一、假設(shè)與與假設(shè)驗(yàn)證原則

　　實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)要素是“假設(shè)”；第一項(xiàng)原則是“假設(shè)驗(yàn)證原則”。

　　通常，科學(xué)研究起源于假設(shè)。假設(shè)亦稱假說(shuō)，指用來(lái)說(shuō)明某種現(xiàn)象但未經(jīng)證實(shí)的論題。假設(shè)一般分為3個(gè)步驟；第一步是提出假設(shè)，即依據(jù)發(fā)現(xiàn)的事實(shí)材料和已知的科學(xué)原理，通過(guò)創(chuàng)造性思維提出初步假定；第二步是作出預(yù)期（或推斷），即依據(jù)提出的假設(shè)，進(jìn)行推理，得出假定性的結(jié)論；第三步是驗(yàn)證假設(shè)，即依據(jù)假設(shè)和預(yù)期，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果，假設(shè)或被否定、或被修正、或被證實(shí)。如果假設(shè)得到證實(shí)，預(yù)期得以實(shí)現(xiàn)，則假設(shè)或假說(shuō)就可以轉(zhuǎn)化為科學(xué)理論，故假說(shuō)是科學(xué)發(fā)展的基本形式。假設(shè)是科學(xué)發(fā)展的第一個(gè)要素。同理，假設(shè)驗(yàn)證是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要環(huán)節(jié)和應(yīng)遵循的程序準(zhǔn)則，故假設(shè)驗(yàn)證原是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的第一項(xiàng)原則。

　　　　　　　　　　　　二、變量與單一變量原則

　　實(shí)驗(yàn)的第二個(gè)要素是“變量”，第二項(xiàng)原則是“單一變量原則”。

　　變量，亦稱因子，指實(shí)驗(yàn)操縱控制的特定因素或條件。按性質(zhì)不同，通常有以下兩類(lèi)四種變量。

　　1、自變量與因變量。自變量指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱、給定的因素或條件。因變量指實(shí)驗(yàn)中由于自變量而引起的變化和結(jié)果，二者有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于捕獲解釋這種前因后果。

　　2、無(wú)關(guān)變量與額外變量。無(wú)關(guān)變量，亦稱控制變量，指實(shí)驗(yàn)中除自變量以外的能影響實(shí)驗(yàn)變化和結(jié)果的因素或條件。額外變量，亦稱干擾變量，指實(shí)驗(yàn)中由于無(wú)關(guān)變量所引起的變化和結(jié)果。顯然，額外變量會(huì)對(duì)因變量起干擾作用。

　　3、單一變量原則。單一變量原則是處理實(shí)驗(yàn)中的復(fù)雜變量關(guān)系的準(zhǔn)則之一。它有兩層意思：一是確?！皢我蛔兞俊钡膶?shí)驗(yàn)觀測(cè)，即不論一個(gè)實(shí)驗(yàn)中有幾個(gè)自變量，都應(yīng)做到一個(gè)自變量對(duì)應(yīng)觀測(cè)一個(gè)因變量；二是確?！皢我蛔兞俊钡牟僮饕?guī)范，即實(shí)驗(yàn)實(shí)施中要盡可能避免無(wú)關(guān)變量及額外變量的干擾。

　　　　　　　　　　　　　　　　三、控制與平衡控制原則

　　實(shí)驗(yàn)的第三個(gè)要素是“控制”；第三項(xiàng)原則是“平衡控制原則”。

　　控制，是處理實(shí)驗(yàn)中變量關(guān)系的又一準(zhǔn)則，指實(shí)驗(yàn)要嚴(yán)格要嚴(yán)格地操縱自變量，以獲取因變量；與此同時(shí)，還要嚴(yán)格地均衡無(wú)關(guān)變量，以消除額外變量。一句話，通過(guò)實(shí)驗(yàn)控制，盡量消除實(shí)驗(yàn)誤差，以取得較為精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　如果說(shuō)“單一變量原則”主要是對(duì)無(wú)關(guān)變量和額外變量的控制而言的，而這里的“平衡控制原則”，則主要是對(duì)無(wú)關(guān)變量與額外變量的控制而言。意思是說(shuō)，實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量的因素條件，很難避免，只有設(shè)法平衡和抵消它們的影響。常用的方法有：

　　1、單組實(shí)驗(yàn)法。對(duì)一組（或一個(gè)）對(duì)象，既用A法，又用B法, 順序隨機(jī)或輪流循環(huán)，這是生物實(shí)驗(yàn)常用的實(shí)驗(yàn)方法。單組實(shí)驗(yàn)法，由于對(duì)象同一，無(wú)關(guān)變量的影響也就被平衡和抵消了。

　　2、等組實(shí)驗(yàn)法。將狀況相等的對(duì)象，分成兩組或多組，一組用A法，另一組用B法。這對(duì)無(wú)關(guān)變量的影響也可起到平衡和消除作用。

　　3、輪組實(shí)驗(yàn)法。對(duì)兩組或兩組以上的對(duì)象，輪番循環(huán)兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)處理，如甲組――A法、B法；乙組――B法、A法等。這樣能有效地平衡和抵消無(wú)關(guān)變量的影響。

　　　　　　　　　　　　　四、對(duì)照與實(shí)驗(yàn)對(duì)照原則

　　實(shí)驗(yàn)的第四個(gè)要素是“對(duì)照”，第四項(xiàng)原則是“實(shí)驗(yàn)對(duì)照原則”。

　　對(duì)照是實(shí)驗(yàn)控制的有效手段之一，目的在于消除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)對(duì)照原則是設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)則之一。通過(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)照對(duì)比，既可排除無(wú)關(guān)變量的影響，又可增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)服力。

