有關生物學實驗中干擾性因素分析及其排除的教學論文
生物教學論文:生物學實驗中干擾性因素分析及其排除
無論是實驗設計，還是實驗實施和實驗分析，分析和排除實驗中干擾性因素是科學實驗中的一項基礎性工作，也是實驗教學中要加以重視的一項重要實驗技能。本文從學生實驗設計方案中出現的錯誤案例說起，以中學生物學典型試題為例，探討和總結實驗中干擾性因素的一般來源及其常見排除方法。
一、從學生作業中的錯誤說起
試題1：血糖含量的相對恒定是保證動物機體進行正常生理活動的重要條件，一旦機體內血糖含量過低，細胞的正�；顒觿t受到影響，動物會出現驚厥、昏迷等現象。為了驗證“胰島素具有降低血糖的生理作用”，請以小白鼠為實驗對象設計實驗步驟，預測實驗應出現的結果，并寫出實驗結論。
�。ㄒ唬⿲嶒灢牧虾陀镁撸盒“资�4只；鼠籠2個；胰島素溶液；50%葡萄糖溶液；生理鹽水；注射器若干個。
（二）實驗步驟：（實驗提示：采用腹腔注射給藥，給藥劑量不作實驗設計要求）
第一步：將4只小白鼠分為實驗和對照兩組，每組2只。
實驗結論：
學生作業答案：第二步：在實驗組小鼠腹腔下注射適量的胰島素，在對照組小鼠腹腔下注射等量的生理鹽水，置于30℃～37℃相同環境中；觀察并記錄小鼠活動狀況。第三步：給兩組小鼠均注射等量的葡萄糖溶液；觀察并記錄小鼠活動狀況。
實驗現象：實驗組小鼠被注射胰島素后出現驚厥、昏迷等現象，在注射葡萄糖溶液后恢復正常：而對照組小鼠被先后注射生理鹽水、葡萄糖溶液后均正常。
實驗結論：實驗鼠出現驚厥、昏迷是因為血糖降低引起的．血糖降低是胰島素作用的結果。
試題2：利用下列裝置（見圖1），設計一個驗證呼吸作用產生C02的裝置圖。
錯誤分析：通過以上兩道試題的學生答案，我們不難看出，由于實驗中的干擾性因素沒有排除，因此按照學生的思考和設計，是不能達到理想且科學的實驗效果的。試題1中，由于在注射胰島素之前，沒有對“兩組小白鼠饑餓處理18~24h”，因此小白鼠肝臟中貯存的肝糖元等因素會在一定程度上影響胰島素作用的發揮，使實驗的現象不明顯或不發生；試題2中，學生沒有考慮到“空氣中含有C02”，因此沒有排除空氣中C02，實驗的結果和結論都沒有說服力，從而缺乏實驗的科學性。有的學生解答試題2時，考慮到了要排除空氣中的`C02，于是按照“B→A→C”的順序設計實驗裝置，但是因為對“排除空氣中的C02”的因素考慮得不徹底或不嚴謹，沒有確認經過B裝置后空氣中的C02確實已經被除盡，因此實驗步驟還是不夠嚴謹和科學。
二、干擾因素的來源及其排除
1．來自實驗材料
由于所采集的生物材料在實驗前的代謝過程中產生的某些代謝產物對實驗所要展開的研究存在干擾，或生物材料本身的活動狀態與實驗的要求不相符合，從而影響實驗的現象及其相關的生理過程的發生。那么在實施本實驗前必須通過一定的實驗步驟消除先前的代謝產物，或將實驗生物的活動狀態調適到符合實驗要求。(教學論文 )舉例說明如下：
試題3：某同學從一本《植物生理學》中查到“幼嫩葉片可產生生長素，生長素阻止葉柄脫落”的結論，于是他設計了一個實驗，想證實該結論。他的實驗步驟為：(1)取一盆生長狀況良好的植物，去掉幼葉的葉片（如圖3所示）；(2)觀察幼葉葉柄的脫落情況。請你用所學知識，評價該同學的實驗設計。
分析：該同學的實驗設計明顯存在兩個錯誤：一是沒有設置對照實驗，另一個方面的錯誤就是沒有考慮到頂芽也能產生生長素，并且向下運輸至幼葉葉柄處，阻止幼葉葉柄的脫落，從而影響實驗現象的發生。因此實驗前必須去掉頂芽，排除其對實驗的干擾。
此外，例如“驗證植物在光照下光合作用合成淀粉”的實驗，需要將實驗植物放置在黑暗中24h，以便將植物葉片中原有的淀粉分解，以排除實驗前植物光合作用已經合成的淀粉對實驗的干擾；同時，為了排除葉片中色素對碘一淀粉反應的顏色觀察，需要將葉片浸在盛有酒精的小燒杯中，并放人大燒杯內隔水加熱，使葉片中的色素溶解在酒精中，直到葉片褪去綠色，變成黃色，然后取出變黃的葉片，用清水漂洗干凈，再放在培養皿中，滴加碘液。再如，在做“探究低溫環境對小鼠耗氧量的影響”的實驗時，必須等實驗小鼠安靜后方能開始實驗，否則驚嚇躁動的小鼠其耗氧量必定很高，其檢測結果必然影響實驗的準確性和科學性。
