淺談初中生物學(xué)教材實(shí)驗(yàn)的誤差分析

錢丹香

【摘 要】誤差在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中是在所難免的，產(chǎn)生誤差的原因有很多，不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)誤差的允許范圍和規(guī)避方法也是不盡相同的，本文針對(duì)初中生物學(xué)教材上的一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行分析和闡述，以此與同行交流并盡量減少實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)今后實(shí)驗(yàn)操作的影響。

【關(guān)鍵詞】生物學(xué)實(shí)驗(yàn)；誤差

漢荀悅《漢紀(jì)·文帝紀(jì)下》：“上功莫府，差六級(jí)，文吏以法繩之，陛下下之吏，削其爵，罰作之?！碧期w璘《因話錄·徵》：“談話之誤差尚可，若著于文字，其誤甚矣?！庇纱丝梢?jiàn)，誤差在任何學(xué)術(shù)研究中都不可避免，但是誤差如果過(guò)大對(duì)實(shí)驗(yàn)本身造成極大的偏差，那么也是不成功的。生物實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)對(duì)物理量的測(cè)量，測(cè)量有直接的，也有間接的。由于儀器、實(shí)驗(yàn)條件、環(huán)境等因素的限制，測(cè)量不可能無(wú)限精確，物理量的測(cè)量值與客觀存在的真實(shí)值之間總會(huì)存在著一定的差異，這種差異就是測(cè)量誤差。誤差是不可避免的，但能減小。誤差的產(chǎn)生可能是系統(tǒng)誤差，也可能是偶然誤差，誤差可以表示為絕對(duì)誤差，相對(duì)誤差，引用誤差，標(biāo)稱誤差，基值誤差，零值誤差，固有誤差等。造成誤差的相關(guān)因素有人為因素，量具因素，力量因素，測(cè)量因素和環(huán)境因素等。

一、探究驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生原因的分析

1.系統(tǒng)誤差

由于儀器結(jié)構(gòu)上不夠完善或儀器未經(jīng)很好校準(zhǔn)等原因會(huì)產(chǎn)生誤差。例如，在探究不同植被對(duì)空氣濕度的影響實(shí)驗(yàn)中，我們要用到干濕表，干濕表的濕球讀數(shù)一定要是在充分浸濕的條件下，而且在讀數(shù)之前要等待足夠的時(shí)間，這樣讀出的數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確，但是由于儀器的自身問(wèn)題，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的誤差容易變大，所以在測(cè)量之前，最好多準(zhǔn)備幾個(gè)干濕表，并且多測(cè)幾次，求平均值，在讀數(shù)的時(shí)候也可多人同時(shí)讀數(shù)，以最大程度減少誤差。再例如，在做驗(yàn)證食物含有能量并且不同的食物含有的能量不同的實(shí)驗(yàn)中，溫度計(jì)的使用不當(dāng)也會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大誤差，我們?cè)谑褂脺囟扔?jì)時(shí)首先要確定溫度計(jì)的讀數(shù)已復(fù)原，然后在使用過(guò)程中溫度計(jì)的球不能接觸到試管壁，讀數(shù)的時(shí)候眼睛要和刻度相平，這些細(xì)節(jié)都和減少儀器帶來(lái)的系統(tǒng)誤差有密切的關(guān)系。

