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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。

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原因。

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：

有些考题要求考生预测可能的实验结果，并推断相关的结论。

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：

“FI（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

“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”。

二、实验设计的主要基本原则

1科学性原则实验是人为控制条件下研究事物（对象）的一种科学方法；

是依据假设，

在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。

科学研究的过程本身就是科学，并不是说研究的结论才是科学方法。

因此，在实验设计中必须有充分的科学依据。

生物学实验中，一种生命现象的发生往往有其复杂的前因后果，从不同角度全面地分析问题就是科学性的基本原则。

如绿色植物新陈代谢中的物质代谢有各种细胞的参与，有各种物质在不同方面的变化。

分析问题、设计实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性。

科学性原则：

包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。

1实验原理的科学性

实验原理是实验设计的依据,也是用来检验和修正实验过程中失误的依据,因此它必须是经前人总结或经科学检验得出的科学理论。

如2000年全国高考考试题第25题，本题要求学生设计实验验证钙离子在血液凝固中的作用。

题中给出了两个实验原理；

血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，若缺少它则血液不能凝固；

草酸钙溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，因此具有抗凝血作用。

这两条原理科学而且完整，学生可由此产生明确的设计思路。

②实验材料选择的科学性

根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料，是保证实验达到预期结果的关键因素之一。

如“还原性糖鉴定实验”中以苹果或雪梨细胞组织液为材料，以及“植物细胞质壁分离与复原”实验中以紫色洋葱为实验材料等实验都是一些经典的成功选材的范例。

思考：

还原糖的鉴定、蛋白质的鉴定、植物细胞有丝分裂观察、叶绿体色素提取与分离、

植物细胞的质壁分离与复原、细胞质流动的观察等实验中应选择哪些实验材料才能得到较好的实验效果？

为什么？

③实验方法的科学性

只有科学而严谨的实验方法，才能得出正确而可靠的实验结果。

如鉴定蛋白质的实验中，根据蛋白质分子在碱性环境中与硫酸铜反应形成紫色的反应特点，实验过程中必须先加双缩脲试剂A液（质量浓度为0.1g/ml的氢氧化钠溶液），振荡后再加B液（质量浓度为0.01g/ml的硫酸铜溶液）。

而不能反过来，或把A液与B液混合后加入，这样均不能得到预期的实验结果。

在光合作用强度的检测实验中用绿光灯照射可看成是黑暗条件的依据是什么？

在鉴定光合作用产物实验中，为什么要对植物进行饥饿处理，这样做的科学性体现在哪里？

④实验结果处理的科学性

对于实验过程中得到的一些数据，现象或其它信息，不能简单处理，应首先整理后仔细分析，找出它们所能够透露给我们的最大信息量。

2.平行复重原则：

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。

任何实验必须有足够实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。

平衡重复原则要求控制某种因素的变化强度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。

由以上实验设计的特点来看，采用了平行重复的原则来进行，消除了无关变量与额外变量的干扰，可多次重复该实验，使得实验结果更加客观、科学。

3.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。

实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。

由于同一种实验结果可能会被多种不同的实验因素所引起，因此如果没有严格的对照实验，即使出现了某种预想的实验结果，也很难保证该实验结果是由某因素所引起的，这样就使得所设计的实验缺乏应有的说服力。

可见只有设置对照实验，才能有效地排除其它因素干扰结果的可能性。

才能使设计显得比较严密，所以大多数实验，尤其是生理类实验往往都要有相应的对照实验。

如何设置对照实验呢？

所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。

对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。

具体来说有如下四个方面：

①所有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或至少大致相同。

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，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是要作同样的处理。

设置对照组有4种方法：

（1）空白对照：

即不给对照组做任何处理；

例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，

实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。

课本中涉及到的用甲状腺制剂饲喂蝌蚪与正常情况下蝌蚪不作任何处理对照就属于空白对照；

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。

（2）条件对照：

即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；

这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。

例如，在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组（饲喂甲状激素），乙组为条件对照（饲喂甲状抑制剂）；

不饲喂药剂的是空白对照组;

课本中涉及到温度对淀粉酶活性影响的实验中0℃、100℃等温度下的对照则为条件对照；

，显然，通过条件对照．实验说服力大大提高。

（3）自身对照：

指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组；

例如

“质壁分离与复原”实验，自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。

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。

课本中涉及到将过氧化氢酶加入H202液中说明酶是生物催化剂，则属于自身对照；

（4）相互对照：

不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。

即实验与对照在同一对象

上进行.这种方法常用于等组实验中。

“植物向光性”实验中，利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。

证明玉米根的生长方向与地心引力的关系实验中不同方向放置的玉米种子之间则属于相互对照。

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。

.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。

“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2018年春季高考题中为研究光对幼苗生长的影响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。

说明:

