例谈探究性实验的原则

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现行高考命题体现了新的课程理念，突出了创新精神和实践能力的培养。实验是科学研究的重要方法，也是我们进行研究性学习的重要探索手段。探究性实验的实验设计题能较好地体现学科内知识的综合，以实验设计题为载体考查考生的知识、能力和创新精神，是目前高考命题的重要特点和发展趋势，实验设计题也成为新一轮高考必考的题型。本文专门介绍探究性实验必须遵循的原则。

一、单一变量原则（单因子变量原则）

单一变量原则是实验设计的最重要原则。在科学实验中，对实验结果有影响的变量往往有多种，但我们在实验中只能对这些变量一个一个地进行研究，即一个自变量对应一个因变量。其他无关变量对实验结果的影响，则利用设置对照的方法来平衡和抵消。在设置了对照的实验中，对照组除自变量跟实验组不同以外，其他无关变量都跟实验组完全相同，由于无关变量被对照组平衡和抵消，那么，实验组和对照组在实验结果上的差异，就可以认为是由自变量这个单一变量引起的，这样的处理就可以增加实验结论的可信度和说服力。

二、对照原则

体现单一变量原则的方法就是设置对照，目的在于平衡和抵消实验变量以外的无关变量对实验结果的影响。实验设计的对照类型有空白对照、相互对照、自身对照和条件对照等。但要注意，条件对照学生不容易理解，在高考题目中几乎没有出现，所以在教学中只跟学生介绍自身对照、空白对照和相互对照即可。

（一）自身对照

指实验和对照在同一实验对象上进行，不另设对照组。在实验中要特别注意看清楚实验前后实验对象本身变化的差异，用实验前的对象状况作为实验后的对象变化的比较形成对照。例如，在观察植物细胞的质壁分离的实验中，植物细胞是实验对象，一定浓度的蔗糖溶液是自变量。实验中处理和观察的是同一植物细胞，即实验后细胞的质壁分离状态是实验组，实验前细胞的正常状态是对照组。

（二）空白对照

两组实验对象和无关变量都相同的实验，一组有自变量处理，一组没有自变量处理，没有自变量处理的实验在自变量上是“空白”的，这样的实验就属于设置空白对照的实验。例如，在探究植物的光合作用能否产生淀粉的实验中，“饥饿”后的叶片是实验对象，光照是自变量。将“饥饿”后的叶片一半曝光，一半遮光，则遮光的一半叶片在自变量上是空白的。如果在实验后检测，曝光一半的叶片中有淀粉，遮光一半的叶片中没有淀粉，根据这一结果，我们就可以得出植物的光合作用可以产生淀粉的结论。由于这一结论是在经过了与遮光组进行比较的情况下得出的，所以这样的实验结论就更具有可靠性。

（三）相互对照

指不另设对照组，而是对两个或几个实验都用自变量进行处理，但自变量对各组实验的处理有所不同。例如有的是自变量的物理量（如质量、大小等）有所不同，有的自变量是种类或处理方向不同等等，然后，对两个或几个实验组的实验结果进行比较来得出结论。这样的两个或几个实验组就形成相互对照。下面对相互对照举出几个例子：

1.自变量物理量不同的相互对照。例如，在探究唾液淀粉酶作用的最适温度的实验中，唾液淀粉酶和由它催化的淀粉的水解的酶促反应是实验对象，温度是自变量。用一系列高低不同的温度来处理一系列由唾液淀粉酶催化的淀粉的水解反应，则通过记录各反应装置中的反应速率所对应的温度值，就可以知道唾液淀粉酶作用的最适温度是多少。

2.自变量同类不同种的相互对照。例如，在比较过氧化氢酶与铁离子的催化效率高低的实验中，过氧化氢是实验对象，催化剂是自变量，但催化剂的种类不同。一种是有机催化剂——过氧化氢酶，一种是无机催化剂——铁离子，对两个实验的结果进行比较，使酶的催化效率更高这一结论具有很好的说服力。

3.自变量处理方向不同的相互对照。例如，在探究地心引力对幼根生长影响的实验中，幼根是实验对象，地心引力是自变量。将幼根竖放（包括向地和背地两种情况）和横放，相当于幼根接受不同方向的地心引力的影响，观察幼根在生长过程中的弯曲方向，可以比较地心引力对幼根在生长过程中的向性有何影响。再例如，在探究单侧光对幼苗生长的影响的实验中，幼苗是实验对象，单侧光照是自变量。将不同实验组的幼苗用不同方向的单侧光处理，观察幼苗在生长过程中的弯曲方向，可以比较单侧光照对幼苗在生长过程中的向性有何影响。

4.几种实验对照与实验变量的关系和特点可归纳成下表。

参考文献：

[1]汪古逊.实验的基本理论[J].中学生物教学，1999，（5）.

[2]人民教育出版社课程教材研究所.生物教师培训手册[M].北京：人民教育出版社，2009.