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生物学是一门以实验为基础的学科，实验设计能较为全面地考查学生实验知识，实验技能，分析问题、解决问题以及创新能力，能很好地反映学生是否理解实验的原理，能否灵活地将实验知识迁移到不同的情境中并能解决实际问题。因此，在生物实验教学过程中，应注重学生实验设计能力的培养，而实验设计的核心就是遵循实验设计原则，精心规划实验方案，得出科学的结论。
一、科学性原则
科学性往往体现在高中生物探究性实验中，具体是指实验目的要明确、实验原理要正确等，它体现了逻辑思维的严密性。整个实验设计思路及实验方法的确定都应遵循生物学基本知识和原理，同时也符合其他相关学科领域的基本原则，充分体现逻辑思维的严密性。
二、可行性原则
实验设计中，所需要的实验器材必须是实验室现有的或者是容易获取的，并要保证实验所需时间符合课时的安排等。例如，实验“构建种群增长模型的方法”中，种群的选择就要适合当地的气候特点、地理条件等。笔者在教学过程中，选用草履虫作为实验观察对象，将稻草秸秆放入水中培养一周左右的时间，就可以得到合适的研究种群数量。通过显微镜进行观察，统计数量，即可有效地构建种群数量増长模型。
三、可重复性原则
为获取科学的数据，得出准确的结论，往往需进行多次重复实验。实验中遵循可重复性原则的目的在于尽可能地排除偶然因素造成的误差，真正体现实验的科学性。例如，实验“探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度”，用一系列具有浓度梯度的生长素类似物处理插条时，每一个浓度下都至少用3~10根插条，计算插条生根的平均值或平均生根长度。
四、单一变量原则
单一变量原则是高中生物实验中的一项重要理论基础。该原则指在控制研究对象之间只有某一因素（自变量）不同，而保证其他因素（无关变量）完全相同，进而观察该不同因素对实验结果的影响。例如，在“探究温度对酶活性的影响”一实验中，实验的自变量为不同梯度的温度，实验中试剂的量、溶液的pH值等即为无关变量，但由于其中pH会影响酶的活性，所以应保证实验对象的pH值等无关变量均相同，以使所得结果均是由自变量的变化而引起，从而保证了实验的准确性。
五、对照性原则
对照性原则是设计和实施实验的准则之一，通过对照能消除无关变量对实验结果的影响，增加实验的可信度和说服力。对照实验是指除一个因素以外，其他因素都保持不变的实验，通常由实验组和对照组组成。实验组是接受实验变量处理的对象组，对照组一般不需要经过实验变量处理。根据对照内容和形式的不同，对照类型可分为：
⒈空白对照
对照组不加任何处理因素，如实验“比较过氧化氢在不同条件下的分解”中，1号试管不作任何处理，即为空白对照组。又如，实验“探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度”，清水处理则为空白对照。
⒉条件对照
条件对照指虽给实验对象施以某种处理，但这种处理仅作为对照意义的，如“探究pH对唾液淀粉酶活性影响”的实验，设立过酸、接近中性和过碱的实验条件，进行相互对照。
⒊自身对照
自身对照指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组，如，实验“植物的吸水与失水”即为典型的自身对照实验，其实验组为质壁分离和复原的洋葱表皮细胞，对照组为正常的洋葱表皮细胞，均为同一组细胞，构成自身对照。又如，萨克斯的实验“探究植物光合作用的产物有淀粉”，叶片一半曝光，另一半遮光也为自身对照。
⒋相互对照
即几个实验之间相互对照，不另外加设对照组，如“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，两个对照实验组分为有氧、无氧，最后的酒精和CO2的产生量便可直接通过这两个对照组对照、计算，得出结果。又如，鲁宾和卡门的实验“探究光合作用产生的O2中的O来自于H2O还是CO2”，用18O分别标记H2O和CO2，两组实验相互对照。
六、随机性原则
