高中生物实验技能(实验设计的基本原则)

高中生物实验设计的一般原则不论哪一种类型的实验设计，都必须遵循实验设计的一般原则：1．实验设计要遵循科学性原则实验设计的科学性，是指在设计实验时必须有充分的科学根据。

是指实验目的要科学，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，实验操作程序要规范，整个设计思路和实验方法不能偏离生物学基本知识、基本原理。

即：实验的原理要科学，实验材料的选择要科学，实验的方法步骤要科学，实验的结果、结论要科学。

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、不同方面全面地分析问题就是科学性的基本原则。

如探究细胞衰老的原因时，要考虑到不同物种、不同性别、不同年龄、不同环境等多方面的因素，要综合考虑，全面分析。

要有充分的依据，科学地设计才能得出正确的实验结论。

2．实验设计要遵循对照性原则没有对比就没有鉴别，对照性原则是实验设计的最基本的原则。

对照有多种形式：有空白对照（对照组不加任何处理因素。

如研究甲状腺激素对蝌蚪个体发育的影响时，实验组的饲料添加甲状腺素，对照组的饲料不添加任何制剂）、条件对照（如探究唾液淀粉酶的活性需要有适宜的PH值，设立过酸、过碱、接近中性实验条件，进行相互对比）、自身对照（对照与实验在同一受试生物上进行。

如观察一条雄性鲫鱼对注射雄性激素前、后的活动变化情况）、相互对照（不独立设立对照组，而是几个实验组之间相互对照。

如比较过氧化氢酶和氯化铁对催化过氧化氢水解反应的催化活性。

）、标准对照（不设立对照组，实验结果与标准值或正常值对比。

如测试人体摄入500克葡萄糖80分钟后血糖浓度是否正常）。

设计实验时可根据实验研究的目的和内容加以合理选择。

3．实验设计要遵循变量唯一性原则变量唯一性原则也叫单一变量性原则，指的是在一组实验中实验组和对照组之间只能有一个反应变量。

任何一个生物学实验，影响其结果的变量都是多方面的，控制其他变量相同，只改变所要研究的某一变量，通过设立对照组，观察其对实验结果的影响。

(2017·全国Ⅰ，29)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒①两种类型。

有些病毒对人类健康会造成很大危害。

通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。

假设在宿主细胞内不发生碱基②之间的相互转换。

请利用放射性同位素标记③的方法，以体外培养的宿主细胞④等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型。

简要写出(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可。

(要求：实验包含可相互印证的甲、乙两个组⑤)审题关键信息①：病毒营寄生生活，由蛋白质和核酸组成，核酸是DNA或RNA，只含有二者中的一种，DNA和RNA在化学组成上的区别如下：信息②：强调了碱基，二者碱基的区别：DNA特有T，RNA特有U。

信息③：放射性同位素标记法是指用放射性同位素替代某化合物中的特殊元素，来追踪该化合物的运行和变化规律。

回忆相关内容：信息④：联想T2噬菌体遗传物质的探究实验和病毒的寄生特点，标记病毒需要先用含有放射性元素的培养基培养宿主细胞，再让病毒去侵染标记的细胞，子代病毒就会被标记。

信息⑤：甲、乙两组要形成对比，结合信息①、②、③、④可判断出，应分别用放射性同位素标记DNA成分中的T和RNA成分中的U。

参考答案(1)实验思路甲组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的尿嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。

培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

乙组：将宿主细胞培养在含有放射性标记的胸腺嘧啶的培养基中，之后接种新病毒。

培养一段时间后收集病毒并检测其放射性。

(2)结果及结论：若甲组收集的病毒有放射性，乙组无，即为RNA病毒；反之为DNA病毒。

错解例析错例：用含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基培养病毒。

一段时间后收集病毒并检测其放射性。

错因分析：没有分成甲、乙两组，而是用同时含有放射性同位素标记的尿嘧啶和胸腺嘧啶的培养基来培养，不能形成对照。

病毒不能直接用培养基培养，这样设计不科学。

实验设计遵循的四大基本原则1．单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。

生物学实验设计的基本原则和注意事项科学是以实验为基础，实验是科学的生命源泉。

对于生命科学而言，实验同样具有举足轻重的地位。

实验不仅意味着某种精确的操作，而且更是一种思考和探索的方式，所以，生物实验题特别是探究试题，在近几年的高招试卷中，出题频率明显逐年加大。

签于此，若能对高中生物实验方面的设计原则及要注意的事项等进行梳理和总结，对推行素质教育，培养学生探索能力和创新能力，提高实验教学质量，无疑是大有裨益的。

一、实验设计的基本原则1.1科学性原则是指实验的原理要符合科学原理,实验结果的预期要有科学依据,实验的各个环节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。

科学性原则具有两个方面的含义。

首先，必须保证实验的设计不出现科学性错误；其次,实验设计要具有科学思想和科学方法的因素.具体来说,生物学实验设计的科学性原则体现在以下几个方面:1.1.1 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。