根据实验目的要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照组实验。

中学阶段所要求的实验设计一般多采用对照的原则，因为科学、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。

4.单因子变量原则和等量性原则

此两个原则都是在设计对照实验时必须坚持的原则。

所谓单因子变量原则，强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量，只有这样当实验组和对照组出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的，从而证明实验组所给实验因素的作用，因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置，至于将谁作为变量则很容易确定，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。

如要探索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；

要验证光合作用需二氧化碳则把二氧化碳作为变量等等。

等量性原则与单因子变量原则是完全统一的。

只不过强调的侧面不同，单因子变量原则强调的是实验变量的单一性，而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。

如在探索PH对酶活性影响的实验中，单一变量是PH，除PH之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量，而且要适宜的量，如对温度的控制不但要相同，而且要适宜，即要给予酶活性所需的适宜的温度，而不能控制在低温或高温条件下的等量。

不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。

1实验变量与反应变量：

实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，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。

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。

二者关系：

实验变量是原因，反应变量是结果，即具因果关系。

例如：

关于“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，“低温（冰块）、适温（37℃）、高温（沸水）就是实验变量，而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。

该实验旨在获得和解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）的因果关系。

2无关变量与额外变量：

无关变量（控制变量）是指实验中除实验变量外的影响实验结

果与现象的因素或条件。

即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。

由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。

也是前因后果的关系。

但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。

“唾液淀粉酶实验”中，除实验变量（温度）外，试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。

如无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同、不均衡，就会产生额外变量，影响实验的真实结果。

实验变量，或称自变量，指实验假设中涉及的给定的研究因素。

反应变量，或称因变量，指实验变量所引起产生的结果或结论。

而其他对反应变量有影响的因素称之为无关变量，观察其对实验结果的影响。

【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（冰水），

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。

三.实验设计的具体方法

1.实验设计的应对策略

A.理解实验原理对实验设计的重要作用

每一个生物实验材料的选择、实验装置的确定、实验步骤和实验方法的安排都不是随意的、盲目的，而是有其实验原理作为依据的。

实验现象和实验结果的预期也是依据实验原理而作出的。

可见，实验原理是实验设计的依据。

B.应认真研究实验课题.

找出其中的实验变量和反应变量，理解题目已知条件所隐含的意义。

明确实验目的、实验原理及实验要求的基本条件。

充分利用所给器材和试剂，构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获方法。

—般情况下，题目中所指定的器材、试剂，任何一种都应在实验的相关步骤中出现，避免遗漏或自行增加某种器材或试剂。

精心策划实验方法、严格设计实验过程、合理设置对照或变量，并引入科学的测量方法

C.反应变量的确定和控制

生物实验设计中，反应变量的确定非常重要，因为任何一个科学实验的结论都是从反应变

量所表现出的数量、质量或状态的事实中推导或分析出来的。

生物实验中很多反应变量就是实验条件。

设计实验时，应该根据实验目的和实验原理来确定对实验结果有影响的反应变量。

同时，对其他无关变量或非研究变量应进行控制。

对变量的控制所要遵循的原则是对照原则，即控制其他因素不变，而只改变其中一个因素（反应变量），观察其对实验结果的影响。

通过对照的建立，达到对变量的控制，这是生物实验设计的灵魂。

2.实验设计常用的一些基本实验方法及技术

使学生熟悉常用的实验方法和技术，理解每种方法和技术的适用情况并熟练掌握其操作技能，以便在设计实验时能进行迁移和利用。

主要包括以下几个方面：

（1）光学显微镜的作用适用于观察生物的微观结构，如细胞结构，包括光镜下可看到的各种细胞器。

要求学生熟练掌握显微镜的使用技术。

（2）临时装片、切片和涂片的制作适用于显微观察，凡需在显微镜下观察的生物材料，必须先制成临时装片、切片和涂片，如“观察植物细胞的质壁分离和复原”中要制作洋葱表皮细胞的临时装片，在“生物组织中脂肪的鉴定”中要制作花生种子的切片等。

（3）研磨、过滤适用于从生物组织中提取物质如酶、色素等，要求学生熟练掌握研磨过滤的方法，如研磨时要先将生物材料切碎，然后加入磨擦剂（常用二氧化硅）、提取液及其他必要物质，充分研磨之后，往往要进行过滤，以除去渣滓，所用过滤器具则根据需要或根据试题中提供的器材加以选用，如可用滤纸、纱布、脱脂棉、尼龙布等等。