2.偶然誤差

在相同條件下，對(duì)同一物理量進(jìn)行多次測(cè)量，由于各種偶然因素，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量值時(shí)而偏大，時(shí)而偏小的誤差現(xiàn)象，這種類型的誤差叫做偶然誤差。形成偶然誤差的因素中，環(huán)境因素，生物因素，人為因素都是常見(jiàn)的原因。例如，在嘗試探究水溫的變化對(duì)金魚(yú)呼吸的影響中，當(dāng)我們改變水溫并嘗試觀察金魚(yú)的不同呼吸次數(shù)時(shí)，有時(shí)效果并不明顯，這可能和金魚(yú)的個(gè)體差異有很大的關(guān)系，所以我們做此實(shí)驗(yàn)時(shí)要多選幾條金魚(yú)，多測(cè)幾次，求取平均值已減少誤差。再例如，做探究無(wú)機(jī)鹽對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的作用的實(shí)驗(yàn)中，土壤浸出液的那組有時(shí)效果也不明顯，這可能和土壤的選擇以及浸出液的取得方法有關(guān)，所以在實(shí)驗(yàn)中要盡量攪拌并多浸泡一段時(shí)間，這樣才能更有效規(guī)避誤差。再例如，驗(yàn)證食物含有能量并且不同的食物含有的能量不同的實(shí)驗(yàn)中，由于選材的問(wèn)題也會(huì)給實(shí)驗(yàn)最后的數(shù)據(jù)造成很大誤差，我們選材的時(shí)候一定要選干燥又能充分燃燒的食物，除此之外，所選食物最好方便固定，否則也會(huì)造成燃燒不充分，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差加大，當(dāng)然，多組同時(shí)實(shí)驗(yàn)求取平均值肯定也是減少此實(shí)驗(yàn)誤差的好方法。再例如，在測(cè)定肺活量的實(shí)驗(yàn)中，有的同學(xué)很興奮，同學(xué)間吵吵鬧鬧推推搡搡，測(cè)量時(shí)也不嚴(yán)肅對(duì)待，就會(huì)造成測(cè)量出的數(shù)據(jù)非常不準(zhǔn)確，所以在測(cè)量肺活量之前應(yīng)該盡量要求學(xué)生保持安靜，在自然狀態(tài)下盡力深吸氣，然后再盡力呼氣，這樣結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確的多。再例如，在做徒手切片時(shí)，學(xué)生間的個(gè)體差異是很大的，由于人為因素的影響這個(gè)實(shí)驗(yàn)的誤差也很大，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)貴在多練習(xí)，在掌握正確手法的基礎(chǔ)上熟能生巧，不斷完善切片效果。

二、調(diào)查性實(shí)驗(yàn)誤差分析

在調(diào)查性實(shí)驗(yàn)中，不可避免的一個(gè)重要因素就是抽樣誤差，抽樣誤差是指樣本指標(biāo)和總體指標(biāo)之間數(shù)量上的差別，抽樣調(diào)查中的誤差有兩個(gè)來(lái)源：1.登記性誤差，即在調(diào)查過(guò)程中，由于主客觀原因而引起的誤差2.代表性誤差，即樣本各單位的結(jié)構(gòu)情況不足以代表總體特征而引起的誤差。代表性誤差的發(fā)生有兩種情況：1.非隨機(jī)的代表性誤差，2.隨機(jī)性誤差。影響抽樣誤差大小的因素有1.總體各單位標(biāo)志值的差異程度2.抽樣單位數(shù)的多少3.抽樣方法4.抽樣調(diào)查的組織形式。

1.調(diào)查一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)

1.1人為因素

在此調(diào)查活動(dòng)中，人為因素對(duì)誤差的控制是非常重要的，比如對(duì)所調(diào)查的生態(tài)系統(tǒng)的選擇，合理的場(chǎng)所選擇是此實(shí)驗(yàn)成敗的第一關(guān)鍵，選擇的生態(tài)系統(tǒng)不能太大，太大不能在短時(shí)間內(nèi)完成調(diào)查，也不能太小，太小不足以代表一個(gè)總體特征。生態(tài)系統(tǒng)的種類也要合理選擇，要選方便調(diào)查的生態(tài)系統(tǒng)，地點(diǎn)最好離學(xué)校不要太遠(yuǎn)。另外要選擇合適的調(diào)查時(shí)間，不同調(diào)查時(shí)間調(diào)查到的結(jié)果是完全不同的，這也會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)效果，再者制定合理的調(diào)查方案也是至關(guān)重要的，在調(diào)查之前就要對(duì)小組成員進(jìn)行分工，明確各自的任務(wù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中有可能用到的實(shí)驗(yàn)器材都要預(yù)先準(zhǔn)備妥當(dāng)，防止手忙腳亂，影響調(diào)查結(jié)果。在調(diào)查實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程中，要確保每個(gè)步驟都是完全可操作，沒(méi)有危險(xiǎn)的，要愛(ài)護(hù)動(dòng)植物，對(duì)需要捕捉觀察的小動(dòng)物，應(yīng)在觀察后放回大自然，不能傷害它們。最后，觀察要仔細(xì)，每個(gè)角落都應(yīng)觀察到，記錄一定要客觀真實(shí)。