2．來自實驗環境
實驗的外部環境條件，如溫度、濕度、空氣（氧氣、二氧化碳等）、大氣氣壓、光照等諸多因素，都有可能對實驗的生理過程產生干擾，或對實驗數據的檢測產生影響，從而干擾實驗的現象發生和實驗因變量的檢測。為了使實驗的結論科學、準確，就需要采取一定的措施，消除這些來自環境中的干擾因素。
試題4：圖4是測定鮮櫻桃呼吸速率的密閉裝置。
(1)關閉活塞，在適宜溫度下，30min后，讀取裝置有色液滴中有色液滴向____（填“左”或“右”）移動的距離。
(2)為了使測得的有色液滴移動數值更準確，必須進行校正。校正裝置的容器和小瓶中應分別放入____、____。
(3)如果用綠色植物幼苗來替代消毒的鮮櫻桃，為完成該實驗的目的，實驗時還須注意哪些事項？____。
分析：該實驗通過裝置內NaOH溶液吸收呼吸作用產生的C02，由于鮮櫻桃呼吸作用需要不斷消耗裝置內的02，從而引起裝置內外的氣壓差的變化，而裝置內外氣壓差的變化會影響有色液滴的移動距離，以此來研究鮮櫻桃的呼吸速率。但是外界的溫度等因素的變化，會非常明顯地影響裝置內外的氣壓差，從而影響實驗的精確性和科學性。為了排除外界溫度等因素的影響，使測得的有色液滴移動數值更準確，必須設置實驗進行校正：校正裝置的容器和小瓶中應分別放入與實驗組等量消毒的無活性的櫻桃、與實驗組等量的20%NaOH溶液。而如果用綠色植物幼苗來替代消毒的鮮櫻桃，來進行該實驗，實驗時還須注意在黑暗中完成該實驗，或將裝置中的容器一律改為相同的不透光的容器，以避免光合作用對該實驗的干擾，因為光照下植物的光合作用會吸收C02、釋放02，從而明顯影響實驗的氣壓差。再如，前文試題2中，如果不除盡空氣中的CO2，會嚴重影響實驗結果和實驗結論的科學性和說服力。
3．來自前面操作
在實驗中有時前面的實驗操作步驟，可能會干擾后面的實驗過程，從而影響實驗現象和實驗結果。例如，高中生物教材中“脂肪的鑒定”實驗中，首先用滴管在花生子葉薄片上滴2—3滴蘇丹Ⅲ染液，染色2~3min；然后用吸水紙吸取花生子葉薄片周圍的染液，在薄片上滴l—2滴體積分數為50%的酒精溶液，此處酒精溶液的作用就是為了洗去浮色，便于后面顯微鏡下觀察得更清晰。再如，“觀察植物細胞的有絲分裂”實驗中，解離時所用的鹽酸溶液，會影響后面龍膽紫溶液的染色效果，因此在解離后染色前要進行漂洗，以洗去解離液，有利于染色。
4．來自實驗設計
有些實驗產生的干擾性因素是來自實驗者設計的實驗方案本身，比如實驗樣本數少，偶然性因素顯著干擾實驗現象和實驗結果。有些實驗由于實驗生物的個體差異，無法通過上述方法消除干擾，而為了確保實驗的科學性，需要通過實驗生物的巧妙搭配來消除干擾，遵循“單一因子變量”原則。
試題5：研究人員從人體的DNA中篩選克隆出內皮抑素基因，將此基因轉移到雙歧桿菌中，使其能夠正常表達。用這樣得到的雙歧桿菌制成口服制劑，此制劑可以用于抑制癌癥。在這種藥物用于臨、床治療之前，應該先進行動物實驗，以確定制劑對機體內重要臟器的安全性。寫出簡要的實驗設計方案。
實驗材料：轉基因雙歧桿菌口服制劑；健康鼠4只，性別、體重如下表所示：
實驗設計：
�、俚谝徊剑簩嶒炇蠓譃閷嶒灲M、對照組，其中
為實驗組，____為對照組（填寫代號）。
�、诘诙剑好咳諡樾∈筇峁___食物和水：給實驗組定時服用____，同時給對照組服用____。
③第三步：飼養相同時間后，分別解剖觀察實驗組、對照組的鼠，檢查重要臟器發生病變情況。
分析：本試題參考答案為：①甲與丁（乙與丙）乙與丙（甲與�。虎诘攘肯嗤碾p歧桿菌制劑等量的水。在實驗時，不管如何挑選，小鼠在性別、體重等方面總是存在差異的，甚至有時這種差異還非常顯著，而且對每只小鼠進行單獨處理，也無法消除這種差異。為了遵循實驗“單一因子變量”原則，可以通過增加實驗樣本數量和合理搭配來消除差異干擾。例如，甲與丁、乙與丙的相互搭配，可以有效消除小鼠性別、體重的差異對實驗結果的干擾。
【有關生物學實驗中干擾性因素分析及其排除的教學論文】相關文章：