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浅谈高中生物实验设计中的原则

生物学是一门以实验为基础的自然科学，现代生物学的发展尤其依赖科学实

验。结合生物学学科的特点，利用实验教学培养学生的科学素质将是一个更直接

的切入点。就其作用来说，生物学实验能激发学生的学习兴趣，提供学生认知的

学习情景，使学生获得生物学知识；生物学实验十分突出科学研究的过程、学习

科学研究的方法，通过实验能培养学生的多种能力：实验观察能力、实验操作能

力、收集和处理信息的能力、思维能力、初步研究能力和创造能力。所以，生物

学实验本身的特点及其在生物学教学中的地位决定了它在生物学教学中的有着

举足轻重的重要作用，特别在高考中，占有相当大的比分。为了提高学生的实验

探究能力，首先要使学生掌握实验设计应遵循的基本原则。

一、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。

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。

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。

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。

二、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。

三、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”