随机性原则是指在实验对象的整体中随机抽取实验样本（方），各样本的机会是均等的，这样能减少抽样的误差，从而使实验结果更加客观，便于得出正确的实验结论。例如，“培养液中酵母菌种群的数量变化”实验中，在选取计数样方前必须摇匀试管，取样时做到随机取样；在“模拟性状分离比”实验中，彩球应先摇匀后再随机抓取，同时每抓取一次应将彩球重新放入小桶摇匀，以保证每种彩球每次被抓取的机会均等。
高中生物教案：生物实验的基本要求
生物实验设计的基本原则之一就是要设计对照实验（或称对照组），如何确定对照组呢？对此，好像大家没有一致的认识。由于人们对生物实验中的实验组和对照组认识的差异，常常会在一些具体问题上争论不休，特别是在对照组的确定上出现较大分歧。其实很多的老师和学生对这个问题的认识都比较模糊。下面是一些老师对这个问题的看法，我提出来请大家共同来探讨。
看法一：在实验中，首先根据题意确定实验变量，即本实验的结果的差异或者说结果的变化是由于谁造成的，这个变化的因素就是实验变量，那么对实验变量进行处理的，就是实验组。没有处理是的就是对照组。有些是进行另外的处理，也是对照组。
看法二：空白对照好理解，若是条件对照就不清楚了。如教材上光合作用的发现实验中，一张叶片一半遮光，一半曝光，到底哪一个是对照组？（光合作用，所以需要光，那有光的就是实验组，没光的就是对照组）。又如研究酶的活性，一个是37 ℃，一个是80 ℃，又是哪一个是对照组？（温度通过变化是相互对照。最后得出结论。）
看法三：单组单变量对照实验：施加变量的为实验组，不施加变量的是对照组；多组多变量对照实验：所有组都既是实验组也是其它组的对照组。
看法四：我觉得对照组就是一个参照物，一般没有变化或一直变化的为对照组。
看法五：弄清这个问题其实不难。首先你要明确本实验的实验目的，你准备施加何种实验条件来达到这个目的？这一组就是实验组。其次，为了更好的使实验组具有说服力，你要设对照组。无论是空白对照还是条件对照等所起的作用是相同的，那就是衬托。
看法六：这就要看你的实验目的了。如果你是为了证明酶在80 ℃条件下的催化特性，那么37 ℃的是对照。如果你为了证明酶在37 ℃条件下的催化特性，其他任何温度的实验都是对照。
上述说法中，我们不难看出，由于确定对照实验的依据不同，导致了对对照实验确定的混乱状况。
为了弄清上述问题，我们首先要弄清几个概念。什么是空白对照？什么是条件对照？
现代汉语词典上“对照”一词是这样解释的,对照①互相对比参照。②（人或事物）相比；对比。而空白是指（版面、书页、画幅等上面）空着，没有填满或没有被利用的部分。我们生物学上的“对照”通常是指“空白对照”，应该是不包含实验所研究的对象、条件等因素的，作为“空白对照”，它的实验结果应该是预知的。而“条件对照”则是研究在不同条件下的实验现象，从严格意义上讲各组都是实验组，而各组之间则是相互对比参照，互为对照组或实验组。因而“条件对照”的实验结果则是不明确的，只有通过实验才能得出。下面我们结合几个具体的实例来说明这个问题。
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考纲要求能独立完成“生物知识内容表”所列的生物实验，包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能，并能将这些实验涉及的方法和技能进行综合运用；具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理；具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、实验与调查，假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。
知识梳理
一、生物实验的基本内容
（一）实验目的（要解决的问题）；
（二）实验原理（实验所应用到的生物学知识或原理）；
（三）实验方法（常用对比实验法）；
（四）实验中要检测的指标（衡量实验结果的标准）；
（五）实验假设（实验中可能会得到的结论）；
（六）实验器材（实验中要用到实验材料、试剂和用品）；
（七）合理设置对照组（常用的对照方式有：空白对照、自身对照、相互对照和条件对照等）；
