中學生物學實驗中誤差的來源及分析

劉琳簫

(四川省遂寧中學校 629000)

劉中國

(四川省遂寧中學外國語實驗學校 629000)

誤差是測量值與真實值之間的差異，誤差自始至終存在于一切科學實驗過程中，生物學實驗過程中同樣如此。那么，生物學實驗中的誤差是如何產生的呢？

1 生物學實驗誤差的來源分析

1.1 材料選擇處理導致的誤差 生物學實驗離不開實驗材料的選取，實驗材料將直接影響實驗結果。例如，在“植物組織中還原糖的檢測”實驗中,應選擇含還原糖較高,顏色為白色或近于白色的植物組織(如蘋果、梨等)，不宜選擇有顏色的植物組織(如西瓜、番茄等),以防止所選材料的顏色干擾實驗結果的觀察；在“探究溫度對酶活性的影響”的實驗中,不能選擇過氧化氫做實驗，因為隨溫度的升高，過氧化氫在沒有酶催化時分解速率也會加快，從而影響實驗結果的測定；光合作用有關實驗中往往要對材料進行饑餓處理，處理時間不能過短、也不能過長，過短淀粉未完全分解，過長導致細胞饑餓過度而影響代謝過程。因此，實驗時一定要分析實驗原理，選準并處理好實驗材料，以減少實驗誤差。

1.2 實驗操作過程導致的誤差 實驗過程涉及許多步驟，在不同步驟的操作中，如果不嚴格按規(guī)范要求，也會產生誤差。例如，在“檢測植物組織中的脂肪”實驗中，染色時在子葉薄片上滴加2～3滴蘇丹Ⅲ染液染色2～3 min；若用蘇丹Ⅳ染液，則染色1 min(然后用吸水紙吸去子葉薄片周圍的染液，用50%酒精洗去浮色)，染色時間過長無法洗去浮色，過短脂肪還未著色，均會影響對橘黃色或紅色脂肪粒的觀察；在“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化”實驗中，從試管中吸出培養(yǎng)液進行計數前，要將試管輕輕震蕩幾次，使培養(yǎng)液中酵母菌分布均勻；抽樣檢測計數時，要先將蓋玻片放在血球計數板的計數室上，培養(yǎng)液滴于蓋玻片的邊緣，讓其自行滲入；要待酵母菌細胞全部沉降到計數室底部后，再在顯微鏡下計數小方格內的酵母菌數目；如果一個小方格內的酵母菌數目過多，還需用無菌水進行定量稀釋。以上的每一操作步驟都將影響測定值的準確性。

1.3 生物代謝過程的變化導致的誤差 在生物學實驗中，選擇的實驗材料往往還處于生活狀態(tài)，其新陳代謝過程的變化也會影響實驗結果的測定，導致誤差的產生。例如，在“探究植物細胞呼吸作用的類型”實驗中，會假定實驗過程中植物只用葡萄糖作為呼吸的底物，同時細胞進行無氧呼吸的產物是酒精和二氧化碳。而事實上，植物細胞用于呼吸的底物并非只有葡萄糖，還有脂肪等有機物，呼吸產物也不僅是酒精和二氧化碳，有些植物的某些細胞還會產生乳酸等，因此代謝過程的變化將影響實驗結果的測定；在“植物細胞呼吸商的測定”實驗中，會假定植物所有細胞都只進行有氧呼吸。但是，即使處于氧氣充足的環(huán)境條件下，可能還是有部分細胞因得不到氧氣供應而進行無氧呼吸?？梢?，生物代謝過程的不確定性也會給實驗結果帶來誤差。

1.4 生活環(huán)境改變導致的誤差 生物總是生活在一定的環(huán)境條件下的，實驗過程中，生物生活的環(huán)境條件發(fā)生改變，也會導致誤差的產生。例如，在“標志重捕法調查種群密度”實驗中，標志物必須保證對動物的壽命和行為不造成影響，標志物不能過分醒目且標志物不能在調查期間丟失，若調查時做標記的動物意外死亡或標志物脫落，都將使重捕獲得的標記動物數量減少，導致誤差產生。調查期間標記個體和未標記個體在重捕時被捕的概率要相同，同時要盡量防止遷入和遷出，這樣才會減少誤差，獲得較為準確的調查結果。

