发布者：陈兴松 发布时间：2019-05-29 浏览数( -) 【举报】
一．实验设计的“四段论思考方法”
实验设计题是以教材中的常规实验为基础，注重考察考生能力的一类新题型，无论在练习还是考试中学生都普遍感到无从下手，尤其是关于实验步骤叙述的题目更是感到难以下笔。
本人根据近几年的教学实践，摸索归纳出了一套简便可行的思考方法，即：“分析、准备、对照、观察”四段论思考方法，只要让学生掌握了这一思考方法的基本原理及实质，并加以适当的巩固练习，学生分析问题、解决问题的能力都会有明显的提高。
现将此方法叙述如下：
（一）分析
1． 分析实验目的
首先分析实验命题是探究性，还是验证性，因为这将直接关系到实验结果和结论的叙述与表达。
如果是探究性实验，则结果和结论有多种可能，如果是验证性实验结果和结论就是一种，并且结论和原命题一致。如果是探究性实验，则结果和结论的预期表达模式为若 （结果） ，则说明 （结论） 。
2、 分析实验原理
实验原理是实验设计的根据和出发点，有些题目的实验原理是题目中现成就有的，有些题目的实验原理是隐含的，也就是说题目中没有，但在教材上出现过的知识点。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。
3、 分析实验仪器、药品和实验材料
因为实验步骤的叙述和表达同实验仪器、药品和材料的作用密切相关，要想准确表达步骤，就必须对实验仪器、药品和材料的作用有准确地理解。同时也可确定实验变量，从而确定实验组和对照组。
4、 分析实验对照条件
大多数实验要求具备对照实验，只有准确地分析了对照条件，才能设计怎样做对照实验，即怎样设置对照条件，提高实验的精确程度。实验对照条件可从实验目的和实验材料中去获取。
（二）准备（即分组编号的表达）
准备一般是指做实验的开始部分或步骤，也就是做实验的准备工作。根据实验题目的不同，准备步骤有些简单，有些比较复杂，因此在实验步骤的叙述中准备步骤可以用一步，也可以用两步叙述。叙述一般有分组编号、实验前测量、饥饿处理等。
（三）对照（变量处理的表达）
高中生物实验题一部分为验证型题目，一部分为探究性题目，无论是验证性还是探究性题目，为了加强实验的说服力和实验结果的精确程度，一般情况下都要做对照实验，对照实验设置的质量高低将会直接影响到实验结果的说服力。对照实验有些是空白对照，有些是相互对照，有些是自身对照等，究竟采用那一种对照方式还要根据具体的实验具体对待。而且根据实验的不同，有些对照实验较简单，有些比较复杂，有些设置非常巧妙，有些则用到教材上的原理和理论。
（四）观察（观察指标的表达）
观察是生物实验设计题目的最后一个步骤，因为生物实验的结果一般是根据实验中的化学反应原理、生物的生长原理、生物的生理原理等得出的。因此，实验中应该根据不同的原理进行有区别的观察，如观察颜色变化，加入化学物质的特殊颜色变化，气体放出的快慢多少，生物体或者生物材料的生长长度、方向、体积、重量等的变化。
另外，还应该说明什么时间观察或测量以及观察或测量的项目，并且作好记录，为对照提供准确的数据，从而为实验命题和结论的得出提供保证。
二．基本步骤：
第一步：分组编号：取器材编号（该步骤要注意所取器材要等同、等量等条件，还要设计好分几个组）
第二步：变量处理：按照实验要求分别对实验组和对照组进行处理，体现单一变量原则和等量原则。如验证甲状腺激素的生理作用实验中，每日用灌胃器给甲组小鼠灌喂甲状腺激素溶液，给乙组小鼠灌喂等量的蒸馏水。
第三步：培养或观察：把两个组放在相同的条件下培养或观察。如把两组小鼠放在适宜、相同的环境中，定时测量与记录甲、乙两组小鼠的耗氧量和活动量。
第四步：预期结果与结论：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，归纳出一般概括性的结论，并用文字、图表、绘图等方法做一个简明的总结。
如果是验证性实验，预期是肯定，结论是对假设的肯定或否定。
如果是探究性实验，预期是不确定的，有多种可能，一般有肯定、否定和中间预期；结论也是不确定的，一般使用“如果……则……”或“若……则……”句式。
