新課改生物實驗設(shè)計之我見

葉繼慧

摘要：高考實驗題的設(shè)計，正在由驗證性實驗向探究性實驗的方向發(fā)展。本文主要討論了實驗設(shè)計的基本解題思路，希望可以為學(xué)生學(xué)習(xí)生物實驗提供良好的借鑒。

關(guān)鍵詞：生物實驗；實驗設(shè)計；解題思路

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2014）09-0103

高考實驗題的設(shè)計，正在由驗證性實驗向探究性實驗的方向發(fā)展。那么，學(xué)生如何才能答好生物實驗設(shè)計題，取得滿意的分?jǐn)?shù)呢？這就要求學(xué)生了解完整的實驗方案的設(shè)計，掌握實驗設(shè)計的基本思路和技巧，在理科綜合實驗?zāi)芰y試中做到有據(jù)可依、有法可循、總體考慮、綜合分析，從而達(dá)到事半功倍、獲得高分的效果。筆者結(jié)合自己近幾年的教學(xué)實踐，談?wù)勆飳嶒炘O(shè)計題的基本解題方法和思路。

一、實驗設(shè)計的內(nèi)涵

實驗設(shè)計是要求學(xué)生設(shè)計實驗原理、選擇實驗器材、安排實驗步驟、設(shè)計數(shù)據(jù)處理的方法及分析實驗的現(xiàn)象等。在高中理科卷中由于受時間和卷面的限制，實驗設(shè)計能力考查無法面面俱到，往往呈現(xiàn)出的是考查實驗步驟的設(shè)計、續(xù)寫或修改，或者是實驗現(xiàn)象的觀察和分析，或者是實驗數(shù)據(jù)的加工和實驗結(jié)果的分析，或者是考查實驗結(jié)果的預(yù)期與討論，或者是實驗裝置的檢驗或改進(jìn)等。

二、實驗設(shè)計的基本內(nèi)容

一個較完整的實驗方案一般應(yīng)包括：明確實驗?zāi)康摹_定實驗變量→分析實驗原理→提出實驗假設(shè)→設(shè)計實驗步驟→預(yù)測實驗結(jié)果→得出實驗結(jié)論。

三、實驗設(shè)計的基本解題思路

1. 明確實驗?zāi)康?，分清實驗類?/p>

明確實驗?zāi)康木褪且濉白鍪裁础钡膯栴}，即探究或者驗證生物學(xué)的現(xiàn)象或原理。明確實驗?zāi)康牟拍苊鞔_運用哪一原理進(jìn)行實驗設(shè)計，才能明白實驗設(shè)計中哪些因素是實驗變量。例如在“設(shè)計實驗驗證煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA而不是蛋白質(zhì)”時，此實驗的原理或?qū)嶒炈悸放c教材中“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗”、“噬菌體侵染細(xì)菌實驗”的實驗原理相同。因此，學(xué)生可采用與教材中相似的實驗設(shè)計思想：將煙草花葉病毒的RNA和蛋白質(zhì)分開，單獨觀察它們的作用。再如在“探索溫度對酶活性影響的實驗”中，探討的問題是溫度與酶活性之間的關(guān)系，那么在實驗設(shè)計中，“溫度”這一因素就是實驗變量。

實驗設(shè)計一般有兩種類型：驗證性實驗設(shè)計和探究性實驗設(shè)計。驗證性實驗具有明確的結(jié)果，通過實驗加以驗證；而探究性實驗的現(xiàn)象和結(jié)果是未知的或不確定的，應(yīng)針對多種可能分別加以考慮和分析，得到相關(guān)的結(jié)論。如2012年高考全國大綱卷第33題“探究PH值對人唾液淀粉酶活性的影響”就屬于探究性實驗設(shè)計。

2. 找出兩類變量

確定對照類型找出兩類變量。在實驗過程中，變量是指可被操縱的特定因素或條件。跟據(jù)其在實驗中的作用，可分為兩類：

第一類是自變量和因變量。自變量指實驗中由實驗者操縱的因素或條件。因變量指實驗中由于實驗變量引起的變化和結(jié)果。通常自變量是原因，因變量是結(jié)果，兩者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如在“唾液淀粉酶水解實驗”中，所給定的低溫、適溫和高溫是自變量，而由于低溫、適溫和高溫條件的變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是因變量，該實驗可解釋溫度變化與酶的活性的因果關(guān)系。

第二類是無關(guān)變量。無關(guān)變量指實驗中除自變量外的影響實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果的因素或條件。如：唾液淀粉酶水解實驗中除自變量以外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、可溶性淀粉的濃度和純度、試劑溶液的劑量、實驗操作程序、溫度處理的時間長短等，都屬于無關(guān)變量。如果無關(guān)變量的任何一個或幾個因素或條件，對三個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會對實驗結(jié)果造成干擾，產(chǎn)生誤差。在實驗設(shè)計和操作中，教師應(yīng)盡量減少無關(guān)變量，而且在不同的實驗組中，無關(guān)變量應(yīng)完全相同。這樣就會避免實驗結(jié)果的差異是由于無關(guān)變量引起的可能性，便于清晰地研究自變量與因變量的關(guān)系。實驗中的無關(guān)變量很多，教師必須嚴(yán)格控制，平衡與消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果的影響，對照實驗的設(shè)計是消除無關(guān)變量影響的有效方法。

