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生物实验设计的理论和方法2009.4
西青教研室吴亚男
生物学作为一门以实验为基础的自然科学，实验是获取生物学知识的重要手段，是科学研究过程的重要环节。
《生物课程标准》中在能力目标上是这样表述的：初步学会生物科学探究的一般方法，发展学生提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流的科学探究能力。在科学探究中发展合作能力、实践能力和创新能力。
在初中生物教材中，就科学探究的一般过程提出了这样的程序：提出问题
作出假设制订计划实施计划得出结论表达和交流。下面我们就科学探究的一般程序作出进一步的说明。
一、生物实验程序
1.观察，提出问题
在观察基础上提出有意义的值得探讨的问题。
我们在七年级做的第一个调查就是“调查我们身边的生物”，不知老师们有没有尝试着在学生观察（调查）结束后让学生提出问题呢？
什么样的问题才是有意义的、值得探讨的问题？对于初中学生来说，可以从三个方面去评价：
（1）问题的科学性：面对同一个事物，不同的人可能会从不同的角度提出不同的问题。比如：（展示图片—树，问你面对这棵大树想知道什么问题吗？这就是你所提出的或探究的问题）面对一棵枝叶繁茂的松树，科学家可能会问它的分类地位、树龄、虫害等问题；诗人可能感叹它历经多少风霜，对完善人格有哪些启迪；商人可能关心它作为木材值多少钱。前者是科学问题，后二者则不是。科学课以探讨科学问题为主，其他问题也不能一概排斥。
（2）问题的探究价值：主要看提问题时调动已有知识和惊讶的广度和深度。比如（示图—探究花生果实大小的变异），关于花生果实大小的变异，“大花生的果实中有个小的吗？”这一问题就比较简单；“把大花生的种子种到贫瘠的土壤里，结出的果实会怎样呢？把小花生的种子种到肥沃的土壤里，结出的果实又会怎样呢?”这一问题就有一定的深度了，它调动了学生关于性状与遗传、变异和环境关系的知识。探究的价值更高。此外，提出有探究价值的问题，往往还需要丰富的联想和想象，从学生想象空间的广阔程度来评价问题的价值也是重要的。
（3）问题的明确具体：举例说明一下----比如你明天要擦车，关心明天会不会下雨。你可能会问：“明天天气怎样？”别人不知道你具体指什么，可能会回答：天气预报说明天有五级风；或明天是20度。你还得问：“下不下雨呢？”人家才知道你想问的到底是什么。在举一个生物的例子。在学习《水中生活的动物》一节时，如果提出问题探究“鲫鱼的外部形态中有哪些特点与其水生生活相适应”，问题就明确，但是如果说“鲫鱼的外部形态有哪些特点”时，可能答案就会多种多样了。可见从产生疑问到提出问题，有时还需要进行深入思考的。
2.作出假设：
假设：也称假说或猜测，只用来说明某种现象但未经证实的论题，也就是对所提出的问题所作出的参考答案。
假设一般分为2个步骤：
第一步：提出假设，即依据发现的事实材料或以知科学原理，通过创造性的思维，提出初步假定。
第二步：作出预测推断，依据提出的假说，进行推理得出假定性结论。
例如：细菌学家弗莱明发现抗生素的过程中，发现了问题：培养基的其余部分都布满了葡萄球菌的菌落，只有青霉菌菌落的周围没有葡萄球菌的菌落。这是为什么呢？他作出的假设：青霉能够产生一种杀死或抑制葡萄球菌生长的物质。他作出预测：在放入了青霉菌的培养液能阻止细菌的生长和繁殖。
3.制定计划、实施计划（设计并完成实验）：
实验是完成假设和解决问题的最终途径。当确定了实验课题、建立了假设，实际上已进入了实验方案制定的程序。实验方案设计可以包括两个层面：一个是确定实验目的和实验原理，这是实验设计的“隐性”部分，另一层面是实验过程的设计和预期实验结果。实验过程的设计是依据实验目的和实验原理设计的实验操作过程，包括实验材料和实验手段的选择、实验方法步骤的安排、反应变量的确定与控制、实验现象与结果的纪录等。这是实验设计的“显性”部分。实验目的和实验原理虽然是抽象的，不可见的，但在具体的生物学实验中，对可操作部分起着重要的指导作用。实验过程设计是实验设计的中心环节，因为只有通过实验过程的设计和实施，才能修订和验证假设，获得合理的结论，实现实验目的要求。
4.分析数据，得出结论：
观察实验目的在于获取验证性的结果，所以在实验中要客观如实地观察、记录实验现象，得出实验结果，并通过一定方式将实验结果呈现出来。据此论证、说明实验中的自变量与因变量的因果关系，进而得出实验结论。①如果所获取的结果与假设相符，则肯定假设；②如果结果与假设不相符，则否定假设；③如果结果与假设无关，则无从判断，可另做假设。实验过程