教师开展生物探究教学除了掌握探究教学的基本理论之外，教师们迫切需要的是想了解实验设计的基本思想和方法。

实验设计的基本思想方法是建立在归纳法之上的,建立在以特殊到一般的推理基础上。在科学认识活动中，归纳方法应理解为概括由经验获得的事实，它与概括和加工事实有关，并且总是以观测和实验的结果为根据。归纳方法目的是确立科学认识基础的客观性，并由它得出合乎情理的或然的推论,这是对在观测实验中得到的科学事实进行概括的恰当形式。

归纳法分完全归纳法和不完全归纳法，其中完全归纳法应用范围很小，因为对绝大多数事物，可观察的现象往往都是无穷的。所以实用的归纳法必然是不完全归纳法。其又分两种即简单枚举法和科学归纳法。简单枚举法是不可靠的，只能得到或然性真理，因此科学归纳法是科学方法讨论的中心。

所谓科学归纳法又叫排除式归纳法，这种归纳法不一定要增加原始陈述，而是排除那些可应用于特定事例的可能假说。培根的“三表法”和穆勒“五法”都是这类型的。下面简单列出穆勒“五法”。注意，它们的前提是，只存在两类现象，每类只有三个元素，即ａ、ｂ、ｃ（现象）和A、B、C（原因），并都先假定了①只有一个出现ａ的条件（原因），②只有A、B、C是可能的条件（原因）。

1、求同法也称契合法：ａ与AB一起出现，也与AC一起出现。可知，A是ａ的充分条件。如：在两块麦地上施氮肥（A），一块浇水（B），一块施钙肥（C），结果产量都增高（ａ）。则可以猜想施肥（A）是产量增高（ａ）的原因。

2、求异法也称差异法：ａ与ABC一起出现，但不与BC一起出现，可知，A是ａ的必要条件。如：在一块麦地上既施氮肥（A）又浇水（B）又施钙肥（C），结果产量都增高（ａ）；而在另一块麦地上只浇水（B）施钙肥（C）则产量不变。则可以猜想施肥（A）是产量增高（ａ）的原因。

3、求同求异法：ａ与AB一起出现，也与AC一起出现，但不与BC一起出现。可知，A是ａ的充分必要条件。如：在两块麦地上施氮肥（A），一块浇水（B），一块施钙肥（C），结果产量都增高（ａ），而在另一块麦地上只浇水（B）施钙肥（C）则产量不变。则可以进一步肯定施肥（A）是产量增高（ａ）的原因。

4、共变法：A与ａ以同样方式发生变化，而BC则不以这种方式变化。可知，A是ａ的充分必要条件。如：在上世纪50年代，我国森林覆盖率为19%，60年代为11%，70年代为6%，80年代不到4%。随着森林覆盖率的逐年减少，植被大量破坏，削弱了土地对雨水的拦蓄作用，一下暴雨，水卷泥沙滚滚而下，使洪涝灾害逐年严重。可见，森林资源的破坏，是酿成洪灾的原因。

5、剩余法：已知B是ｂ的条件（原因），C是ｃ的条件（原因），ａｂｃ与ABC一起出现，可知，A是ａ的充分必要条件。如：用银边天竺葵的绿叶在光下制造淀粉的实验，结果是:①叶片的绿色见光部分变成了蓝色;②叶片的绿色遮光部分仍是白色;③叶片的白色见光部分也是白色。从上述实验结果①、②可得出光是光合作用的条件。运用剩余法分析③不含叶绿体的部分见光也不能产生淀粉，所以叶绿体也是光合作用的必要条件。

归纳法是实验设计的思想基础，只有透着掌握才能理解实验设计的真谛，才能在指导学生探究的过程中做到心中有数。

道厄的实验之l:

1968年3月，从正处在冬眠的黄鼠身上抽取了3mL血，注射到两只刚苏醒的黄鼠的腿静脉中，并月.放在7℃冷房内。儿天后，这两只黄鼠义进人了冬眠。同年6月气温25℃，又从这两只再次进入冬眠的黄鼠身l:抽取血，并立即注射到另3只处于活动期黄鼠的腿静脉中，结果这3只黄鼠也进人了冬眠状态。同年7月28℃，再从这3只黄鼠身上抽取血，并立即注射到另外5只处于活动期黄鼠的腿静脉中，它们也同样进入了冬眠状态。此外，道厄等人还从冬眠旱獭身上抽出血，注射到尚未冬眠的黄鼠静脉中，结果黄鼠也同样进入了冬眠状态。

