生物实验中的合理分组设计 高中生物论文.doc

中学  胡丹艳

摘要：实验设计体现一种思维方式，而合理分组能呈现出思维的严谨、科学，要做到合理分组首先要了解各方各面可能存在的影响因素。

关键词：分组  对照  自变量  因变量

在实验步骤中第一步是分组，不同组处理方式不同，合理的分组将排除无关变量的影响，有效的体现自变量与应变量之间的必然因果关系，增加实验结果的可信度和说服力；同时合理的分组可以避免繁琐、不必要的实验设计出现，节约有限的资源。

影响分组的因素较多，主要由以下方面：

一、对照类型及搭配

一般进行某种试验以阐明一定因子对一个对象的影响和处理效应或意义时，除了对试验所要求研究因子或操作处理外，其他因素都保持一致，并把试验结果进行比较，这种试验为对照试验^[2]。对照设置有四种类型：空白对照、自身对照、相互对照、条件对照。

条件对照指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。

例如：目前市场上有许多水果、蔬菜是用植物激素刺激生长发育成熟的，人们担心儿童吃了这类水果、蔬菜后会出现性早熟。中科院上海植物生理生态研究所赵毓橘教授介绍，大部分植物激素是植物自身合成的“内源激素”。 赵教授说：“激素水果不会引起儿童性早熟。”给你12只未成熟的长势、体重和年龄相同的同种幼小雄兔，适量的兔饲料，普通水果，植物激素，动物雄性激素，其它所需条件均满足，请你设计一实验探究：“激素水果”是否会引起儿童性早熟。

这个实验可以设置给实验动物添加雄性激素和普通水果这组，作为条件对照，与激素水果这组的结果比较，进一步肯定了性早熟只由动物激素引起，与植物激素无关。步骤：①把12只雄兔平均分成三组，并标记为A组、B组、C组，分开饲养。②定时定量进行饲喂：A组喂以拌有普通水果的普通饲料，B组喂以拌有激素水果的普通饲料，C组喂以拌有雄性激素和普通水果的普通饲料。③放在相同的条件下进行饲养，观察记录雄兔的发育情况。

相互对照指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照，例如：为了验证根总是向着重力方向生长，根的摆放位置为自变量，不同的摆放形成相互对比，证明根的原始方向与根的向地生长无关。步骤：①取已萌发的玉米4粒，分别放在培养皿的四个位置上(如图所示)，并且幼苗的根尖都朝向培养皿的中心。②将滤纸剪成培养皿大小，盖在玉米粒上，再盖上湿棉花，直到填满整个培养皿。然后盖上培养皿盖，使玉米粒不能移动位置。用胶布将培养皿和盖粘牢。③把培养皿竖立放在恒温箱内(无光照)，不让其滚动，在适宜的温度下培养。

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。包括自身前后对照和自身不同位置对照。例如：研究植物根具有向重力性，茎具有背重力性，将一植株横放于培养基上，让其自然生长，经过一段时间后，便可观察到根向重力生长，茎背重力生长。

空白对照指不做任何处理的对象组。一般指不施加自变量。但不意味着不做任何操作，在动物实验中，为保持动物处于正常状态，给动物注射生理盐水、饲喂蒸馏水等等的操作，也属于空白对照的一种类型。有的实验中甚至需要将自变量对无关变量的操作作为空白对照。例如：pH对酶活性的影响这个实验，在没有酶存在的情况下，pH对底物本身是否有影响，以此作空白对照加以说明。

实验中无论设计为自身对照，或条件对照，或相互对照，一般都需再加上一组空白对照。从而使结论更具严谨，更有说服力。

例如：利用以下实验材料和器材设计实验，探究不同浓度生长素类似物对种子萌发率的影响。材料和用具：萝卜种子、试管、移液管、蒸馏水、铺有滤纸的培养皿、浓度分别为10^-5mg/L 、10^-3mg/L、10^-1mg/L、10mg/L、10³mg/L的生长素类似物溶液 (实验材料和用具的数量不限)。

5种浓度之间做相互对照，再设一组不添加生长素类似物的做空白对照。通过与空白对照的比较，来体现某一生长素类似物的浓度对种子萌发率是促进还是达到抑制。实验步骤：①取6支试管，编号，依次分别加入不同浓度生长素类似物，有1支试管加入蒸馏水，②在各支试管中分别放入20粒种子。③取与试管相同数量的培养皿，编号（与试管对应），分别用与对应试管相同的溶液浸湿滤纸。④24小时后取出种子，分别放入对应培养皿，放在条件相同且适宜的环境中培养。每天向培养皿补充适量的相应溶液。⑤计数根的数量，测量根长度。

