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  • 实验法(转载)
  • 作者:赵占良 来源: 时间:2010-12-14 9:32:52 阅读次 【
  • 在科学研究中,经验性材料的获取仅靠观察法是不够的,许多情况下还要通过实验。正如生理学家巴甫洛夫所说,观察是收集自然界所提供的东西,而实验则是从自然现象中提取人们所期望的东西。关于实验法,人教版初中生物学教科书中已经作了初步介绍,高中教材中又进一步结合具体实验作了阐述,包括“控制变量”“对比实验”等。下面就高中教材中有关实验法的几个问题作简要说明。

    (1)科学方法论中的实验与中学生物教学中的实验

    科学方法论中的实验是指根据一定的研究目的,在人为控制或干预研究对象的条件下进行的观察。它与单纯的观察是不同的。而中学生物教学中的实验,通常是指在实验室利用仪器设备进行的各种探究活动,它既包括科学方法论意义上的实验,也包括单纯观察类的活动,如观察多种多样的细胞、观察细胞的有丝分裂等。

    (2)实验组和对照组

    实验的目的是探索仅靠观察所看不到的未知。为了探索这样的未知,必须对研究对象进行人为控制或施加某种影响。在对照实验中,经过这样的控制处理的一组事物称为实验组。为了确证实验组的结果是由人为进行的这种处理引起的,需要用同样的研究对象另外设置不作上述处理的一组事物进行观察,这样的未作实验处理的一组事物称为对照组。这里之所以强调“一组”,主要是考虑到平行重复的问题。简单地说,进行了实验处理的事物是实验组,自然状态(未加处理)的事物称为对照组。针对具体的实验区分实验组和对照组时,需要清楚实验控制的原理。实验控制的原理不外乎加法原理和减法原理两种:与常态相比,人为增加某种影响因素即加法原理,人为去除某种因素即减法原理。对不少教师来说,运用加法原理设计的实验,区分实验组和对照组比较容易;运用减法原理设计的实验,区分实验组和对照组时则常常困惑。例如,在“比较过氧化氢酶在不同条件下的分解”实验中,1号试管处于常温环境(不加热),也不加任何催化剂,2号试管加热、3号试管加FeCL3溶液,4号试管加肝脏研磨液。这显然是运用加法原理进行控制的实验,1号属于对照组,2号、3号、4号属于实验组。又如,德国植物学家萨克斯做的证明光合作用产生淀粉的实验:对天竺葵进行“饥饿”处理后,让叶片的一半曝光,一半遮光,过一段时间后用碘蒸气检验。叶片在自然状态下总是要见光的,人为地将一半叶片遮盖起来,让光照(实质是光合作用)这一因素处于缺失状态,这实际上就是运用的减法原理,这一组应当属于实验组,曝光的一半叶片则属于对照组。有人认为结论是相反的,原因有二:一是被“饥饿”处理所迷惑,二是认为遮光的一半叶片缺少实验因素。其实,“饥饿”处理只是为了使实验效果容易检测,与实验中的变量控制是无关的;遮光的一半叶片并非缺少实验因素,而是对实验因素进行的一种控制(即去除)。

    (3)设置对照的必要性

    生物学中大多数实验需要设置对照。换言之,并非所有的实验都必须设置对照。例如,孟德尔的豌豆杂交实验就未设对照,因为在自然状态下豌豆都是自花受粉的,其后代都是纯种,做杂交实验时当然就没有必要设置对照了。是否设置对照组,关键要分析设置对照的必要性。

    (4)单因子实验和多因子实验

    教材在介绍“控制变量”时有这样一句话:“在对照实验中,除了要观察的变量外,其他变量都应当始终保持相同。”不少老师对这句话反复强调,甚至推而广之——“所有的生物学实验都要保证自变量只有一个”。其实,这句话只是就单因子实验来说的。对双因子实验或多因子实验来说,这句话就显得过于简单和绝对了。例如,人教版教材《生物选修1生物技术实践》中的“果胶酶在果汁生产中的作用”这一课题,要求学生将温度和pH作为同时存在的因素,探究果胶酶活性发挥作用最佳所需的温度和pH。因为果胶酶在不同温度下会有不同的最适pH,在不同pH下也会有不同的最适温度,因此,这就是一个双因子实验,它是由一系列单因子实验所组成的,每一个单因子实验可以看作只有一个自变量的对比实验。

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