生物实验设计题错误分析
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作者: 曾文俊
【例题】
研究性学习小组的同学在某电镀厂排水口采集重金属污染液1000mL，并利用以下实验材料和器材设计实验，研究不同浓度的重金属污染液对水稻种子萌发和生长的影响。
实验材料和器材：水稻种子、试管、培养皿、纱布、尺子（100mm）、蒸馏水、恒温光照培养箱（温度设定为28°C，光照强度为2000Lux）（实验材料和器材的数量不限）。
请根据以上给出的实验材料和器材，设计实验方法和步骤，预测最有可能的实验结果并得出相应的结论。
【参考答案】
方法和步骤：
① 用蒸馏水将重金属污染液逐级稀释10、102、103、104倍,获得4种不同浓度的污染液。
② 挑选籽粒饱满、大小近似一致的水稻种子250粒，随机平均分成5组。
③ 取5只培养皿，垫上纱布。其中4只培养皿加入等体积的不同浓度的重金属污染液（浸润纱布即可）作为实验组；另1只培养皿加入等体积的蒸馏水作为对照组。
④ 在每只培养皿的纱布上，均匀放置50粒水稻种子。
⑤ 将5只培养皿置于恒温光照培养箱内。每天给实验组补充等量的相应浓度的重金属污染液，而给对照组补充等量的蒸馏水，以保持纱布的湿润。
⑥ 1周后统计各组的发芽率，用尺子测量幼苗根长，计算其平均值。
最可能的实验结果：
不同浓度的重金属污染液中的种子萌发率都比蒸馏水中的低，幼苗根长也较短。随着重金属浓度的升高，种子萌发率降低，幼苗根长也缩短。
结论：
不同浓度的重金属污染液对水稻种子的萌发及水稻幼苗的生长均有抑制作用；随着浓度的增高，抑制作用增强。
【常见的答题错误】
（1） 实验材料和器材的功用不明确
对于本题，有同学不清楚尺子的作用，误答成“在稀释时，用尺子量试管溶液的高度”。也有同学对纱布的作用不明确，误以为是“用来过滤”的。
如果在解题时没有弄清实验材料和器材的具体功用，必将导致实验步骤的设计错误。一般说来，若是要根据题干所提供的材料和器材来设计实验，则应明确每种材料和器材的功用并加以合理利用。如果可以任意选择材料和器材，则题目具有更大的开放性，需要更为仔细的分析。
（2） 实验步骤的顺序错误
有些实验的步骤顺序是绝对不能颠倒的，如有关细菌培养的实验，只能先“灭菌”后“接种”；有关温度对酶活性影响的探究实验，一定要先“控制温度”后“让相关溶液混合”，等等。因此，同学们解题时可先在草稿纸上写出大致的步骤，然后再仔细考虑各步骤之间的顺序是否合理。
对于本题，有些同学选择“先加种子到培养皿中，然后再加纱布及培养液”，这样的实验步骤顺序虽然对解答的结果影响不大，但也是一种不合理的设计。
（3） 未遵循单因子变量原则
实验过程中可以变化的因素称为变量。其中，人为改变的变量称为自变量，如本题中的重金属污染液的浓度；随着自变量变化的变量称为因变量，如本题中的种子萌发率和生长状况；除自变量和因变量以外，其他可能存在的会对实验结果造成影响的变量称为无关变量，如本题中种子自身的状况、温度、湿度、氧气及光照等。在进行实验时，实验组和对照组的自变量只能是一个，无关变量要尽可能的相同且适宜。因此，在设计实验时要分析明确实验组与对照组是否只有一个自变量，无关变量的设置是否相同等。
（4） 未设置对照或对照无意义
设置对照是一个最基本的生物实验原则。对照可分为：①空白对照：指不给对照组施加任何的实验处理因素；②条件对照：指给对照组施加部分非研究的实验因素；③自身对照：对照和实验都在同一研究对象上进行；④相互对照：不单独设对照组，而是几个实验组相互对照。有时一个实验需要设置多种对照来增强实验结果的说服力。
对于本题，很多同学只设置了不同重金属污染液浓度组之间的相互对照，却忽视了与只加蒸馏水组的空白对照，没能有力地证实实验结论。
（5） 未遵循等量原则
除了自变量外，实验组与对照组所加的其他实验材料及物质的量要相同或相等。因此，在进行有关实验过程的叙述时，在恰当的地方应使用“等量”“适宜”“相同条件”等词。