（八）实验操作步骤（实施实验过程中的具体操作）；
（九）实验结果的预测、记录、分析（结果的预测：实验结果不明确时一般从3方面预期，即实验组与对照组的结果无显著差异、有显著差异的正反两方面）。
二、实验操作步骤[
（一）通常可分为三个阶段
1、第一阶段，实验准备工作。通常分三步：
（1）第一步：仪器、材料等的分组编号；
（2）第二步：一些药品的配制和材料的预处理；
（3）第三步：对各组别实验对象进行对照处理（加入相应的材料、试剂等）；
2、第二阶段，实验条件的控制（不同实验中的条件不同，如温度、O2、光照、水等）。[来
3、第三阶段，实验结果的观察与记录。有一些生理实验还须进行重复实验。
（二）实验操作步骤应遵循四大基本原则
1、科学性原则——符合实验的原理和程序；
2、可重复性原则——使其他人能按照该步骤完成实验并能不断重复而得到相同的结果；
3、简便性原则——能以最简单的步骤、材料（经济易得）完成实验；
4、单一变量原则——排除干扰、控制变量（强调变量的惟一性）
基础训练
1、设计一个实验方案，验证捕虫草叶囊中的液体含有蛋白酶而不含淀粉酶。要求写出：实验原理、实验方法、实验中的测定指标（衡量实验结果的标准）、合适的材料及药品和器具、实验过程、结果分析。
（1）实验目的：验证捕虫草叶囊中的液体含有蛋白酶，不含淀粉酶。
（2）实验材料：精肉块、马铃薯块。
（3）实验方法：对比实验法。
（4）原理：酶的催化作用具有专一性，即蛋白酶只能促使蛋白质（如精肉块）分解，却不能促使淀粉（如马铃薯块）分解；淀粉酶只能促使淀粉（如马铃薯块）分解，却不能促使蛋白质（如精肉块）分解。
（5）测定的指标：精肉块、马铃薯块的体积变化。
（6）过程（步骤）：
a、准备1cm3的熟精肉块、熟马铃薯块各2块；捕虫草叶囊中的液体20mL；20mL的H2O；取4支相同的试管编号（1、2、3、4）；
b、在1、2试管中各放入1块熟精肉块，在3、4试管中各放入1块熟马铃薯块；向1、3试管中各注入10mL捕虫草叶囊中的液体，向2、4试管中各注入10mL的H2O；
c、将4支试管放在适宜的温度下一段时间，观察各试管中熟精肉块、熟马铃薯块的体积变化[提示：也可以只用2支试管，每支试管各加1块熟精肉块和熟马铃薯块（分别标记），1号试管加捕虫草叶囊中的液体，2号试管中加H2O。
（7）结果与分析：只有1号试管中的肉块体积变小（或消失），证明捕虫草叶囊中的液体只含蛋白酶而不含淀粉酶。
2、蛋清的主要成分是蛋白质，在碱性溶液中，蛋白质与CuSO4反应能产生紫红色物质，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。
（1）实验目的：证明人的唾液淀粉酶是蛋白质。
（2）实验原理：人的唾液淀粉酶和蛋清的主要成分是蛋白质，在碱性溶液中，蛋白质与CuSO4反应能产生紫红色物质。
（3）实验方法：对比实验法。
（4）实验中测定的指标（衡量实验结果的标准）：蛋白质的双缩脲反应产生紫红色物质。
（5）材料、药品、器具：
①材料：蛋清、人的唾液淀粉酶。
②药品：双缩脲试剂（A液：0.1g/mL的NaOH；B液：0.01g/mL的CuSO4）。
③器具：试管、量筒、滴管。
（6）对照组的设置：以蛋清为对照组。
（7）操作步骤：a、取2支相同的试管，编号；b、1号试管中加入2mL稀释的蛋清，2号试管中加入2mL新鲜的人的唾液；c、向2支试管中各加入2mLA液并摇匀，再各滴加3滴B液摇匀；d、观察比较2支试管中溶液的颜色。
（8）结果：两试管均呈紫红色，证明了人的唾液酶是蛋白质。
高考模拟
3、下面是一个探究激素甲是否能引起已阉割成年雄性小鼠求偶行为的实验及结果预测。请回答：
（1）选取一批已阉割的无求偶行为的成年雄性小鼠，随机分成A、B两组，A组注射激素甲溶液作为实验组；B组注射等量的生理盐水作为对照组。设置对照组的目的是排除生理盐水的干扰。
（2）预测实验结果：若A组表现求偶行为，B组不表现求偶行为，则表明该激素能引起阉割小鼠求偶行为。若A、B组均不表现求偶行为，则表明该激素不能引起阉割小鼠求偶行为。
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