1.2環(huán)境因素

對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)查也會(huì)在一定程度上受到環(huán)境的影響，比如晴天干燥的環(huán)境對(duì)此地空氣濕度的影響和陰雨潮濕的環(huán)境對(duì)空氣濕度的影響肯定是不同的。不同的環(huán)境條件還會(huì)影響小動(dòng)物的活動(dòng)，對(duì)最后的調(diào)查結(jié)果也會(huì)造成不同的影響。所以科學(xué)精確的對(duì)某個(gè)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查，我認(rèn)為應(yīng)該要多次反復(fù)不同情況下進(jìn)行調(diào)查才能達(dá)到更好的效果。

1.3測(cè)量因素

在調(diào)查過(guò)程中，不可避免要對(duì)某些物理量進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量難免有誤差，但是不能超過(guò)測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差，即對(duì)給定的測(cè)量?jī)x器，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值。如果一旦發(fā)現(xiàn)測(cè)量誤差偏大，那么應(yīng)如實(shí)記錄此次測(cè)量結(jié)果并進(jìn)行反復(fù)多次重測(cè)，有條件的話還可讓同組成員同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，最后求出平均值，以最大程度減少實(shí)驗(yàn)誤差，確保調(diào)查結(jié)果的科學(xué)性。

2.調(diào)查環(huán)境污染的現(xiàn)象

2.1人為因素

首先要選擇力所能及又方便實(shí)施調(diào)查的區(qū)域和污染類型，比如可以針對(duì)煙霧，噪聲，污水，垃圾等進(jìn)行分析調(diào)查，選擇合理的區(qū)域和合理的調(diào)查項(xiàng)目是至關(guān)重要的，否則調(diào)查結(jié)果會(huì)很不理想甚至調(diào)查無(wú)法完成。其次在調(diào)查過(guò)程中要制定可行合理的調(diào)查計(jì)劃，選擇合適的調(diào)查方法，可以用觀察法也可用詢問(wèn)法，在理解和記錄調(diào)查結(jié)果時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同的主觀想法，這就體現(xiàn)出了人為因素對(duì)該調(diào)查活動(dòng)的影響力，我們?cè)谟涗浗Y(jié)果的時(shí)候要盡量聽(tīng)取多方意見(jiàn)，做到尊重事實(shí)，盡可能減少主觀誤差。

2.2環(huán)境因素

在同一區(qū)域?qū)ν晃廴粳F(xiàn)象的調(diào)查中不同環(huán)境因素調(diào)查的結(jié)果也是不盡相同的。例如，對(duì)煙霧污染的調(diào)查中，不同的風(fēng)力和風(fēng)向會(huì)對(duì)觀察產(chǎn)生影響，下雨也會(huì)對(duì)粉塵有影響，若遇到國(guó)家法定假日工廠放假，煙霧污染也會(huì)有所改善。在對(duì)污水污染進(jìn)行調(diào)查時(shí)，水流的上中下游以及調(diào)查期間的降雨量和流水速度都會(huì)對(duì)取樣造成影響。

三、正確看待和控制誤差范圍

誤差是所有實(shí)驗(yàn)中不可避免的，對(duì)于誤差的正確態(tài)度應(yīng)該是坦然接受而又盡量規(guī)避，在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄和分析中要尊重事實(shí)，如實(shí)記錄并認(rèn)真分析，如果是在誤差允許的范圍內(nèi)則可通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)求取平均值等方法減少誤差帶來(lái)的影響，如果超過(guò)最大誤差允許值，則必須分析原因，找出實(shí)驗(yàn)失敗的原因，在條件允許的情況下重做實(shí)驗(yàn)。

研究誤差的意義：1.正確認(rèn)識(shí)誤差的性質(zhì)，分析誤差產(chǎn)生的原因，以消除或減小誤差；2.正確處理測(cè)量和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，合理計(jì)算所得結(jié)果，以便在一定條件下得到更接近于真值的數(shù)據(jù)；3.正確組織實(shí)驗(yàn)過(guò)程，合理設(shè)計(jì)儀器或選用儀器和測(cè)量方法，以便在最經(jīng)濟(jì)的條件下，得到理想的結(jié)果。

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