　　通常，一個(gè)實(shí)驗(yàn)總分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組是接受自變量處理的對(duì)象組；對(duì)照組也稱控制組，對(duì)實(shí)驗(yàn)假設(shè)而言，是不接受自變量處理的對(duì)象組。至于哪一個(gè)作為實(shí)驗(yàn)組，哪一個(gè)作為對(duì)照組，一般是隨機(jī)決定的。這樣，從理論上說(shuō)，由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無(wú)關(guān)變量的影響是相等的、被平衡了的，故實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組兩者之差異，則可以認(rèn)定為是來(lái)自自變量的效果，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的。

　　1、空白對(duì)照。指不做任何實(shí)驗(yàn)處理的對(duì)象組?？瞻讓?duì)照能明白地對(duì)比和襯托出實(shí)驗(yàn)組的變化和結(jié)果，增強(qiáng)了說(shuō)服力。

　　2、自身對(duì)照。指實(shí)驗(yàn)與對(duì)照在同一對(duì)象上進(jìn)行，不另設(shè)對(duì)照。自身對(duì)照方法簡(jiǎn)便，關(guān)鍵是要看清楚實(shí)驗(yàn)處理前后實(shí)驗(yàn)對(duì)象本身變化的差異，實(shí)驗(yàn)處理前的對(duì)象狀況為對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)處理后的對(duì)象變化狀況為實(shí)驗(yàn)組。

　　3、條件對(duì)照。指雖給對(duì)象施以某種實(shí)驗(yàn)處理，但這種處理不是實(shí)驗(yàn)假設(shè)所給定的自變量。設(shè)置條件對(duì)照，能更充分地說(shuō)明自變量對(duì)因變量的影響。

　　4。、相互對(duì)照。指不另設(shè)對(duì)照組，而是幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互比較對(duì)照。在等級(jí)實(shí)驗(yàn)法中，若不設(shè)空白對(duì)照，則大多是運(yùn)用相互對(duì)照。

　　　　　　　　　　　　五、捕獲解釋和真實(shí)客觀原則

　　實(shí)驗(yàn)的第五個(gè)要素是“捕獲”和“解釋”，第五項(xiàng)原則是“客觀真實(shí)原則”。

　　觀察、實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)即在于捕獲事實(shí)和解釋事實(shí)。捕獲，即捕捉、記錄實(shí)驗(yàn)中的事實(shí)、現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，用術(shù)語(yǔ)說(shuō)，即捕捉記錄由自變量帶來(lái)的因變量。解釋，即論證、說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中的事實(shí)、現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，用術(shù)語(yǔ)說(shuō)，即論證、說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中的自變量與因變量的因果關(guān)系，從而得出結(jié)論進(jìn)行討論。

　　真實(shí)客觀原則是科學(xué)實(shí)驗(yàn)所必須遵循的基本準(zhǔn)則，即實(shí)驗(yàn)中的捕獲解釋一定要實(shí)事求是，一切從實(shí)際出發(fā)，使獲取的材料（事實(shí)、現(xiàn)象、數(shù)據(jù)）盡可能地反映客觀事物的本來(lái)面目，不能主觀臆造，不能憑空胡謅，不能片面武斷。所謂事實(shí)，有兩類(lèi)性質(zhì)：一類(lèi)是“客觀事實(shí)”，它是事物的客觀存在，具原本性質(zhì)；一類(lèi)是“經(jīng)驗(yàn)事實(shí)”，它是人們對(duì)客觀事物的主觀反映，具經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)即在于捕獲真實(shí)客觀的能反映客觀事物的本來(lái)面目的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，并加以合理的解釋。

　　　　　　　　　　　　六、實(shí)驗(yàn)與觀察的聯(lián)系與區(qū)別

　　實(shí)驗(yàn)離不開(kāi)觀察。觀察是在自然條件下研究對(duì)象的方法，或者說(shuō)觀察是在自然條件下對(duì)研究對(duì)象的事實(shí)現(xiàn)象進(jìn)行捕獲解釋的方法。實(shí)驗(yàn)通常包括觀察，觀察與實(shí)驗(yàn)在結(jié)構(gòu)要素和方法要素等方面，既有聯(lián)系、有共同之處，又有區(qū)別和差異，其要點(diǎn)簡(jiǎn)要敘述如下表：

　　　　　　　　　　　　　實(shí)驗(yàn)與觀察的要點(diǎn)比較表

　　以上實(shí)驗(yàn)的5個(gè)要素、5項(xiàng)原則，是相互聯(lián)系、整合為一體的。它們是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、制定實(shí)驗(yàn)方案的理論依據(jù)。正規(guī)的實(shí)驗(yàn)方案包括：課題、實(shí)驗(yàn)假設(shè)、實(shí)驗(yàn)預(yù)期、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)方法類(lèi)型、實(shí)驗(yàn)對(duì)照類(lèi)型、實(shí)驗(yàn)材料用具、實(shí)驗(yàn)方法步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)論與討論等項(xiàng)目。而在中學(xué)生物課本的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中，實(shí)驗(yàn)假設(shè)和實(shí)驗(yàn)預(yù)期大都隱含在“實(shí)驗(yàn)原理”項(xiàng)目中；實(shí)驗(yàn)方法類(lèi)型、實(shí)驗(yàn)對(duì)照類(lèi)型則一般隱含在“方法步驟”項(xiàng)目里。

    實(shí)驗(yàn)基本理論的探討，還為改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，推行素質(zhì)教育，特別是為發(fā)展學(xué)生的探索能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)造意識(shí)、創(chuàng)新能力、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提供了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)指南。