1、四、实验设计设计和完成实验的能力也是高考“考试说明”要求学生掌握的一项基本能力。1 实验设计的基本内容1.1 实验名称 是关于一个什么内容的实验。1.2 实验目的 要探究或者验证的某一事实。1.3 实验原理 进行实验依据的科学道理。1.4 实验对象 进行实验的主要对象。1.5 实验条件 根据实验原理确定仪器和设备；要细心思考实验的全过程。1.6 实验方法与步骤 实验采用的方法及必需（最佳）操作程序。每一步骤都必须是科学的；能及时对仪器、步骤进行有效矫正。1.7 实验测量与记录 对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。1.8 实验结果预测及分析 能够预测可能出现的实验结果并分析导致的
2、原因。1.9 实验结论 对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。注：关于“假设” “预期” “结果”与“结论”的辨析(1）假设“假设” ，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，也是对所提出的问题作出的参考答案，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。如“孟德尔分离现象解释验证”的测交实验中，提出的假说是：“F I（Dd）产生配子时，因等位基因分离，使得 FI 产生含基因 D 和基因 d 的两种配子，且其数目相等。 ”再如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验中，提出的假说应为：当细胞外溶液浓度细胞液浓度细胞失水当细胞外溶液浓度细胞液浓度细胞吸水（2）预期
3、“预期”是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理，得出假定性结果或推论，即“假如假设成立，则应有何种结果” ，如“孟德尔分离现象验证实验，假如假说成立则有测交的后代应出现 Dd 与 dd 为 1：1 的结果，即高茎与矮茎数量比应为 1：1” ，而“观察植物细胞质壁分离与复原实验”中，假若假设成立，则应有处于高浓度（30）蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞因不断失水质壁分离，而处于清水中的已分离细胞因细胞吸水质壁分离复原（3）结果：结果应为实验实际出现的情况，如“孟德尔分离现象解释实验”中出现的结果为“得到的 64 株后代中，30 株
4、高茎，34 株矮茎，两种性状分离比为 1：1”而“质壁分离复原实验”中处于 30蔗糖溶液中的洋葱表皮细胞果真发生了质壁分离，而处于清水中的已分离细胞果真发生了复原现象。（4）结论：结论的得出须依据实验结果，即若出现的结果与预期结果一致则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立” ，若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立” 。由此可知， “假设”应对应“结论” ， “预期”应对应“结果” ，在实验讨论时应注意描述的科学性即“如果出现何种结果，则应有何种结论” ，例如用检测呼吸装置的红色液滴检测酵母菌呼吸类型时，应为若液滴向左移动则推出什么结论，若液滴向右移动则推出什么结论，而
5、不能描述为“若为有氧呼吸，则液滴向哪移动” ，再如在验证淀粉，碘液能否通过半透膜时应描述为“若袋内外液体均变蓝（结果或现象） ，则淀粉、碘液均能通过半透膜。”而不能描述为“若淀粉、碘液均能通过，则袋内外液体均变蓝” 。2 实验设计的三个原则2.1 对照性原则科学、合理的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。“实验组”与“对照组”确认一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 3 题中为研究光对幼苗生长的影响
6、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。按照对照方式的不同可分为 4 种：空白对照：即不作任何实验处理的对照组。例如，在还原糖鉴定实验中留一部分样液不加入斐林试剂，以作对照。相互对照：即不设控制组，只在几个实验组之间相互对比。例如，在植物激素与向性的设计实验中，5 个实验组的相互比较。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。条件对照：即给对象施加某种实验处理，虽不是检验假设需要的，但更能充分说明实验变量的对照。例如，动物激素饲喂小动物的实验方案中：饲喂甲状腺激素的为实验组；饲喂
