“选用恰当的方法验证简单的生物学事实，并对实验进行解释和分析”是对高中学生生物学能力的重要要求之一，随着生物学教学改革的发展，生物验证性实验的设计和分析必将成为中学生能力要求的基本内容。那么如何设计验证性实验，并对其进行解释和分析呢？下面以高中生物必修本实验三“观察根对矿质元素离子的交换吸附现象”为例，简述验证性实验设计和分析的一般方法。

1．明确实验目的，确定实验原理

当我们设计实验时，首先要明确实验目的。如实验三的目的是验证根细胞可以进行离子交换吸附，但是如何证明确实可以发生离子交换吸附呢？这就要确定实验原理。实验设计者是这样考虑的，如果进行交换吸附的溶液中的离子是有色的，这种离子被吸附到根的表面，根就会被染色，将染色的根放入无色的离子溶液中，吸附在根细胞表面的有色离子与溶液中的无色离子发生交换吸附，根就会褪色而溶液就会出现颜色。如果不发生离子交换吸附，就没有上述变化，选用亚甲基蓝溶液正是基于这一原理。

2．确定实验步骤

依据实验原理，就可以大致确定实验的基本方法步骤。如实验三，第一步是培养根；第二步是根细胞表面离子与有色离子的交换吸附即染色；第三步是吸附于根细胞表面的有色离子与无色溶液中的离子的交换吸附；第四步是观察记录分析结果。其最重要的是第三步，为了使其更有说服力，必须设计对照实验。

3．选择适当的实验材料和用具

在实验步骤基本确定之后，选择适当的材料用具就显得尤为重要。如实验三对根的选择：要求一定是活的，因为只有活的根才能进行呼吸作用，只有进行呼吸作用才能进行离子交换吸附。又如选择0.01％的亚甲基蓝溶液，除了它解离出的有色阳离子亚甲基蓝离子有兰色外，还因为这种亚甲基蓝阳离子不能被吸收到细胞内部，仅可以吸附在根细胞膜的表面，而浓度限制在0.01％是因为在此浓度下亚甲基蓝溶液对根细胞基本上无毒害作用。另外，溶液的浓度也有限制，通常为10％左右，浓度过高也会影响根的正常生理活动，而漂洗液选用蒸馏水而不用清水则因为清水中有Ca²、Mg²等离子，能够与吸附在根细胞表面的亚甲基蓝阳离子发生交换吸附的缘故。

4．区分实验中控制因素和可变因素

要使对照实验有说服力，就必须认真分析影响实验结果的诸因素中哪些是可以控制的，哪些是不可控制的（可变的），哪些因素可以忽略不计等。如实验三，根的染色过程、根的漂洗、根的数量、所用溶液的浓度和数量等，均是可以控制的。而根的粗细、根的生长状况（长度相等的根粗细不同，生长时间不同，呼吸强度则不同）因素均为可变因素，由于这些因素的影响，我们将染成兰色的根分成两等份是不可能的。但这一实验为定性实验，这些微小影响可以忽略不计。正是由于这些可变的次要因素忽略不计，对照实验才得以成立。

5．收集、整理资料

将实验现象、数据等做出结论及评价：如实验三分别记录了根和溶液在实验前后的颜色变化，做出了根细胞表面确实发生了离子交换吸附的结论。另外，我们还可以评价这一实验，指出实验成败的关键在于漂洗是否彻底。

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