1.1.2 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。

例如,孟德尔选用严格自花传粉的豌豆作为杂交实验的材料以及植物细胞的质壁分离和复原实验选用紫色洋葱鳞片叶表皮细胞作为实验材料都是经典的成功选材的范例。

1.1.3 实验方法的科学性巴甫洛夫有句名言,方法掌握着研究的命运。

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。

如证明植物细胞呼吸释放CO2的实验时作如下设计：通入的空气首先经过NａOH溶液除去其中的CO2，再经过Ca（OH）2溶液检验CO2是否除尽，最后才通入装有萌发种子的密封瓶中。

只有经过这样的步骤，才能排除干扰因素（空气中的CO2），才能证明瓶中排出的CO2确实来源于种子。

1.1.4 处理实验结果的科学性，这是指对于实验得出的结论不能简单对待，而应该首先作出记录，然后整理，最后再经过仔细分析，找出它们所能够透露给我们的最大信息量。

高中生物实验设计的三个原则实验设计的三个原则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：①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。

②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。

③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。

④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.等量性原则——每次实验所加试剂的量要相等。

3.单因子变量的原则。

实验变量剖析：在实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①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。

高中生物的实验原则1、对照原则阳性对照：给对照组施以已经被证明是一种有效的处理因素。

空白对照：指不做任何实验实验的对照组或不给对照组以任何处理因素。

值得注意的是，不给对照组任何处理因素是相对实验组来说的，实际上对照组还是要做一定的处理，仅仅不加实验组的处理因素，或者说相对于实验组来说，除实验变量外，别的处理与实验组完全相同。

空白对照能明白地对比和衬托实验组的变化和结果，增加说服力。

通常未经实验因素处理的对象组为对照组，经实验因素处理的对象组为实验组;或处于正常情况下的对象组为对照组，未处于正常情况下的对象组为实验组。

自身对照：指对照组和实验组都在同一研究对象上实行，不另设对照。

自身对照方法简便，关键是看清实验处理前后现象变化的差异。

实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。

相互对照：不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照，其中每一组既是实验组也是其他级别的对照组。

在等组实验法中，若不设空白对照，则大都是使用相互对照。

相互对照较好地平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果具有说服力。

条件对照：指虽然给对象施以某种实验处理，但是这种处理是作为对照意义的，给定的处理因素正是为了保证实验中对照组与实验组相比仅仅少了实验变量的影响，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。

通常施以条件因素的对象组为对照组，施以实验因素的对象组为实验组。

标准对照：生物生理、生化的某些项目也都有相对应的标准，将观察测定的实验数值与规定的标准值相比较，以确定其正常与否的对照方法。

2、单一变量原则理解该原则，应弄清几组变量：即实验变量与反应变量，无关变量与额外变量。

①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(又称因变量或应变量)，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。

处理生物实验设计题的基本步骤、原则方法及技巧一、生物实验设计题的基本步骤在解答关于实验设计的题目时的基本步骤如下：①实验的目的和要求；②明确实验原理；③确定实验对象和条件；④确定实验思路；⑤设计实验步骤（考虑对照组）；⑥预期实验结果；⑦对实验结果分析和讨论。

下面以一道高考题为例加以说明。

[例题] 血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，它缺乏则血液不能凝固；草酸钾溶液与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。

请根据提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果。

验证钙离子在血液凝固过程中的作用，并回答问题：1．实验的材料和用具：①家兔 ②生理盐水 ③酒精棉 ④适宜浓度的草酸钾溶液 ⑤适宜浓度的氯化钙溶液 ⑥试管、注射器（针管、针头）2．实验步骤和结果：第1步：在A 、B 试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水第2步：……………问题：设置B 管的目的_______。

（答案：作为A 管的对照）[分析](1)明确实验的目的和要求：此实验的目的、要求是验证钙离子在血液凝固过程中的作用。

(2)明确实验的理论原理：此实验的原理是①血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，缺乏则血液不能凝固；②草酸钾溶液与血液中的钙离子发生反应,形成草酸钙沉淀,起抗凝作用。

(3)确定实验的对象和条件：对象是兔血；条件是常温常压。

(4)确定实验的思路：根据目的、原理确定本实验思路，观察血液中有钙离子和无钙离子2种情况下，血液的凝固情况，以验证钙离子在血液凝固中作用。

同时为了达到此目的，我们还需要创造有钙离子和无钙离子2种条件。

(5)设计实验的步骤（考虑对照组）：根据实验思路，结合题中所给的材料和用具，设计实验步骤，本题中已经给出第一步，明显看出A、B两只试管是一组对照，所以在以后的几个将要设计的步骤中要注意有关事项，如试剂用量、控制条件。

本题设计步骤如下：第二步：用酒精棉消毒注射器和家兔，用注射器取家兔的血液；第三步：立即将等量的新鲜血液分别加入A、B两只试管中，静置一段时间；第四步：将等量的氯化钙溶液分别A、B两只试管中，静置一段时间后观察结果。