在科學(xué)研究中,經(jīng)驗(yàn)性材料的獲取僅靠觀察法是不夠的,許多情況下還要通過(guò)實(shí)驗(yàn)。正如生理學(xué)家巴甫洛夫所說(shuō),觀察是收集自然界所提供的東西,而實(shí)驗(yàn)則是從自然現(xiàn)象中提取人們所期望的東西。關(guān)于實(shí)驗(yàn)法,人教版初中生物學(xué)教科書中已經(jīng)作了初步介紹,高中教材中又進(jìn)一步結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)作了闡述,包括“控制變量”“對(duì)比實(shí)驗(yàn)”等。下面就高中教材中有關(guān)實(shí)驗(yàn)法的幾個(gè)問(wèn)題作簡(jiǎn)要說(shuō)明。
(1)科學(xué)方法論中的實(shí)驗(yàn)與中學(xué)生物教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)
科學(xué)方法論中的實(shí)驗(yàn)是指根據(jù)一定的研究目的,在人為控制或干預(yù)研究對(duì)象的條件下進(jìn)行的觀察。它與單純的觀察是不同的。而中學(xué)生物教學(xué)中的實(shí)驗(yàn),通常是指在實(shí)驗(yàn)室利用儀器設(shè)備進(jìn)行的各種探究活動(dòng),它既包括科學(xué)方法論意義上的實(shí)驗(yàn),也包括單純觀察類的活動(dòng),如觀察多種多樣的細(xì)胞、觀察細(xì)胞的有絲分裂等。
(2)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組
實(shí)驗(yàn)的目的是探索僅靠觀察所看不到的未知。為了探索這樣的未知,必須對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行人為控制或施加某種影響。在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中,經(jīng)過(guò)這樣的控制處理的一組事物稱為實(shí)驗(yàn)組。為了確證實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果是由人為進(jìn)行的這種處理引起的,需要用同樣的研究對(duì)象另外設(shè)置不作上述處理的一組事物進(jìn)行觀察,這樣的未作實(shí)驗(yàn)處理的一組事物稱為對(duì)照組。這里之所以強(qiáng)調(diào)“一組”,主要是考慮到平行重復(fù)的問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō),進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)處理的事物是實(shí)驗(yàn)組,自然狀態(tài)(未加處理)的事物稱為對(duì)照組。針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)區(qū)分實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組時(shí),需要清楚實(shí)驗(yàn)控制的原理。實(shí)驗(yàn)控制的原理不外乎加法原理和減法原理兩種:與常態(tài)相比,人為增加某種影響因素即加法原理,人為去除某種因素即減法原理。對(duì)不少教師來(lái)說(shuō),運(yùn)用加法原理設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),區(qū)分實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組比較容易;運(yùn)用減法原理設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),區(qū)分實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組時(shí)則常常困惑。例如,在“比較過(guò)氧化氫酶在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)中,1號(hào)試管處于常溫環(huán)境(不加熱),也不加任何催化劑,2號(hào)試管加熱、3號(hào)試管加FeCL3溶液,4號(hào)試管加肝臟研磨液。這顯然是運(yùn)用加法原理進(jìn)行控制的實(shí)驗(yàn),1號(hào)屬于對(duì)照組,2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)屬于實(shí)驗(yàn)組。又如,德國(guó)植物學(xué)家薩。