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生物教学论文:生物学实验中干扰性因素分析及其排除
生物教学论文:生物学实验中干扰性因素分析及其排除吴举宏
（江苏省中小学教学研究室．江苏南京2100013）
无论是实验设计，还是实验实施和实验分析，分析和排除实验中干扰性因素是科学实验中的一项基础性工作，也是实验教学中要加以重视的一项重要实验技能。本文从学生实验设计方案中出现的错误案例说起，以中学生物学典型试题为例，探讨和总结实验中干扰性因素的一般来源及其常见排除方法。
一、从学生作业中的错误说起
试题1：血糖含量的相对恒定是保证动物机体进行正常生理活动的重要条件，一旦机体内血糖含量过低，细胞的正常活动则受到影响，动物会出现惊厥、昏迷等现象。为了验证“胰岛素具有降低血糖的生理作用”，请以小白鼠为实验对象设计实验步骤，预测实验应出现的结果，并写出实验结论。
（一）实验材料和用具：小白鼠4只；鼠笼2个；胰岛素溶液；50%葡萄糖溶液；生理盐水；注射器若干个。
（二）实验步骤：（实验提示：采用腹腔注射给药，给药剂量不作实验设计要求）
第一步：将4只小白鼠分为实验和对照两组，每组2只。
实验结论：
学生作业答案：第二步：在实验组小鼠腹腔下注射适量的胰岛素，在对照组小鼠腹腔下注射等量的生理盐水，置于30℃～37℃相同环境中；观察并记录小鼠活动状况。第三步：给两组小鼠均注射等量的葡萄糖溶液；观察并记录小鼠活动状况。
实验现象：实验组小鼠被注射胰岛素后出现惊厥、昏迷等现象，在注射葡萄糖溶液后恢复正常：而对照组小鼠被先后注射生理盐水、葡萄糖溶液后均正常。
实验结论：实验鼠出现惊厥、昏迷是因为血糖降低引起的．血糖降低是胰岛素作用的结果。
试题2：利用下列装置（见图1），设计一个验证呼吸作用产生C02的装置图。
错误分析：通过以上两道试题的学生答案，我们不难看出，由于实验中的干扰性因素没有排除，因此按照学生的思考和设计，是不能达到理想且科学的实验效果的。试题1中，由于在注射胰岛素之前，没有对“两组小白鼠饥饿处理18~24h”，因此小白鼠肝脏中贮存的肝糖元等因素会在一定程度上影响胰岛素作用的发挥，使实验的现象不明显或不发生；试题2中，学生没有考虑到“空气中含有C02”，因此没有排除空气中C02，实验的结果和结论都没有说服力，从而缺乏实验的科学性。有的学生解答试题2时，考虑到了要排除空气中的C02，于是按照“B→A→C”的顺序设计实验装置，但是因为对“排除空气中的C02”的因素考虑得不彻底或不严谨，没有确认经过B装置后空气中的C02确实已经被除尽，因此实验步骤还是不够严谨和科学。
二、干扰因素的来源及其排除
1．来自实验材料
由于所采集的生物材料在实验前的代谢过程中产生的某些代谢产物对实验所要展开的研究存在干扰，或生物材料本身的活动状态与实验的要求不相符合，从而影响实验的现象及其相关的生理过程的发生。那么在实施本实验前必须通过一定的实验步骤消除先前的代谢产物，或将实验生物的活动状态调适到符合实验要求。(教学论文 www.fwsir.com)举例说明如下：
试题3：某同学从一本《植物生理学》中查到“幼嫩叶片可产生生长素，生长素阻止叶柄脱落”的结论，于是他设计了一个实验，想证实该结论。他的实验步骤为：(1)取一盆生长状况良好的植物，去掉幼叶的叶片（如图3所示）；(2)观察幼叶叶柄的脱落情况。请你用所学知识，评价该同学的实验设计。
分析：该同学的实验设计明显存在两个错误：一是没有设置对照实验，另一个方面的错误就是没有考虑到顶芽也能产生生长素，并且向下运输至幼叶叶柄处，阻止幼叶叶柄的脱落，从而影响实验现象的发生。因此实验前必须去掉顶芽，排除其对实验的干扰。
此外，例如“验证植物在光照下光合作用合成淀粉”的实验，需要将实验植物放置在黑暗中24h，以便将植物叶片中原有的淀粉分解，以排除实验前植物光合作用已经合成的淀粉对实验的干扰；同时，为了排除叶片中色素对碘一淀粉反应的颜色观察，需要将叶片浸在盛有酒精的小烧杯中，并放人大烧杯内隔水加热，使叶片中的色素溶解在酒精中，直到叶片褪去绿色，变成黄色，然后取出变黄的叶片，用清水漂洗干净，再放在培养皿中，滴加碘液。再如，在做“探究低温环境对小鼠耗氧量的影响”的实验时，必须等实验小鼠安静后方能开始实验，否则惊吓躁动的小鼠其耗氧量必定很高，其检测结果必然影响实验的准确性和科学性。
