关于实验设计

一、实验设计思路：

1.实验设计的含义：实验设计是在正式进行科学实验之前，实验者根据一定的目的和要求，运用有关的科学知识、原理，对实验过程中的材料、手段、方法、步骤等 全部方案的制定。

2.实验设计的原则：

（1）   科学性原则

所谓科学性，是指实验目的的要明确，实验要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定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。

（2）   可行性原则

可行性原则是指在设计生物学实验中，从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都具有可行性。

（3）   简便性原则

设计实验时，要考虑到实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验药品比较便宜，实验操作过程比较简便，实验步骤比较少，实验时间比较短。

（4）   可重复性

重复、随机和对照是保证实验结果正确性的三大原则，多年来为研究者所公认。因此，在实验设计中也必须注意实验的可重复性。任何实验都必须有足够的实验次数，才能判断结果的可靠性，设计的实验不能只进行1次，在无法重复的情况下，作为正式结论。

2.实验设计的内容

一个比较完整的实验设计方案，一般包括这样几方面的内容：（1）实验题目的确定（2）提出假说（3）设计实验方法和步骤（4）提出实验的预期结果（5）要观察和搜集的数据及方法。书写实验设计方案通常包括：实验课题、实验假说、实验预期、实验目的要求、实验方法类型、实验对照类型、实验材料用具、实验方法步骤和实验结论与讨论等项目。而晨中学生物课本的实验指导中，实验假说和实验预期大都隐 含在”实验原理”中。实验方法类型、实验对照类型则一般隐含在”方法步骤”里。

3.实验设计的关键环节

              （！）实验设计中的假说

              在实验设计中，每一个实验目的的确定，都是量个实验假说的形成过程。我们在作出实验假说时，必须在注意假说的预见性的同时，强调

客观性和多样性。

（2）实验材料和实验手段的选择

选择适当的材料和手段，是所设计的实验能否达到预期结果的

重要保证。

（3）反应变量的确定和控制

确定：根据实验的目的，来确定反应的变量。

控制：对照是实验控制的手段之一，对比实验是只有一个条件

不同，其它条件都相同的情况下所进行的一组实验，借此了解

条件和结果之间的关系。用于对比的实验对象一般称为对照。

设置对照，可以使实验结果更加真实可靠。

二、典型例题分析

题型一：给出实验用具、材料、药品、实验的目的，要求根据

所给器材设计实验方案。

例1：蛋清的主要万分是蛋白质，在碱性溶液中，蛋白质与硫

酸铜反应能产生红紫色物质，这是蛋白质的双缩脲反应。请根

据这一反应特征，利用下列材料，设计一个实验来证明人的唾

液淀粉酶是蛋白质。

实验材料：5％的氢氧化钠溶液、3％的硫酸铜溶液、水、试管、

滴管、脱脂棉球、镊子、小烧杯。

实验步骤：

（1）   收集唾液：

（2）       

（3）      

（4）       

例2、用狗作实验材料设计一个实验，证明动物生长激素的分

泌器官及其生理作用。

（1）实验材料用         时期的狗。

（2）实验处理：实验组一：

实验组二：

（3）观察现象：实验组一：

实验组二：

（4）结论：

例3：据药理研究，一种茅草的根内含有降血糖的因子及多种

有益于健康的成分，某公司将它开发成一种保健饮料。该产品

是否适用 于糖尿病患者，生物学兴趣小组的同学以此作为研究

课题，请你完成

下面的实验鉴定报告。

（1）   实验目的：鉴定一种茅草的根是否含有还原性糖和淀粉。

（2）   实验原理：还原性糖可用（       ）试剂，淀粉可用

（          ）试剂来检测

（3）   实验器材：一种茅草的根、所需试剂、刀片、载玻片、

洒精灯、试管夹、火柴、滴管。

（4）   实验步骤：

A：鉴定还原性糖：

 

B：鉴定淀粉：

 

（5）   实验现象：

 

 

（6）   实验结果分析：

 

 

（7）   在鉴定还原性糖的实验操作中应注意：

 

 

          例4：将一支黑藻放在水中，如图所示，计算藻靶放出的气泡数与进行的

光合作用的关系，改变灯与烧杯的距离进行的测定，结果如表。

灯与烧杯之间的距离（厘米）	气泡数（个\分）
10	1
20	13
30	8
40	6
50	5
60	4
70	3
80	2
90	1
100	0

          （1）画图表示表中数据。

（2）从表中你能得出什么结论？

 

（3）假设将灯放在距离烧杯30厘米处：

A：向水中放入几只小的活虾，会有什么影响？原因是什么？

 

 