注意:书写（由简入细、关注细节）
(1)取材时，如果是动物材料，要说明“健康的、体重、年龄（月龄、日龄）、性别、生长发育状况（生理状况）相同，物种（品种）相同”。
(2)如果是植物材料，要说明“同一物种（品种），长势相同、生理状况相同”。
(3)注意材料是否需要预处理，如验证植物在光下进行光合作用实验中，植物的“饥饿处理”，叶片的“酒精煮沸处理等，注意编号，减少文字量。
(4)消除控制平衡无关变量的影响：“等量、适量、随机分组、分成数量相等的几组、适宜的条件”等。
(5)经过一段时间。
(6)观察、测量、记录、计算平均值等。
(7)表格中“表头设计”，曲线图和柱形图中“自变量（横轴）、因变量（纵轴）”的书写、单位等。
三．实验必须遵循的四大基本原则：
1．设置对照原则
(1)空白对照——不给对照组任何处理因素
如：在研究甲状腺激素促进蝌蚪发育实验中，先取同龄且发育状态良好、相同的小蝌蚪60只，分为两组放入容积相同的两个玻璃缸，加入等量的自然水和蝌蚪饲料；一组加入甲状腺激素，另一组不加任何药品，即空白对照。
(2)条件对照——给对照组施以部分实验因素，但不是所要研究的实验因素
如：在上述空白对照的举例中，如果取同龄且发育状态良好、相同的小蝌蚪60只，分为三组（编号甲、乙、丙）放人容积相同的三个玻璃缸，加入等量的自然清水和蝌蚪饲料；甲组加入适量甲状腺激素，乙组加入等量甲巯咪唑（甲状腺抑制剂），是条件对照，丙组不加任何药品，是空白对照。
（3) 相互对照——不单设对照组，而是几个实验组相互对照
如：验证植物根对矿质离子有选择吸收的特性，可把番茄和水稻分别培养在成分相同的培养液中，过一段时间后，测定培养液中各种矿质元素离子浓度的变化，就会发现番茄吸收Ca2+多，吸收Si4+少；而水稻吸收Si4+多，吸收Ca2+少。以上就是两个实验组的相互对照。
(4) 自身对照——对照和实验都在同一研究对象上进行
如：要研究植物根具有向重力性，茎具有背重力性，可把某一植株横放于培养基上，让其自然生长，经过一段时间后，便可观察到根向重力生长，茎背重力生长。这里，对照和实验都在同一个体上进行，属于自身对照。
2．单一变量原则
控制其他因素不变，只改变其中一个因素，观察其对实验结果的影响。如探索温度对酶活性的影响时，只能改变反应的温度，其他如pH、酶浓度等因素就要完全相同且适宜。
(1)实验变量（又称自变量）：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。即要验证谁则把谁作为变量，也就是要把所要验证的中心条件作为变量。如在“验证镁是植物生活的必需元素”中，其自变量应该是镁元素的有无；“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；“验证光合作用需二氧化碳”则把二氧化碳作为变量等。
(2)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。
(3)二者关系：实验变量是原因，反应变量是结果，即具因果关系。
(4)无关变量：与实验目的无关，但控制不好，会干扰实验结果的变量。
所谓单一变量原则，就是要尽可能控制无关变量的作用，以确保实验变量的唯一性。
3．等量原则
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。具体来说有如下四个方面：
(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。
(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，看起来似乎毫无意义，但最好还是要做。
4．平行重复原则
对所做的实验在同样条件下，进行足够次数的重复，不能只进行1～2次便轻易得出结论。需要选择的实验材料的样本数（如植株的数目、种子的粒数、实验动物的个体数等）不能太少，否则实验的结果不足以反映出生物学现象的本来面目。任何一项生物学实验，要有科学性，都必须能够重复，都必须经得起重复。