2．来自实验环境
实验的外部环境条件，如温度、湿度、空气（氧气、二氧化碳等）、大气气压、光照等诸多因素，都有可能对实验的生理过程产生干扰，或对实验数据的检测产生影响，从而干扰实验的现象发生和实验因变量的检测。为了使实验的结论科学、准确，就需要采取一定的措施，消除这些来自环境中的干扰因素。
试题4：图4是测定鲜樱桃呼吸速率的密闭装置。
(1)关闭活塞，在适宜温度下，30min后，读取装置有色液滴中有色液滴向____（填“左”或“右”）移动的距离。
(2)为了使测得的有色液滴移动数值更准确，必须进行校正。校正装置的容器和小瓶中应分别放入____、____。
(3)如果用绿色植物幼苗来替代消毒的鲜樱桃，为完成该实验的目的，实验时还须注意哪些事项？____。
分析：该实验通过装置内NaOH溶液吸收呼吸作用产生的C02，由于鲜樱桃呼吸作用需要不断消耗装置内的02，从而引起装置内外的气压差的变化，而装置内外气压差的变化会影响有色液滴的移动距离，以此来研究鲜樱桃的呼吸速率。但是外界的温度等因素的变化，会非常明显地影响装置内外的气压差，从而影响实验的精确性和科学性。为了排除外界温度等因素的影响，使测得的有色液滴移动数值更准确，必须设置实验进行校正：校正装置的容器和小瓶中应分别放入与实验组等量消毒的无活性的樱桃、与实验组等量的20%NaOH溶液。而如果用绿色植物幼苗来替代消毒的鲜樱桃，来进行该实验，实验时还须注意在黑暗中完成该实验，或将装置中的容器一律改为相同的不透光的容器，以避免光合作用对该实验的干扰，因为光照下植物的光合作用会吸收C02、释放02，从而明显影响实验的气压差。再如，前文试题2中，如果不除尽空气中的CO2，会严重影响实验结果和实验结论的科学性和说服力。
3．来自前面操作
在实验中有时前面的实验操作步骤，可能会干扰后面的实验过程，从而影响实验现象和实验结果。例如，高中生物教材中“脂肪的鉴定”实验中，首先用滴管在花生子叶薄片上滴2—3滴苏丹Ⅲ染液，染色2~3min；然后用吸水纸吸取花生子叶薄片周围的染液，在薄片上滴l—2滴体积分数为50%的酒精溶液，此处酒精溶液的作用就是为了洗去浮色，便于后面显微镜下观察得更清晰。再如，“观察植物细胞的有丝分裂”实验中，解离时所用的盐酸溶液，会影响后面龙胆紫溶液的染色效果，因此在解离后染色前要进行漂洗，以洗去解离液，有利于染色。
4．来自实验设计
有些实验产生的干扰性因素是来自实验者设计的实验方案本身，比如实验样本数少，偶然性因素显著干扰实验现象和实验结果。有些实验由于实验生物的个体差异，无法通过上述方法消除干扰，而为了确保实验的科学性，需要通过实验生物的巧妙搭配来消除干扰，遵循“单一因子变量”原则。
试题5：研究人员从人体的DNA中筛选克隆出内皮抑素基因，将此基因转移到双歧杆菌中，使其能够正常表达。用这样得到的双歧杆菌制成口服制剂，此制剂可以用于抑制癌症。在这种药物用于临、床治疗之前，应该先进行动物实验，以确定制剂对机体内重要脏器的安全性。写出简要的实验设计方案。
实验材料：转基因双歧杆菌口服制剂；健康鼠4只，性别、体重如下表所示：
实验设计：
①第一步：将实验鼠分为实验组、对照组，其中
为实验组，____为对照组（填写代号）。
②第二步：每日为小鼠提供____食物和水：给实验组定时服用____，同时给对照组服用____。
③第三步：饲养相同时间后，分别解剖观察实验组、对照组的鼠，检查重要脏器发生病变情况。
分析：本试题参考答案为：①甲与丁（乙与丙）乙与丙（甲与丁）；②等量相同的双歧杆菌制剂等量的水。在实验时，不管如何挑选，小鼠在性别、体重等方面总是存在差异的，甚至有时这种差异还非常显著，而且对每只小鼠进行单独处理，也无法消除这种差异。为了遵循实验“单一因子变量”原则，可以通过增加实验样本数量和合理搭配来消除差异干扰。例如，甲与丁、乙与丙的相互搭配，可以有效消除小鼠性别、体重的差异对实验结果的干扰。
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