-科学试验的一般原理和方法

第十二章第十二章科学实验的一般原理和方法科学实验的一般原理和方法 第一节实验课题的选择和实验设计 【知识概要】 一、实验的意义 生命科学是一门以实验为基础的科学。在探索生命的过程中，揭开生命奥秘的主要 方法是通过观察和科学实验。它不仅是探索和发现的源泉，也是学习生命科学的基本方 法，对发展智力、培养获取知识的能力是十分重要的。 二、实验的种类 生命科学的实验很多，从教学的角度来分有演示实验、验证实验、模拟实验、探究 实验、定性和定量分析实验； 从科学研究的角度来分有观察实验、 析因实验、 定性实验、 定量实验、对照实验和探索性实验等。 三、实验课题的选择 1．选题的范围 （1） 发展具有当地特色的课题；（2） 抓住周围出现的奇异的生命现象建立课题；（3） 选择与农业、水产、畜牧、环保有关的能产生经济效益的课题；（4）与课堂教学相结合 确立课题； （5）选取高科技浅处理的课题。 2．选题的原则 选择的课题应具有一定程度的新颖性、实用性、先进性、可行性和教育性。 确定课题是研究成功的关键，选题一定要注意深刻、创新、集中和可行。 四、实验设计 实验设计就是在选定课题和实验材料的基础上，根据实验目的，确定实验原理，用 文字的形式制订合理的实验方案（或叫实验计划） 。 1．实验设计的要求 （1）在实验设计之前，应掌握研究问题的性质，具备必要的理论知识和基本的实 验技能和技术。 （2）要有明确的实验目的，根据目的确定研究内容。 （3）实验设计要科学合理，注意控制实验条件和实验因子，尽量减少实验误差， 确保实验得出明确的结果。 （4）设计实验要注意设置对照，适当增加重复，保证实验的准确 （5）实验取样要注意典型性和代表性。有些实验对研究对象需要进行系统观察， 一般采用选点取样法。如田间试验，选点的方法是根据田块大小，小面积试验田采取对 角线取样，大面积试验田采取棋盘式或蛇形取样（见下图） ①对角线取样②棋盘式取样③蛇形取样 第 1 页 共 26 页 （6）实验设计要考虑运用统计学来分析问题的可能性。分析的实验样本要有一定 数量，使所得数据具有代表性的可靠性。 2．实验方案的内容 （1）实验题目即实验研究的课题名称。 （2）实验目的根据课题要求，明确实验要解决什么问题，探索方面的生物学规 律，预期要取得何种成果。 （3）实验原理即实验的依据和思路。 （4）实验内容根据实验目的确定具体的研究内容。研究内容确定是课题的关键。 一般方法是把研究问题分解为许多小课题，分进行研究，然后再将实验结果加以综合分 析，探明课题要解决的问题 （5）实验材料取材是实验成败的关键因素之一，一定要按科学的要求选好实验对 象。 （6）实验方法即实验采用哪些研究方法获得明确的实验结果。采用的实验方法应 尽量减少人为的或偶然的实验误差。确定实验方法对，应注意①根据研究内容确定实 验类型和方法。如野外生物种类考察，主要采用观察实验法；为探明某一生命现象的原 因，可采用析因实验法为鉴定某种生命物质的性质和含量，可进行定性、定量实验分 析法。②根据实验的类型明确具体的研究方法。如观察实验是采用解剖观察法还是野外 观察法，要明确观察的项目和标准。③设置对照。无论采用什么实验方法都要考虑设置 对照。设置对照的方法很多，有的以处理和不处理实验组进行比较，以不处理为对照； 有的以常规品种或常规浓度为对照；有的实验是实验间相互比较，采用互比法，彼此互 为对照。此外，做任何实验都要考虑重复的问题，实验结果要经过反复实验加以验证。 ④进行田间实验设计，应根据实验性质的不同，分为大区试验和小区试验。