生物學實驗過程中誤差的產生，除上述因素之外，還有方法誤差、儀器誤差、人員誤差等等。因此，盡量避免或均衡實驗誤差,才能獲得準確的實驗結果。

2 減少實驗誤差的途徑

在實驗過程中，有效控制實驗誤差是實驗成敗的一個關鍵，可通過以下途徑減少實驗的誤差。

2.1 正確選材減少誤差 實驗材料的選擇對實驗結果的獲得至關重要。因此，根據實驗目的、原理來選擇實驗材料，能有效減少實驗誤差。例如，在做“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”實驗時發(fā)現：做該實驗時最好不要選擇紅松、落葉松、玉蘭、玫瑰等植物，因為在不同濃度的生長素溶液中，它們都沒有生根；一般也不選擇柳樹，因為柳樹極易生根，通過實驗難以找出促進柳條生根的最適生長素濃度。做該實驗時，還要注意隨著季節(jié)的變化，選擇不同的實驗材料。通過探索發(fā)現：春季選擇白花木槿、丁香、杉木；夏季選擇山茶、桂花、葉子花、櫻花；秋季選擇月季、梅花、木芙蓉等材料效果較好。

2.2 控制變量減少誤差 在實驗過程中，存在著無關變量和自變量，兩者都會影響實驗結果，導致誤差的產生。因此，為減少實驗誤差必須嚴格控制變量。例如，在“探究溫度對酶活性的影響”實驗中，溫度是自變量，實驗操作時不同溫度條件的實驗始終要控制在各自設定的溫度下，不能用不同溫度處理淀粉溶液或淀粉酶溶液，以防止淀粉酶和淀粉溶液混合時，由于兩種溶液的溫度不同而使混合后溫度發(fā)生變化，影響實驗結果；在“探究不同類型加酶洗衣粉洗滌效果”的實驗中，洗衣粉類型為自變量，其他因素(如洗衣粉用量、用水量、水質，洗滌衣物的質地、洗滌所用時間、洗滌溫度、洗滌強度等)都屬于無關變量。對于這些無關變量的控制原則是實驗組與對照組要保持完全一致，否則都會影響實驗結果的說服力。同時，控制無關變量時，最好控制在最佳條件，這樣實驗現象會更明顯，實驗結果也會更有說服力。例如，該實驗中若溫度不適宜，利用冬季寒冷的自然水溫，不管是普通洗衣粉還是加酶洗衣粉，洗滌效果都不會太好，差距就不那么明顯，難以得出正確的實驗結論。

2.3 設置對照減少誤差 通過對照實驗可以校正測試結果，消除系統誤差。例如，在“測定發(fā)芽種子的呼吸速率”“探究種子萌發(fā)時的呼吸作用類型”“測定發(fā)芽種子的呼吸商”等實驗中，為防止被測生物表面和實驗儀器表面存在微生物的呼吸作用而影響實驗結果造成誤差，就需要設置空白對照，將活的被測生物換成等量的沒有活性的同種生物(即用高溫處理實驗材料后進行實驗，其他條件和處理方式不變)，然后從實驗結果中扣除空白對照值，就能獲得比較可靠的實驗結果，從而減少誤差。

2.4 多次重復減少誤差 由于一次實驗的偶然性較大，因此對于需要通過數據統計來完成的實驗，一定要通過多次實驗，取其均值作為實驗結果，以減少誤差。例如，在“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數量的變化”實驗中，對于每一次取樣，都需要至少計數5個小方格，至少重復3次同樣的實驗，最后取其平均值，這樣得到的實驗數據才更加準確。同樣，對于“用樣方法調查草地中某種雙子葉植物的種群密度”實驗，要對每個地塊至少調查5個樣方，然后取其平均值。這樣可以減少實驗誤差，使實驗結果更接近真實值。

2.5 隨機取樣減少誤差 在實驗過程中，要注意取樣的隨機性，而不能受實驗者主觀因素的影響，從而保證統計結果的準確性。例如，在“性狀分離比模擬實驗”中摸球的隨機性，“調查人群中某種遺傳病的發(fā)病率”選擇調查對象的隨機性，“用樣方法調查草地中某種雙子葉植物的種群密度”時選取樣方的隨機性，“用標志重捕法調查某種群密度”時重捕地點選擇的隨機性。只有在取樣時保持隨機性，才能盡可能減少人為因素對實驗結果的干擾，使實驗結果更加客觀真實。