实验设计中适时出现“其他培养条件相同”、“培养一段相同时间后”等都是很好的得分点。
（5）题目给出的实验材料和试剂一般应充分利用；除非题目条件允许，否则不能自己随意增减实验材料和试剂。
（6）由于实验设计是一种开放性试题，可能存在多种实验步骤，但一般应遵循简便性、可行性、安全性和精确性的要求。
4.记录实验现象，收集实验数据
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，还可以用数据符号或表格进行记录。
5.准确预测实验结果，得出科学结论
实验设计方案完成后，根据理论知识和实验原理对实验结果作出预期分析，对可能出现的现象进行预测性判断。实验结果的预期有两种情况：一种是验证性的实验，其假设是既定的，那么实验结果的预期一般是唯一的，要么支持要么不支持，两者都是对假设的证明。另一种是探究性实验，预期结果有多种可能，一般要注意这类实验预期的完整与准确，必须将可能出现的实验结果都写下来，结果当然也就有多种可能。结论与结果是不同的，结论是在结果的基础上，通过推理揭示出隐藏在事实背后的规律性的东西，结果和结论的书写方法一般为：如果出现……（结果），则说明……（结论）。
掌握了实验设计的基本方法后，具体到不同的题型还会有不同的处理方法。常见的题型有以下几种：实验方案补充题、实验方案评价题、实验结果预测和分析题、实验方案设计题、开放性实验设计题等。不同题型的具体分析处理方法在这里就不一一赘述。
俗话说，“教学有法，教无定法”。实验设计题虽然是学生感觉最难、最不易把握的一类题型，但如果掌握好基本的原则和方法，再适当地做些练习，相信一定能克服这一难题的。