田间试验要 做合理的田间规划，根据土地条件、作物种类、试验要求和工作方便，规划小区面积、 重复次数和田间排列方式；另外，还要注意设置对照小区和保护行。⑤设计实验方法应 尽量采用先进的实验技术和仪器设备，确保研究结果的准确性。 （7）实验用具和药品即实验要采用哪些设备和仪器，使用哪些药品，从而实现 有计划和有效的观测与分析。 （8）实验程序即实验流程，也就是如何运用仪器设备作用于实验对象的程序或步 骤，对全部实验过程作出总体设计。 （9）日程安排根据整个实验的要求，按日程分阶段实施实验方案。 【解题指导】 例 1给你洋葱、蔗糖、蒸馏水及必要的工具，请设计一个测定洋葱表皮细胞滚浓 度范围的实验方案。 析 （1）实验原理水分的渗透作用。 （2）实验方法①配制一系列不同浓度的蔗糖溶液（如5％、10％、15％、20％） 。 ②制作上述各蔗糖溶液处理的洋葱表皮细胞装片。 ③用显微镜按蔗糖溶液的浓度梯度逐 个观察装片。 （3）结论该洋葱表皮细胞液的浓度介于能引起与不能引起细胞质壁分离的两种 相邻浓度溶液的浓度之间。 第 2 页 共 26 页 该实验的设计是按照一般实验法的原理，直接通过实验组而得出结论的。 例 2请你设计一个实验， 证明动物生长激素的分泌器官及其生理作用。 （切除动物 垂体情况很复杂，本实验仅作为学生设计实验） 析 〔设计方案〕 （1）材料幼年兔（或其他幼年哺乳动物） 。 （2）处理实验组 A切除垂体；实验组 B切除垂体后每天注射生长激素；对 照组 C正常兔。 （3）根据观察的结果得出结论实验组 A生长停止；实验组 B先停止后又继 续生长；实验组C不停止生长。由此得出生长激素是垂体分泌的，能促进幼小动物生 长的结论。 该实验的设计是利用对照实验法的原理， 通过实验组和对照组结果差异的比较得出 结论的。 例 3有一个生产大队研究小麦增施氮肥（尿素）的增产试验。实验设计为两个处 理处理（一）为每公顷施尿素 150kg；处理（二）为每公顷施尿素 300kg；以不施肥 为对照（CK） 。施肥试验小区的排列方式有两种重复一次和不设重复。试绘制小麦田 间试验小区两种排列方式的规划图。 析根据试验设计要求，每个试验小区面积应一致，两种田间排列方式如下二图。 施肥试验一（重复一次）施肥试验二（不设重复） 【巩固练习】 1．研究不同饲料喂养家猪的育肥效果和比较小麦不同品种叶片大小的实验，应如 何选择材料 2．某中学课外活动小组计划进行白玉蜗牛的养殖实验，在实验设计上，你认为应 探究哪些具体内容 3．在动物实验中，正确设置对照十分困难，要选择20 只完全相似的动物分为每组 10 只的对照组和处理组，是难以做到的。那么， 进行这种实验，你能提出一个聪明的设 置对照的方法吗 4．许多科学家认为，孟德尔进行的植物杂交试验，选择豌豆做实验材料是他成功 的关键；卡尔文在研究植物光合作用的暗反应时，选择小球藻（Chlorella）为材料也是 第 3 页 共 26 页 成功的关键。这是为什么 5．有一位船长要试验某种防治晕船药物的效果，他选择旅客为对照，让船员都服 用药剂， 其结果大多数旅客晕船了， 而船员没有晕船， 这一结果能否说明这种药的功效 为什么 第二节实验实施的技能和技巧 【知识概要】 一、实验的要求 （l）要有探索求知的科学精神； （2）要有事实求是、严肃认真的科学态度，应严格 按操作规程进行实验； （3）要注意运用科学的研究方法，严格控制实验条件，尽力排除 偶然因素的干扰，保证实验成功； （4）积极发挥科学的思维和创新能力，在实验过程