对于本题，许多同学未能很好地对各组的种子数量、实验组的重金属污染液体积以及空白对照组的蒸馏水体积等参数进行等量设置。
（6） 未注意平行可重复原则
为了尽可能地避免偶然性，使实验结果与结论相对准确可靠，实验必须能够重复进行足够多的次数。若别人按照相同的步骤、条件进行实验，应能得到相同的实验结果与结论。因此，在实验时要设置足够多的实验组和对照组。
（7） 未注意可操作性或实际情况
所设计的实验步骤及对实验结果的检测必须是实际的、可操作的，不能太理想化。
对于本题，有的同学直接在培养皿中加1000mL蒸馏水进行稀释；或将种子放入加了400mL污染液的培养皿中，使种子完全浸没在液体中；或者是只加一次污染液与蒸馏水，以后不再进行添加；或者在实验结束时测量重金属的减少量等，这些实验操作步骤都是不实际的或是难以操作的，应该注意避免。
（8） 实验结果、结果分析与结论互相混淆
实验结果是在实验结束时出现的，通常伴有一定的现象，如本题中种子的发芽率和幼苗根长等。实验结果分析应该写“为什么会出现这样的结果”，通常需要用到一定的实验原理来进行讨论，如本题应写出为什么在重金属污染液中种子的萌发率会相对降低、幼苗根长会相对较短。实验结论是由实验结果推导出来的，应该与实验目的相呼应。同学们在解题时，一定要明确题目的要求，不能将实验结果、结果分析和实验结论混为一谈。
（9） 观察和比较的指标不明确
要明确观察和比较的指标。
对于本题，有的同学设计在实验结束时测“各组种子的重量或重金属的减少量”，事实上，本题应用种子萌发率的平均值与幼苗的平均根长作为观察和比较的指标。
（10） 因果关系倒置
通常根据实验结果才能推出结论。其叙述方法是：若出现某某结果，则有某某结论。
如本题的预期结果之一是：在不同浓度的重金属污染液中，种子的萌发率都比在蒸馏水中的低，从而得出结论：不同浓度的重金属污染液对水稻种子的萌发有着不同程度的抑制作用。有些同学却把预期结果写成“如果不同浓度的重金属污染液对水稻种子的萌发都有抑制作用，则不同浓度的重金属污染液中的种子萌发率都比蒸馏水中的低”，这显然是不符合逻辑的。因此，在答题时，同学们还要注意语言叙述的逻辑关系。
（11） 审题不仔细导致遗漏
对于本题，很多同学只是计算了种子的萌发率却没有测量幼苗根长，而题目的要求是探究重金属污染对水稻种子萌发和生长两方面的影响。因此，同学们在审题时一定要仔细，明确题目的要求到底有哪几个方面。
（12） 验证性实验与探究性实验混淆
验证性实验的结论是已知的、确定的，不需要进行讨论。探究性实验的结果是未知的，结论也是不确定的，需要进行讨论。
本题中，实验的结果可能有：①不同浓度的重金属污染液中的种子萌发率都比蒸馏水中的低，且随重金属污染浓度的升高，种子的萌发率降低；②不同浓度的重金属污染液中的种子萌发率都比蒸馏水中的高；随重金属污染浓度的升高，种子的萌发率升高；③不同浓度的重金属污染液中的种子萌发率有的比蒸馏水中的高，有的比蒸馏水中的低；④不同浓度的重金属污染液中的种子萌发率与蒸馏水中的无明显差异。当然，最有可能出现的实验结果是①。因此同学们在写预期结果与结论时，应首先明确到底是验证性实验还是探究性实验。
（13） 实验原理、假设和目的互相混淆
实验原理是指实验实施或结果实现的理论依据。实验假设是指在进行探究性实验时，对研究对象的属性、特征或与某些因素之间的关系做出具体的猜测，一般用陈述性语句表述，不用“是否”“会不会”等词，而是用“是”“会”或“否”“不会”等词。本题中的假设可以是“重金属污染液会使种子的萌发率和幼苗根长降低”等。实验目的是指对研究对象的属性、特征或与某些因素之间的关系进行验证还是探究。同学们在答题时，一定要注意这三者之间的区别。
（14） 定性实验与定量实验混淆
定性实验的目的是判定某因素对某对象“是否影响”或“是否起作用”等，通常的回答是“有”或“没有”，“是”或“不是”等。定量实验要求测出某因素与对象之间的数量关系，要有具体的数据。要求不同，最后对实验结果的处理就不同。
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