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摘要： 本文阐述了生物实验设计的理论知识：科学性原则、平行重复原则、可行性原则、随机性原则、简便性原则、单一变量原则和等量性原则及对照性原则。
关键词： 实验设计 分析问题 解决问题
试验与探究能力是高考生物考查的最重要的能力目标之一。试验设计是生物试验中的一种类型，它能较全面地考查学生的试验知识和基本技能、分析和解决问题的能力以及创造能力，因而在高考试题中出现率比较稳定。由于学生缺乏试验设计的有关理论知识，平时的练习也偏少，所以，遇到这类题型会感到茫然，无所适从。为解决这一问题，现将高中生物试验设计中几个重要的概论列出来，仅供大家参考，以期达到增加学生理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力的目的。
在做试验设计题时，首先应该知道实验设计的相关理论知识：
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。因此，在实验设计中必须有充分的科学依据。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。
2.平行重复原则 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。采用平行重复的原则可消除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.可行性原则 可行性原则是指在设计生物学实验时，从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都要具有可行性。
4.随机性原则 随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。
5.简便性原则 实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。
6.单一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。所谓单一变量原则，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。如要探索pH值对淀粉酶活性的影响，则需把pH值作为变量；验证光合作用需要光则应将光作为变量等。等量性原则是指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。
（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，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。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。
二者关系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。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。
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。
7.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。对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。设置对照实验，能有效地排除其它因素干扰结果的可能性，使设计显得比较严密。
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。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。
(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(饲喂甲状腺激素)，乙组为条件对照(饲喂甲状腺抑制剂)，不饲喂药剂的是空白对照组。
(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，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。
（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。
“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。
要注意的是，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。
参考文献：
［１］任志鸿.高中生物志鸿专题.现代出版社.
［２］薛金星.生物基础知识手册.北京教育出版社.
关键词： 实验设计 分析问题 解决问题
试验与探究能力是高考生物考查的最重要的能力目标之一。试验设计是生物试验中的一种类型，它能较全面地考查学生的试验知识和基本技能、分析和解决问题的能力以及创造能力，因而在高考试题中出现率比较稳定。由于学生缺乏试验设计的有关理论知识，平时的练习也偏少，所以，遇到这类题型会感到茫然，无所适从。为解决这一问题，现将高中生物试验设计中几个重要的概论列出来，仅供大家参考，以期达到增加学生理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力的目的。
在做试验设计题时，首先应该知道实验设计的相关理论知识：
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。因此，在实验设计中必须有充分的科学依据。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。
2.平行重复原则 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。采用平行重复的原则可消除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.可行性原则 可行性原则是指在设计生物学实验时，从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都要具有可行性。
4.随机性原则 随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。
5.简便性原则 实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。
6.单一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。所谓单一变量原则，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。如要探索pH值对淀粉酶活性的影响，则需把pH值作为变量；验证光合作用需要光则应将光作为变量等。等量性原则是指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。
（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，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。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。
二者关系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。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。
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。
7.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。对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。设置对照实验，能有效地排除其它因素干扰结果的可能性，使设计显得比较严密。
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。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。
(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(饲喂甲状腺激素)，乙组为条件对照(饲喂甲状腺抑制剂)，不饲喂药剂的是空白对照组。
(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，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。
（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。
“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。
要注意的是，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。
参考文献：
［１］任志鸿.高中生物志鸿专题.现代出版社.
［２］薛金星.生物基础知识手册.北京教育出版社.