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國中生物：科學方法與實驗設計
從科學方法的步驟出發，認識觀察、問題與假設的關係，並連結實驗設計、變因與對照組。
國中生物：科學方法與實驗設計
我的課程探索段位與個人檔案學習目標
學習目標
1. 能分辨觀察、提出問題、形成假設、進行實驗與形成結論。
2. 能依資料判斷假設是否獲得支持。
3. 能辨認操作變因、控制變因與應變變因。
4. 能設計具有對照組且條件公平的實驗。
觀念
觀念一：科學方法
科學探究從可觀察的現象出發，先提出明確問題，再形成可由證據檢驗的假設。實驗結果要依全部資料分析；他人能重複方法並取得可比較結果，才能提高結論的可信度。
觀察先於提問 例題 1
| 編號 | 敘述 |
|---|---|
| 甲 | 為何渦蟲要聚集在石塊下方 |
| 乙 | 應該是渦蟲不喜歡有光的環境 |
| 丙 | 直接以燈光照射石塊下方，記錄渦蟲的反應 |
| 丁 | 在水族箱飼養渦蟲時，發現渦蟲常聚集在石塊下方 |
探討生活中的科學現象時，常可依序用「觀察→提出問題→提出假設性的答案→設計與進行實驗」的步驟來得到結論。小琳要研究渦蟲的行為，列出了甲、乙、丙、丁四個敘述，如附表所示。若以上述探討科學現象的步驟排列甲、乙、丙、丁，下列何者正確？【111 年會考補考】
實驗可驗證性 例題 2
在同一所學校，三組學生進行相同的植物生長實驗並獲得相近結果，這種重複性與一致性說明了什麼？
問題先於假說 例題 3
八八水災重創南臺灣，水災過後，積水處出現許多孑孓，大雄想研究相關現象，以下是他研究的幾個歷程： (甲)構想「孑孓浮到水面可能是因為需要光線才能存活」；(乙)觀察發現「孑孓都聚集在靠近水面處」；(丙)想知道「為什麼孑孓都要浮到水面？」；(丁)抓了一些孑孓來進行實驗。請依科學方法的步驟排列出正確的順序。
問題與假設辨識 例題 4
莉莉艾去惠蓀林場遊玩，「看到地上有許多糞金龜將動物糞便推滾成圓球狀(甲)」，她猜想「為什麼糞金龜會推糞便呢(乙)？」「可能是糞金龜要吃糞便吧(丙)！」莉莉艾「將等量的糞便和食物放在糞金龜前面(丁)」，「發現她只靠近糞便，而且糞便的量會慢慢減少(戊)」，於是莉莉艾認為，「糞金龜會以糞便為食(己)」。關於莉莉艾探討糞金龜推糞的行為所運用的科學方法，下列何者正確？
維生素 C 數據判讀 例題 5
| 組別 | 每粒藥丸含物 | 感冒人數 |
|---|---|---|
| A | 1 克糖 | 70 人 |
| B | 1 克糖＋200 mg 維生素 C | 74 人 |
| C | 1 克糖＋400 mg 維生素 C | 67 人 |
| D | 1 克糖＋800 mg 維生素 C | 72 人 |
有人認為維生素 C 可以預防感冒，為了求證，將 2000 人分成四組，在一年中每人每天清晨服用一粒藥丸，方法和結果如表所示，由此可說明下列何種結論？
顯微鏡觀察尺度 例題 6
下列哪些生物可以使用放大倍率為 40 到 1000 倍的顯微鏡觀察到全貌？(甲)口腔皮膜細胞；(乙)病毒；(丙)草履蟲；(丁)人類；(戊)細菌
觀念
觀念二：實驗設計
公平實驗只刻意改變一項操作變因，量測應變變因，並讓其他控制變因一致。實驗組要有適當對照組可比較；足夠樣本與清楚的條件表也能降低偶然與混雜因素。
蘋果對照實驗設計 例題 1
網路上盛傳，對蘋果說好話、稱讚蘋果，可以延長它的保存期限。小國想驗證此說法，特別準備了兩顆蘋果和「好話錄音檔」，請問他後續的實驗該如何設計？
綠豆光照對照組 例題 2
| 組別 | 溫度 | 澆水 | 光照 |
|---|---|---|---|
| 甲 | 28 ℃ | 每日 1 次，每次 100 mL | 有光 |
| 乙 | 15 ℃ | 每日 2 次，每次 100 mL | 無光 |
| 丙 | 15 ℃ | 每日 2 次，每次 100 mL | 有光 |
| 丁 | 28 ℃ | 每日 1 次，每次 100 mL | 無光 |
若要探究「陽光對綠豆生長速度的影響」，下表中的哪兩組可做為實驗組和對照組？
水袋透明度操作變因 例題 3
若想依據「水袋的透明度會影響驅蠅效果」的假設來設計實驗，則下列何者為其操作變因？
葉片與蒸散裝置 例題 4
編號 1 到 5 的五支試管分別為不同的實驗裝置，每支試管皆裝有等量的水，如圖所示。若要研究「葉片的有無」和「蒸散作用的速率」之關係，下列何種組合可作為此實驗設計的實驗組與對照組？〔100.聯測〕
增高藥證據缺陷 例題 5
丸尾服用某藥廠新推出的「具增高效果」的藥物，半年後長高 5 公分，此結果並沒辦法證明藥物有效，原因為何？(甲)沒有實驗組做比較；(乙)藥物沒有做成分分析；(丙)服用人數太少；(丁)沒有對照組做比較。
酵母產氣變因判讀 例題 6
| 試管 | 水 | 糖 | 麵粉 | 酵母菌 | 溫度 | 反應時間 | 氣球體積 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 甲 | 有 | 有 | 有 | 有 | 35 ℃ | 10 分鐘 | 逐漸膨脹 |
| 乙 | 有 | 有 | 有 | 無 | 35 ℃ | 10 分鐘 | 沒改變 |
若要驗證「麵包上的小洞是否由酵母菌產生的氣體所引起」實驗設計如下表，「ˇ」代表加入此物質，並在試管口緊套上氣球，觀察氣球體積的變化，請問下列敘述何者錯誤？
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