B：剪掉黑藻的几片叶子，会有什么影响？原因是什么？

 

 

（5）   现给你补加如下器材及药品，请设计一个实验证明光合

作用需要二氧化碳：烧杯、洒精灯、石棉网、碳酸氢钠溶

液、稀醋酸、自来水

第一步：

第二步：

第三步：将黑藻在暗室中放2-3表，然后取两等份分别放入A/B装

置内，灯光在一定距离照射一段时间后取出，有乙醇脱色，清水漂

洗，滴上碘液，在显微镜下观察制片。A装置中的黑藻的叶绿体呈

蓝色，B装置中的黑藻的叶绿体呈淡黄色。

例5：请根据下述条件设计一实验，鉴别两种不同浓度的蔗糖溶液，

写出实验步骤并分析结果。一瓶10％的蔗糖溶液，一瓶30％的蔗

糖溶液，250ml烧杯一只，半透膜制成的透析袋一只，刻度玻璃管

1支，细线1根，支架1个。

（1）实验步骤

 

 

（2）结果分析：

 

 

题型二：只给出实验目的，实验器材自选，实验方案自已设计。

        例1：请设计一个于室外空旷处进行的实验，在不用任何药

剂、装置和触及幼苗的情况下，使盆栽幼嫩植物长成

如图所示形状。

（1）  设计实验方案

 

 

 

（2）  设计该方案的原理。

题型三：分析已有的实验设计方案中的不科学性

        例1：张强同学做了一次植物的水培养实验，培养液完全按该植物的

所需标准配制，在培养过程中又 及时补充该培养液。实验过程中，

第一周长势正常，第二周起出现缺素症状并且越来越严重。根据此

情况，张强同学采取了有效措施并成功地解决了问题。随后第三周

植物出现全株萎蔫，最后死亡。实验失败。请分析她的实验：

（1）   既然配制的是全素标准培养液，为什么还会出现缺素症状？

 

 

当时，张强同学采取了怎样的措施进行补救？

 

（2）   培养液中并不缺水，为什么植物到了第三周竟然萎蔫？

 

 

   为了解决这个问题，可以采取的措施是什么？

 

 

 

三、《植物向性运动的设计和观察》实验的设计过程，仅供参考。

（一）目的要求：初步学会设计植物向性运动实验方法，学会观察植物的向性运动。

（二）高考扩展能力要求：具有在特定情境下设计实验过程，分析实验结果，得出正确结论的能力。

（三）      实验原理：向性运动是植物爱到单向外界因素的刺激而引起的定向运动。运动方向随刺激方向而定，如植物茎的向光性，根的向地性等。

（四）      实验过程：

A：向光性实验

a)        用剪刀在不透光的纸盒 一侧挖一个直径为1厘米的孔，待模拟单侧光照时使用。

b)        将几株长势 相同但真叶尚未长出胚芽鞘的小麦幼苗依次排开，分别栽种在两 个花盒中。在幼苗的旁边插一根火柴杆，作为对比的参照物。

c) 将制作好的遮光罩扣住花盒（1号组用不透光的纸盒，2号组用

一侧带小孔的纸盒），白天将装置置于阳光充足的地方，夜间以台

灯代替光源，并使光从小孔中透入纸盒。

d)每天打开纸盒，观察幼苗的生长情况，记录下高度，倾余角及

当日温度、天气等情况，并间断地拍照，保留图片记录。但要注

意，打开纸盒观察实验现象的时间应尽可能地短，并保持透光孔

的方向与前次一致。

e)        实验记录：将观察日期、时间、环境条件（温度、天气）、幼苗

生长情况等列表记录。

f)         实验结果和结论：分析实验结果，得出结论。

g)       结果：2号组幼苗向光弯曲。

h)结论：单侧光刺激是引起植物向光性的外因。

B：向地性实验：

（1）       取4粒同样大小，已萌发并已长出胚根的玉米粒，平放在

一个培养皿内，使其胚根尖端部分朝向培养皿中央，各萌发的玉米

粒分别位于罗盘的东、南、西、北位置。

（2）       将滤纸剪成培养皿大小，盖在玉米粒上，然后再盖上湿棉

花，直到填满整个培养皿。注意不要将棉花塞紧，以免影响根的生长。

（3）       盖上培养皿盖，边缘用胶布封口，竖起培养皿，用橡皮泥固

定住。将竖立的培养皿放入恒温箱中培养，注意培养皿中玉米粒的位

置必须保持不变，使最上面的玉米粒的胚根垂直向下，最下面的玉米

粒的胚根垂直向上，左右2个玉米粒的胚根处于水平位置，

（4）       结果：长出的根都向地