解決高中生物實驗設(shè)計類題型的一般方法

蔡煒

摘 ? ?要： 對于高中學(xué)習(xí)生物的學(xué)生來說，從掌握一些基本的實驗方法，到學(xué)習(xí)實驗設(shè)計的思路，最終形成科學(xué)嚴謹?shù)目茖W(xué)實驗思想，能力要求不斷提升，這一點在近年來的高考中得到充分體現(xiàn)。由于大部分學(xué)生缺乏實驗設(shè)計的有關(guān)理論知識，遇到這類題型，就會感到茫然，無所適從。

關(guān)鍵詞： 高中生物 ? ?實驗設(shè)計方案 ? ?一般方法

生物作為一門自然科學(xué)，在其發(fā)展過程中，科學(xué)家們是通過不斷實驗探究而一步步接近并掌握事實真相的?？v觀生物科學(xué)發(fā)展史，每一次重大的發(fā)現(xiàn)中，實驗都是獲取真理的至關(guān)重要的手段。因此，在課程改革不斷深入的今天，在高中生物教材中最大的變化是不再單純地鋪敘前人總結(jié)發(fā)現(xiàn)的結(jié)論，而是更側(cè)重介紹他們科學(xué)的實驗方法和探究歷程，由此不難發(fā)現(xiàn)，科學(xué)發(fā)展史是實驗方法和技術(shù)不斷進步的發(fā)展史。

而對于高中學(xué)習(xí)生物的學(xué)生來說，從掌握一些基本的實驗方法，到學(xué)習(xí)實驗設(shè)計的思路，最終形成科學(xué)嚴謹?shù)膶嶒炈枷耄芰σ蟛粩嗵嵘?，這一點在近年的高考中得到充分體現(xiàn)。尤其是“實驗設(shè)計題”由于能較全面地考查學(xué)生的實驗知識和基本技能、分析問題和解決問題的能力及創(chuàng)造能力，因此成為高考生物中的的“壓軸題目”。但由于大部分學(xué)生缺乏實驗設(shè)計的有關(guān)理論知識，遇到這類題型，就會感到茫然，無所適從。因為畢竟所謂實驗要親身體驗，而不是紙上談兵，可惜現(xiàn)階段學(xué)生學(xué)習(xí)時間緊張，很難有充裕的時間參與其中，且一個人的探究能力與其從小所受教育方式和個人成長經(jīng)歷，思考方式均有關(guān)系，故本文僅從實驗設(shè)計原則和一般的思路方法角度，對高考中出現(xiàn)的實驗設(shè)計類題型作出一些歸納和總結(jié)，找到解題思路，并規(guī)范答題。

一、對實驗理論的理解

“實驗，指的是科學(xué)研究的基本方法之一。根據(jù)科學(xué)研究的目的，盡可能地排除外界的影響，突出主要因素并利用一些專門的儀器設(shè)備，而人為地變革、控制或模擬研究對象，使某一些事物（或過程）發(fā)生或再現(xiàn)，從而去認識自然現(xiàn)象、自然性質(zhì)、自然規(guī)律”。由此我們不難看出一個實驗是有很強的目的性的，突出主要因素，排除無關(guān)因素，并最終發(fā)現(xiàn)規(guī)律，得出結(jié)論的一個過程，這點理解對設(shè)計實驗至關(guān)重要。

具體來說一個比較完整的實驗設(shè)計方案，一般包括以下內(nèi)容：實驗題目、實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗材料、實驗用具、實驗假設(shè)、實驗預(yù)期、設(shè)計實驗步驟、觀察和收集數(shù)據(jù)、分析、推論、交流等。因此在設(shè)計一個實驗時，要綜合考慮以上幾點，并遵循以下原則。

二、實驗設(shè)計的基本原則

在生物實驗設(shè)計中，第一要遵循科學(xué)性原則，即明確生物實驗?zāi)康?、使用正確的實驗原理，選擇科學(xué)的實驗材料及實驗方法，實驗方案要符合生物學(xué)科的基本原理。一般設(shè)計實驗是建立在觀察到的一些客觀世界的現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進行的，利用一些已知的知識儲備探究未知或驗證推論的過程。