7、甲状腺抑制剂的是条件对照组；不饲喂药剂的是空白对照组。自身对照：即实验与对照在同一对象上进行。例如，将过氧化氢酶加入过氧化氢溶液中证明酶是生物催化剂可催化过氧化氢水解，即自身对照，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。再如: 在探究温度( 或 pH)对酶催化活性影响实验中温度(或 pH)(0 度、50 度,100 度) 为条件对照。清水(软水) 、河水( 硬水) 对加酶洗衣粉影响中，清水(软水) 、河水( 硬水) 为相互对照。用缺素营养液培养的出现缺素症状的植株加入某元素后恢复正常为自身对照。2.2 等量性原则每次实验所加试剂的量要相等。2.3 单因子变量的原则。实验变量剖析在实
8、验过程中变量是指可被操纵控制的在性质和数量上可以变化的特定因素或条件，具体分析如下实验变量与反应变量：a实验变量是研究者主动操纵的条件和因子，是作用于实验对象的刺激变量（也称自变量） ，自变量须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。b反应变量（又称因变量） ，是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，反应变量是研究是否成功的证据，应具可测性和客观性。c.二者关系：实验变量是原因，反应变量是结果，即具因果关系。无关变量（控制变量）是指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量，实验者应严格控制无关变量，否则实验结果的真实性无法得到认定、我们常在实验过程中强调“选取生长状况相同的幼苗” “数
9、量大小相同的种子” “置于相同并适宜条件下培养” “加入等量的清水”等均是为了控制无关变量对实验结果的干扰。【案例剖析】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） ，适温(60） ，高温（沸水） ；酶的活性变化即反应变量；试管的洁净度，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。 3 实验设计的4性3.1 科学性：这是实验方案设计的首要原则（原理、
10、操作、程序、方法正确）。3.2 安全性：尽量避免危险性操作（如果必须使用，要注明，防止环境污染和人身伤害）。3.3 可行性：实验设计应切实可行，所选取药品、仪器、设备在中学现有实验室内能够完成。3.4 简约性：实验方案尽可能简易方便（用药少/步骤少/时间短）。总之，a.原理正确，b.效果明显，c.装置简单，d.操作安全。4 实验设计的基本要求设计一个实验，需要考虑以下几点：4.1：确定实验目的：如验证或探究哪一生物学现象。实验目的就是实验的方向。4.2:实验原理（实验所依据的科学道理）：达到目的所采用的理论依据。4.3:实验对象： 达到目的所采用的生物材料。4.4:实验条件：达到实验目的所必备
11、的条件。4.5:制定实验步骤：要达到实验目的，必然是一个逐步进行实验的过程。需要制定一个计划，第一步做什么，第二步做什么，最后做什么。前一步是后一步的基础，步步相连，最终取得一定的现象和结果。为了使实验设计清晰明了、富有条理，具体的实验步骤要用“1、2、3”或其它顺序符号表示。实验过程中如果用到了两个以上相同的器材，也应对其进行编号，以防混淆。4.6:实验现象的观察和记录：确定能观察到的实验现象，并进行记录。4.7:实验结果的分析等。5实验设计的基本过程：5. 1、确认原理、提出假设； 5.2、构思过程选择方法（如是否用对比实验法） ；5.3、设计步骤；5.4、分析结果、得出结论；5.5、认定
12、结论。6根据条件设计实验的基本技巧：6. 1、要充分利用题目所给条件、材料用具及有关提示；6. 2、过程要完整，且衔接合理；6.3、要注意各步骤的顺序。有时顺序一乱，就会出现科学性的错误；6. 4、设计方案要充分联系教材中的有关知识点及相关学科的有关知识点；6.5、设计过程中涉及到的理、化知识，要按照相应学科的要求完成，如化学反应式的写法等；6.6、设计完毕，要自己通读并逐步认定，检查有无缺陷。7 探究性实验与验证性实验的比较7.l、概念(1）探究性实验：指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。（2）验证性实验：指实验者针对已知
13、的实验结果而进行的以验证实验结果、巩固和加强有关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复性实验。7.2、比较表探究性实验 验证性实验实验目的 探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系验证研究对象的已知属性、特征以及与其他因素的关系实验假设 假设一般采用“如果A，则B” 的形式表述， 因结论是己知的，因此不存是根据现有的科学理论、事实对所要研究的对象设想出一种或几种可能性的答案、解释 在假设问题实验原理 因探究内容而异 因验证内容而异实验过程 应有的实验步骤实际上并未完成，因探究内容而异 应有的实验步骤，可以是曾经做过或尚未做过的，因验证内容而异实验现象 未知，可以不描述 已知，应准确描述实验结果预测 对应假设，分类讨论。一般需讨论“如果出现结果会怎样，如果出现结果或又会怎样” 。但有时也会出现“预测最可能的结果”的问题此种情况应根据已有知识推测最合理的结果。无 实验结论 无 对应实验目的做出肯定结论