例如：右图表示的是测定保湿桶内温度变化实验装置。某研究小组以该装置探究酵母菌在不同条件下呼吸作用的情况。材料用具：保温桶（500mL）、温度计、活性干酵母、质量浓度0.1g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蜡油。

自变量是氧气，一组为有氧环境，一组为无氧环境。为了要测定装置是因呼吸作用引起温度变化量，而非环境，还需要增加一个组，作为空白对照。在这个组里加入死亡的酵母菌。

在探究实验中，如果要做到预期结果全面完整，同样也需要设空白对照。例如：探究高温能否影响甲状腺素的活性。实验材料：三只相同的洁净玻璃水槽、30只发育状况相同的蝌蚪、无污染河水、普通饲料、甲状腺激素制剂拌匀的饲料、用80℃热水处理过的甲状腺激素制剂拌匀的饲料。从实验假设对应到预测结果，存在这几种可能：1.高温使甲状腺素完全失去作用，2、高温使甲状腺素失去部分作用，3、高温不影响甲状腺素，4、高温使甲状腺素活性增强。因而这个实验需要设置3个组，一组添加不含甲状腺素的饲料，一组添加含甲状腺素的饲料，一组添加含高温处理过的甲状腺素饲料，通过3组实验结果的对比来到预期的结果。实验步骤：①把三只相同的洁净玻璃水槽编号A、B、C，分别注入等量的河水；②将30只蝌蚪分成三等份分别放入A、B、C水槽中，将三只水槽放在相同的适宜的外界条件下培养蝌蚪，③每天同时向A、B、C三只水槽内分别投放等量的普通饲料、甲状腺激素制剂拌匀的饲料、用80℃热水处理过的甲状腺激素制剂拌匀的饲料，④过一段时间后比较各水槽中蝌蚪的发育状况。

二、自变量

自变量又称之为操作变量、实验变量，是指研究者主动操纵，而引起因变量发生变化的因素或条件^[1]，自变量一般隐藏在实验课题名称中或在实验目的中。一般书写实验题目时，要求含有自变量和因变量，探究题目格式为“探究自变量对因变量的影响”如：探究生长素浓度对该植物枝条生根的影响，其中生长素浓度就是自变量。有时候自变量藏在原理中，如：根的向地生长与根表面H⁺分布相关性的探究实验中，其原理是细胞膜上转运氢离子的载体将氢离子向膜外运输，使细胞壁酸化，酸化后的细胞壁变得松弛，使细胞伸长生长。反之，细胞伸长越大，壁酸化程度越高，在这个实验中我们能操作的变量就变成了根的摆放位置，不同的摆放都会产生相同的结果，即向地生长，但横放会产生弯曲现象，而竖直放不会发生弯曲。有弯曲现象就意味着根两侧细胞伸长程度是不同的，此时根两侧的H⁺多少就成了因变量。

有些实验研究一个问题，只涉及一个自变量，也存在由多个自变量构成的实验，涵括了多个问题，它往往比分别做多个实验效率高，通过比较使结果更有价值。最简单的多自变量实验中存在2个自变量，假设每个自变量有两个水平，该实验就有2×2个平行组。

例如：探究“大豆幼苗生长最佳的日温和夜温组合”的实验方案，预测最佳的温度组合，实验材料和用具：大豆幼苗若干、大小相同的装有等量完全营养液的玻璃瓶若干、温箱(可满足幼苗生长)若干、量尺等，提示（温度组合范围：日温20℃－30℃、夜温17℃－22℃，幼苗生长其它件相同）。

自变量：日温和叶温，如果日温、夜温都各有高、低两个温度值，那么两个自变量之间的组合就有4个。

实验步骤为：①取生长状况一致的大豆幼苗若干，分成多个组(或4组)，分别移栽到编好号的玻璃瓶内，②将各组大豆幼苗分别置于不同日温和夜温的组合下培养 (写出不同日温与夜温的具体组合如：高日温、高夜温；高日温、低夜温；低日温、高夜温；低日温、低夜温与写出具体温度数值均可得分)，其他条件相同，③一段时间后分别测量幼苗的生长高度。

由于在实验中通过两两对照，保证了单一变量的存在，而自变量之间如果不存在累加作用，在设计组别时有些组可以删减。例如：某同学从《植物生理学》书中查到“幼嫩叶片可产生生长素；生长素可阻止叶柄脱落”的结论，于是他设计了一个实验，想证实该结论。他的实验步骤为：①取一盆生长状况良好的植物，去掉幼叶的叶片(如图所示)；②观察幼叶叶柄的脱落情况。指出该同学实验设计的不足之处。

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