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科学实验的一般原理和方法

时间:2010-05-18 16:15:02  来源:  作者:

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
(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.
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

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