道厄的实验之2:

在以上实验基础上，又从活动期黄鼠身上抽取血液，注人到未处于冬眠状态的黄鼠静脉中，但这些黄鼠并未进人冬眠状态。

道厄的实验之3:

969年到1970年冬天，将21只实验黄鼠分为3组，每只实验鼠均装上一只热敏电阻小温度计。3组黄鼠又分别注射了旱獭的冬眠血清、黄鼠的冬眠血清、活动期黄鼠的血清。经过几天观察，发现凡注射冬眠动物血清的实验黄鼠体温都下降了(这是冬眠的现象之一)，有的则进人了真正的冬眠状态。随后，又将3组黄鼠全部放人冷房中，发现14只接受冬眠血清的黄鼠全部进人冬眠状态，而另7只注射活动期血清的黄鼠却始终处于活动状态，并末进人冬眠期。这个实验表明:冬眠诱发物质不论在冬季或在夏季，不论在冷环境中或在暖环境里，都能起着诱发动物冬眠的作用。

道厄的实验之4:

1969年冬季又抽取冬眠时间长短不同的动物的血，注人活动期动物的静脉中。结果是:连续冬眠两三周动物身上的血液，比刚进入冬眠状态动物身上的血液，能更加有效地诱发未冬眠的动物进人冬眠。换句话说，冬眠时间越长的动物，其血液中所含诱发冬眠的有效物质越多。可见，这种有效物质的多少，是促使动物进人冬眠状态快慢的原因。

道厄的实验之5:

为了查明诱发冬眠的物质究竟是存在于血细胞中，还是存在于血清里，又用离心机把血液分离为血细胞和血清;再将血清通过分子过滤器“筛滤”，分为残留物质与滤过物质。随后，将血细胞、残留物质(未通过分子过滤器的物质)、滤过物质，分别注射到黄鼠体内。

实验结果表明:血细胞、残留物质均不能促使动物冬眠，只有那种小到足以通过分子过滤器的物质，才能起到诱发动物冬眠的作用。想一想，以上5个实验，各用的是哪一种确定因果关系的逻辑方法呢?

道厄5个实验设计的思路，是确定因果关系的5种逻辑方法的结合运用。下面逐一分析解读:

道厄在第l个实验中，虽然时间不同(3月、6月、7月)，被抽血的冬眠动物不同(黄鼠、旱獭)，被注射的黄鼠所处状态不同(苏醒期、活动期)，但由于先后注射了冬眠动物的血液，未冬眠的黄鼠都进入了冬眠状态。这一实验结果表明:处于冬眠状态动物身上的血液中，具有一种诱发动物冬眠的物质。这一实验所运用的逻辑方法，乃是求同法。即假设被研究现象(冬眠现象)在两个或两个以上的场合(不同时间、并处于不同状态)中出现，而在这些场合中只有一个共同的先行条件(冬眠动物的血液)，那就可以认为，这个共同的先行条件是形成被研究现象的原因。

把道厄的第1个实验和第2个实验结合起来，可以看出:同样处于活动期的黄鼠，由于注射不同血液，结果就不同，有的进人了冬眠状态，有的仍处在活动期状态。这种实验方法(实验2)就是求异法的运用。

道厄的第3个实验，是两次求同法和一次求异法的合用，称之为求同求异并用法。第1次求同法是用以确定被研究现象在各种场合出现的共同先行条件；第2次求同法是用以找出被研究现象在各种场合不出现的原因(即缺少某一共同先行条件);最后将上述两个结论进行对比，从而确认某现象的是否出现依赖于某个先行条件的是否具备，这就从正反两个方面找出某个被研究现象的原因。

道厄的第4个实验所采用的逻辑方法，是共变法。通过考察被研究对象情况的变化，从而确认这个变化着的先行条件(所含诱发冬眠的有效物质的多少)是被研究现象变化(促使动物进人冬眠状态的快慢)的原因。

道厄的第5个实验所采用的逻辑方法是剩余法。为了探求动物冬眠的原因，先把各种先行条件逐一加以分析，把那些与被研究现象无关的因素(血细胞、残留物质)加以排除，而剩下的某一先行条件(过滤物质)，则是被研究现象的原因。

以上的经典实验说明，析因实验的5种逻辑方法，在当代生命科学研究中，仍然有着重要的生命力，自觉地掌握和运用这些逻辑方法，对于提高我们的探究能力、设计能力、分析能力和创新能力都是十分有益的，在生物学新课改教学中应当倡导和加强对学生这方面的教育。