实验设计的基本原则

1  科学性原则:   

科学性原则：包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。

2  可行性原则

在实验设计时，从原理、实验实施到实验结果的产生，都实际可行。

3  简便性原则：

实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。

4  可重复性：

重复、对照、随机是保证实验结果准确的三大原则。任何实验都必须有足够的实验次数才能判断结果的可靠性，设计实验只能进行一次而无法重复就得出“正式结论”是草率的。

5  单一变量原则 

①实验变量与反应变量。实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，而反应变量是指由实验变量而引起的变化结果，二者之间是前因后果的关系。实验的目的就在于获得和解释前因与后果。

例如：关于“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，“低温(冰块)、适温(37℃)、高温 (沸水)就是实验变量，而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。该实验旨在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。无关变量是指实验中除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。它们之间也是前因后果的关系。但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。

例如：“唾液淀粉酶实验”中，除实验变量(温度)外，试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。如无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同、不均衡，就会产生额外变量，影响实验的真实结果。实验变量，或称自变量，指实验假设中涉及的给定的研究因素。反应变量，或称因变量，指实验变量所引起产生的结果或结论。而其他对反应变量有影响的因素称之为无关变量，观察其对实验结果的影响。

6  对照性原则

设置对照组有4种方法：

(1)空白对照，即不给对照组做任何处理；例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。课本中涉及到的用甲状腺制剂饲喂蝌蚪与正常情况下蝌蚪不作任何处理对照就属于空白对照；

(2)条件对照，即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。例如，在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组(饲喂甲状激素)，乙组为条件对照(饲喂甲状抑制剂)；课本中涉及到温度对淀粉酶活性影响的实验中0℃、100℃等温度下的对照则为条件对照；，显然，通过条件对照．实验说服力大大提高。

(3)自身对照，指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组；例如，“质壁分离与复原”实验，自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。

课本中涉及到将过氧化氢酶加入H₂0₂液中说明酶是生物催化剂，则属于自身对照；

(4)相互对照，不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。这种方法常用于等组实验中。“植物向光性”实验中，利用若于组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。证明玉米根的生长方向与地心引力的关系实验中不同方向放置的玉米种子之间则属于相互对照。

根据实验目的要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照组实验。中学阶段所要求的实验设计一般多采用对照的原则，因为科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。另外，对实验结果的分析要注意分析方法的选择，有时还要求用图表表示有关结果或事实，这也是常用的基本技能。

三、完整实验设计包含的基本内容

  （1）实验课题：研究或实验的内容

  （2）实验原理：即完成该实验所应用到的理论依据是什么？

  （3）实验目的：做了该实验后，要解决什么问题？能提高或学到哪些知识、能力等（从动手能力，观察能力、基本技能、实验设计、显微镜的使用等方面分析）

  （4）材料用具：包括实验材料、仪器或试剂等

（5）实验的操作步骤，涉及到实验设计思想、器材、药品的使用、实验设计原则（科学性、简便性、单一变量、可重复性、控制的体现、控制与与平衡控制等）的体现。

  （6）观察和收集实验数据

  （7）分析与结论，对实验结果进行分析、推断，作出合理的结论。注：有些考题要求考生预测可能的实验结果，并推断相关的结论。

四、生物高考实验设计基本题型 

1. 续写实验步骤的题型 

这类题目的题干中已经提供了比较多的信息，基本上划定了答题的模式，目的明确，前面的方法步骤等信息已为续答作了铺垫，只要明确题目中的实验变量和反应变量，然后设计对照组，再根据有关原理分析，一般就能比较正确地写出答案。 

2. 评价和纠正给定的实验步骤的题型 

试题中既有合理成分，又有不合理成分，干扰因素较多，要求在吸取原有设计的合理成分的基础上，提出自己的实验设计思路。这表面上是考查对实验设计的分析与评价能力，实质上是全面检测设计生物学实验方案的能力，同时还考查考生的科学态度和科学精神方面的水准。 

3. 实验设计题型（验证性实验；探究性实验）——根据题目提供的条件，自行设计实验方案。

4. 实验有关的综合类题型——以实验为背景，主要涉及代谢、遗传和生态相关知识。

五、实验设计题型分析

（一）实验步骤补充完善题   <补充设计>

１．添加实验假设。　　２．完善实验步骤。

３．总结实验结论。　　４．补充填加对照实验。

（二）实验评价题  <设计改错>

题型特点：此种题型突出“评价”实验，所以题干实验目的明确，围绕实验目的已设计好实验，但由于实验设计中存在某些不足（如变量设计不合理或未设计、没有强调等同和适宜即没有遵循单一变量原则、结果检验不合理、原理使用不当等），导致实验结果不能说明实验结论。

解题思路：（1）解读实验目的的把握变量的设计，看是否设计了变量；（2）解读实验目的，把握实验结果显示设计，看结果显示是否正确，注意结果显示使用的原理是否妥当；（3）看是否遵循单一变量原则；（4）观察实验设计叙述中常规知识点的准确性。

实验评价题型解题技巧

１．首先看有无对照实验，如果无添加对照组，如果有→步骤2

２．再看是否单一变量，在实验中除要设计的变量外，其他条件都必须一致，特别注意实验过程中是否会因添加试剂、或进行某个操作而引起控制条件的不一致性。例如研究温度对酶活性影响，则温度为变量。除单一变量外，其他条件应完全一样。

①实验对象的一致性　　　　　　②等量性原则--每次实验所加试剂的量要相等。

③实验控制时间的一致性　　　　 ④实验条件的一致性

……

如果是单一变量，则看实验原理、实验操作、语言叙述等是否有错误：

３．看实验步骤的顺序是否合理，步骤是否完整。

４．看实验仪器、药剂的使用的是否合理。药剂的配备、使用及用量的大小。

５．实验结果的验证是否合理。

（三）实验设计题型（验证性实验；探究性实验）