（4）解离技术用于破坏细胞壁，分散植物细胞，制作临时装片。

（5）恒温技术适用于酶参加的生化反应，一般用水浴或恒温箱。

根据题目要求选用。

（6）纸层折技术适用于溶液中物质的分离。

主要步骤包括制备滤纸条、画滤液细线、层析分离。

（7）植物叶片生成淀粉的鉴定适用于光合作用的有关实验，主要步骤包括饥饿处理、光照、酒精脱色、加碘。

另外还有根尖培养、幼小动物的饲养、植物必需元素的鉴定、同位素示踪技术等。

3.实验设计的步骤

实验设计往往是解答实验题的难点，但只要理清思路，找准方法和突破口，也能化难为易。

实验的设计可遵循以步骤进行。

（1）了解题目要求:

认真读题

（2）写出实验名称:

指出是什么实验，

（3）写出实验目的:

弄清该题要验证或探究的是什么样的生物学事实。

即明确实验要解决什么问题。

一般在题干中有“验证……”、“证明……”、“探究……”，其后内容就是实验的目的。

有些实验需要对其去粗取精，提炼要点.

（4）写出实验原理:

就是完成该实验的理论依据是什么？

这就需要分析实验中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法，以及所依据的科学科学原理。

另外提供的实验仪器的使用方法和原理也是应考虑在内。

此过程要求学生利用储备知识独立分析、运用。

对所学知识运用要求较高，这是完成实验设计题目的的关键。

（5）写出实验操作过程:

大多数题目要求写出实验步骤，这是学生束手无策失分较多的地方。

总结下面一条书写模式，能够使书写条理，思路清晰。

A选材：

选材应保持条件相同（如：

日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠）

B编组标号：

研究对象、器皿等要编组标号，设立实验组和对照组；

C实验处理：

分别对实验组和对照组施加单一变量；

除实验变量外，对实验组和对照组的培养、饲养等条件应要相同，即控制无关变量。

后面步骤中要用到的东西，如果题目没有给出，则必须在前面的步骤中准备好，如实验中要用蔗糖液，而题目中只给出蔗糖，我们就要先配制好蔗糖液；

题目中如果已经给好（如给的是配好的试剂），则不能再配制了。

表格的设计：

要理清设计思路：

①首先要读懂题目要求在表格“工作区”记录的内容。

（题目中有明确的要求）②其次要明确表格的第一列写什么？

第一行写什么？

注意在第一列或第一行中肯定要写组别，即实验组和对照组（相互对照中组数可能更多）。

③再绘制表格（切记：

表格“工作区”是预留给所设计的实验中记录到的数据，而不是要学生造出数据来填入其中。

因此只要设计完成一张空白表格即可。

设计表格时，要先在草稿纸上画出表格轮廓，再写入答题纸中。

表格设计好后，切勿忘记给表格添上题注（即表格名称）。

坐标图的设计：

要理清横轴的含义？

纵轴的含义？

纵横轴的单位？

曲线的走势？

关键点？

D培养（或饲养）、观察、记录

观察记录实验现象和实验数据.

E实验结果分析或者预测实验现象:

要弄清题目的目的是“验证型的”还是“探究型的”。

如果是“验证型的”实验，则要根据所学知识和原理，分析得出应有的实验结果和推出相应的结论，（此时一般只有一个结果和相应的结论，且结论与实验目的相对应）。

若是“探究型的”实验，则要根据原理、目的，预测出可能的结果和推出相应的结论（此时一般有几个不同结果及相应的结论）。

预测结果“三步曲”

a实验预测

①验证性实验如“验证……”、“证明……”都可预测到与实验目的一致的结果。

联系实验目的得出结论。

结论是合理的、科学的、肯定的。

不少结论是在实验要验证的内容中寻找。

②探究性（预测结果“三步曲”）实验如“探究……”预测的实验结果不惟一，大多有三种可能：

“变量促进结果；

变量抑制结果；

变量与结果无关”，或“全肯定；

全否定；

一肯定一否定”等。

b很多实验是化学反应类型，肉眼观察不到，应该考虑加入批示剂，借助颜色变化或仪器辅助观察。

实验结果可采用文字描述、表格、坐标曲线等方式描述。

F实验结论通过现象、结果的分析，概括出规律性的问题，结论一般就是实验的目的。

注意：

●验证性实验中，实验目的、实验（或预测）结果和实验结论三者是一致的。

结果是指通过实验所观察到的实验现象或通过实验直接得到的“成果”。

●验证性实验中，由于要验证的结论是肯定的，因此无实验假设。

●在验证实验中，如果实验记录作为题目条件已出现，那么就可得到肯定的实验结论。

G讨论讨论的内容可以是实验中的内容，也可以是跟实验有关的其他问题。

这一规范并非一成不变，在运用时掌握基本原则，灵活处理，才能以不变应万变。

实验设计不是教材实验的简单再现，它来源于教材又与教材有别，体现了“源于教材，高于教材”的命题思路。

四、实验设计的类型

分为:

探究性实验与验证性实验

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。

验证性实验：

指实验者针对已知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

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，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

因结论是己知的，因此不存在假设问题

实验原理

因探究内容而异

因验证