实验探究与设计专题

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1、实验探究与设计专题节节练实验设计题是当前髙考的热点题型。此类型题目用以考查学仝的分析能力、理解能力、信息处理能力、语言文字表达能力、开拓创新能力，是学生综合能力的体现。由于学生缺乏实验设计的有关理论知识，平时的练习也偏少，因此，遇到这类题型，就会感到茫然，无所适从。为解决这一问题，现将有关实验设计的基本理论、实验设计的思路方法和常见的类型作一介绍,以期增加学牛理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力之目的.实验设计的基本理论实验设计的含义：是指在正式进行科学研究Z前，实验者根据一定的冃的和要求，运用冇关的科学知识、原理，对实验过程屮的材料、手段、方法、步骤等全部方案的制定。由于研究问题性质

2、的不同，科学研究的方法也有差界，但通常分为以下儿步：（1）观察观察是科学研究方法的第一步，这里的观察，是在处于自然常态条件下进行。对事物进行观察时必须周详，并将它记录下來。而尤为重要的是要保持客观的态度。人们常希望看到人想要看或应该看到的现彖，因此而影响观察结果，产生偏差。（2）提出问题人们对事物作缜密观察以后，常常rti于好奇心或想作进一步的了解而提出问题，虽然任何人都能提出问题，但只有有意义的问题才值得探讨，因此，进行研究时，不仅要提出问题，而且要提出确切的问题。此处，对问题的表述.也要清楚而正确，例如“蚯蚓如何借肌肉的收缩和舒张而移动身体？”（3）假说科学方法的第三步是假说。假说（也称

3、假设或猜测）：指依据已经发现的事实材料，已取得的科学原理，提出的初步假定。用来说明某种现象但未经证实的论题，也就是对所捉出的问题所作出的参考答案。假说一燉分为两个步骤：第一步，提出假说，即依据发现的事实材料或已知的科学原理，通过创造性思维，提出初步假定；第二步，作出预期（推断），即依据提出的假说，进行推理，得出假定性的结论。例如，新编高中生物的“动物激素饲喂小动物的实验”，其假说是：“甲状腺激素对动物的生长发育有影响”；其预期结果是「'用适量的甲状腺激素饲喂蝌蚪，将促使蝌蚪的生长发育加速”。实验预期是较具体的推断。-个问题常有多个可能的答案，但通常只有一个是正确的。因此，假设是对还是错，还需

4、要加以验证，即依据假设或预期，设让实验方案，进行实验验证。（4）实验实验的概念：是依据假设，在人为控制条件下，对实验变量的变化和结果进行捕获和解释的科学方法。实验是验证假说和解决问题的最终途径。这是科学方法的最人特色，也是科学方法小最怵I难的一步.如何求证假设可充分展现研究者的才华。在科学实验屮，要掌握或贯彻以下几点：①变量变量（或称因子），是指实验过程屮所被操作的特定因索或条件。按性质不同，通常可分为两类：1）实验变虽与反应变量实验变量（也称口变量人指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量（亦称因变量）：指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果，二者

5、具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如，在“温度对■酶活性”的实验中，所给定的低温（冰块）、适温（37°C）、高温（沸水浴）就是实验变量。而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是反应变最，该实验即在于获得和解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）的因果关系。2）无关变量与额外变量无关变量（也称控制变圧）：指实验屮除实验变暈以外的影响实验现象或结果的因素或条件。额外变量（也称干扰变量）：指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变量有T•扰作用，例如，上述实验中除实验变量（低温、适温、高温）以外，试管洁净程度、唾

6、液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度，实验操作程度，温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温3组实验是等同、均衡、稳定的；如果无关变量中的任何一个或儿个因素或条件，对3个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验结果中产生额外变量，出现干扰，造成误差。实验的关键Z—在于控制无关变量或减少额外变量，以减少误差。①单一变量原则单一•变量原则是处理实验中的复朵关系的准则之一。它有两层意思：-•是确保“单一变量”的实验观测，即不论一个实验冇儿个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量;二是确保“单一变量”的操作规范，即实验操作中要尽可能避免

7、无关变量及额外变量的干扰。例如，上述实验遵循单一变量原则，笫一，在观测上要做到：低温处理观测记录低温下的变化和结果，高温处理观测记录高温卜-的变化和结果，反应变量不能混淆；笫二，在操作上要做到：对3个实验一定要在预先的低温、适温、髙温条件下做实验处理，常见的错误是先在常温下做处理再放到低温、适温、高温条件中进行观测；这样就混入了“常温”这个无关变量及额外变最。总之，实验设计、实验的全过程，都应遵循单一变量原则