3. 確定對照類型

通過設(shè)置對照實驗，既可排除無關(guān)變量的干擾，又增強了對實驗結(jié)果的可信度和說服力。在一個對照實驗中，可包括實驗組和對照組。實驗組是接受自變量處理的對象組，對照組是不接受自變量處理的對象組，一般是隨機(jī)決定的。如在“探究光對種子萌發(fā)的影響”中，接受光處理的種子是實驗組，不接受光處理的種子為對照組。設(shè)置對照通常有以下四種方法：

（1）空白對照：設(shè)計一個不加任何實驗處理的對照組。即不給對照組做任何處理因素。

（2）自身對照：指實驗組與對照組都在同一研究對象上進(jìn)行，即不另設(shè)對照組。如“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的實驗”是典型的自身對照實驗，這種對照實驗的關(guān)鍵是比較實驗前后的變化。

（3）條件對照：給實驗組某種處理，給對照組另一條件的處理。如在“驗證甲狀腺激素促進(jìn)幼小動物的個體發(fā)育”的實驗中，存在以下實驗組和對照組：

甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）

乙組：飼喂甲狀腺素抑制劑（條件對照組）

丙組：對蝌蚪不做任何處理（空白對照組）

（4）相互對照：指不另設(shè)置對照組，而是利用幾個實驗組相互對照。如在“證明植物根向地生長實驗”中不同方向放置的玉米種子之間的對照。

根據(jù)實驗要求，凡是涉及確定變化因素之間的因果關(guān)系的實驗中，一般都需要設(shè)計對照實驗。了解常用對照的類型，有利于學(xué)生在實驗設(shè)計時針對不同的情況加以設(shè)置。

4. 理解實驗原理

實驗原理決定著實驗中主要實驗步驟的設(shè)計及相應(yīng)實驗試劑的選擇。如在“驗證唾液淀粉酶是蛋白質(zhì)”的實驗中，這一實驗的原理同教材中常規(guī)實驗“生物組織中蛋白質(zhì)的鑒定”實驗原理相同。因此，學(xué)生可用雙縮脲試劑與唾液呈紫色的反應(yīng)來驗證這一問題，明確了這一原理之后，也就明確了其主要的實驗步驟與“蛋白質(zhì)成分的鑒定”的實驗步驟類似。

5. 選取恰當(dāng)?shù)膶嶒灢牧?/p>

如孟德爾選擇豌豆作為實驗材料是其遺傳實驗成功的原因之一（豌豆是自花閉花傳粉，自然情況下都是純合子）。所以正確的選材決定著實驗的成敗。實驗的選材是受實驗原理、實驗?zāi)康闹萍s的。如“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實驗?zāi)康氖氰b定組織中存在可溶性還原糖，因而，取材應(yīng)注意含糖量要高并且能與斐林試劑產(chǎn)生著色反應(yīng)，選擇甘蔗做這個實驗的材料效果就不甚理想（甘蔗雖然無色，含糖量也很高，但蔗糖不能和斐林試劑發(fā)生顏色反應(yīng)）。鑒定的原理是“還原性糖與斐林試劑呈磚紅色反應(yīng)”，為使磚紅色反應(yīng)易于觀察，所選材料最好無色透明，避免材料本身色素的影響。又如“葉綠體中色素的種類及顏色”實驗，所選材料應(yīng)當(dāng)是色素含量高的材料（新鮮菠菜）；“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗”的選材應(yīng)注意三點：一是所選材料必須有大液泡存在（成熟的植物細(xì)胞）；二是為了便于觀察，所選材料的細(xì)胞液最好有顏色；三是一定要保證所用的細(xì)胞是活的。

6. 合理設(shè)計實驗步驟

實驗步驟有一定的順序，學(xué)生要注意實驗步驟的關(guān)聯(lián)性和實驗操作的程序性。實驗步驟的前后順序一般不能顛倒，特別是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同的操作順序?qū)е碌慕Y(jié)果不同并會影響實驗的嚴(yán)密性。如在“PH值對酶活性的影響”實驗中，學(xué)生操作時必須先將酶分別置于不同的PH值中，再加入淀粉溶液。又如在“還原性糖鑒定實驗”中，應(yīng)先將斐林試劑甲液和乙液混合以形成Cu（OH）2后，再加入組織樣液中。而在“蛋白質(zhì)的鑒定實驗”中，應(yīng)先加入雙縮脲試劑A液（NaOH）以創(chuàng)造堿性環(huán)境，再加入B液（CUSO4）。再如利用碘液檢測淀粉酶是否將淀粉完全水解，如果操作順序為：淀粉+碘液+淀粉酶，在水里加熱一段時間。這樣操作碘與淀粉結(jié)合呈藍(lán)色絡(luò)合物將影響淀粉酶對淀粉的水解，同時碘液會影響酶的活性。即使藍(lán)色褪去也只能說明淀粉酶將絡(luò)合物水解，無法排除碘對實驗的影響，使實驗的嚴(yán)密性欠缺。

另外，在實驗步驟的構(gòu)思或表述中，學(xué)生一定要遵循科學(xué)性原則、可操作性原則、對照性原則、單因子變量原則。

（作者單位：河南省三門峽義馬市高級中學(xué) 472000）