第二是可行性，設(shè)計的實驗要人為操控并付諸實施。

第三是嚴謹性，這一點是很多學(xué)生在答題時容易疏漏的地方，即設(shè)計實驗應(yīng)該盡量沒有漏洞，保持實驗的準(zhǔn)確性。

第四是簡便性，材料的選取，實驗操作在滿足實驗的科學(xué)性和嚴謹性的前提下，要盡可能地簡便，縮短時間，提高效率。

第五是可重復(fù)性，即實驗結(jié)果不應(yīng)該是偶然的，應(yīng)該可以多次重復(fù)體現(xiàn)。

第六是隨機性，主要體現(xiàn)在取樣上要排除主觀影響，盡量隨機取材，保證實驗的精確性，減少實驗誤差。

第七是實驗條件前后要保持一致性，即在實驗過程中，除主控因素外，不應(yīng)隨意變換條件。

第八是單一變量性，在高中生物課本中提到三個變量，“自變量”、“因變量”和“無關(guān)變量”，所謂單一變量指的是人為操控的變量即“自變量”，在一次實驗中可以涉及多個“自變量”。這通常是為了探究更多問題，但是在實驗中，一個自變量的變化只能對應(yīng)觀測它所引起的因變量變化。控制自變量，觀察因變量是實驗過程中獲取結(jié)論的主要過程。需要注意的是自變量應(yīng)緊扣實驗題目與目的，如“探究光照強度對光合作用的影響”這個實驗題目中，自變量應(yīng)該是“光照強度”，而“光質(zhì)”和“光照時間”則為無關(guān)變量，應(yīng)該排除，答題時應(yīng)該注意，不應(yīng)籠統(tǒng)地說“光照”，遵循嚴謹性原則。

第九要設(shè)置對照組，以對照得出結(jié)論并排除無關(guān)變量帶來的未知的影響。一般高中生物中涉及的有空白對照，條件對照，以及自身對照（實驗前后個體自身對照，如切除法探究甲狀腺激素對大鼠代謝的影響實驗），等等，無論哪種對照，都不改變實驗涉及的自變量。而是通過對照組和實驗組的比對，獲取結(jié)論。需要注意的是，對比實驗和對照實驗的區(qū)別，對比試驗沒有對照組，而是通過各實驗組之間的比較得出結(jié)論，如“探究生長素促進扦插生根的最適濃度”這一實驗中各組均為實驗組，是對比實驗;而“探究生長素對植物生根的影響”則要設(shè)置空白對照組，是對照實驗，兩個實驗探究的問題是不同的。

三、設(shè)計實驗流程

在掌握以上原則以后應(yīng)用到具體的實驗設(shè)計中，設(shè)計實驗的思路簡單如下：

首先要確定實驗的目的，并確定實驗的標(biāo)題，實驗?zāi)康氖钦麄€實驗的中心思想，所有的實驗設(shè)計都要圍繞它進行，而實驗的題目是因?qū)嶒災(zāi)康亩_定的，無論是觀察類提取類實驗，還是驗證性探究性實驗，都要在實驗的標(biāo)題中得到體現(xiàn)，如“觀察葉綠體和線粒體的分布”、“提取和分離綠葉中的色素”和“探究酵母菌的呼吸方式”等。從題目可以看出實驗?zāi)康?，并且最終結(jié)論要體現(xiàn)出這一目的的實現(xiàn)情況，進而做好記錄，分析討論，總結(jié)。

其次，明確實驗中涉及的各種變量，并根據(jù)實驗原理，確定變量關(guān)系，即自變量，因變量和無關(guān)變量的分布。如“探究酵母菌的呼吸方式”這一實驗中，呼吸方式即有氧和無氧呼吸，這是原理，那么氧氣就是我們要控制的自變量，而這一變量變化帶來的結(jié)果是產(chǎn)物的不同，這就是因變量，要注意因變量不是唯一的，如酒精的有無，二氧化碳的產(chǎn)量，這都是因變量。而與之無關(guān)的其他會影響實驗的因素，則是無關(guān)變量，如溫度、光照與葡萄糖溶液的濃度等，則必須設(shè)法排除干擾，保持實驗組和對照組的一致。

然后就是根據(jù)以上分析，具體設(shè)計出實驗步驟，這是大部分學(xué)生最為頭疼的部分，其實只要很好地完成前兩步，接下來就可以遵從前面所說基本的實驗原則，將實驗步驟寫出來。如一個對照實驗，可以按以下步驟設(shè)計。

第一步，遵從隨機性原則取材，并分組，排除無關(guān)變量的影響，如“選取大小長勢相同的葉片若干，分為A，B，C三組”，設(shè)置好實驗組和對照組并進行編號。在語言描述時要注意規(guī)范文字，不要用口頭語，而應(yīng)用科學(xué)準(zhǔn)確的實驗用語，保證實驗的嚴謹性，盡量不要用模棱兩可的語言。

第二步，對實驗組和對照組做不同處理，突出實驗組中自變量的變化，這一步仍要注意排除無關(guān)變量的影響，如加入液體引起體積的變化、發(fā)生反應(yīng)引起溫度的變化等。在對操作的描述過程中，用語要簡潔準(zhǔn)確，避免畫蛇添足，并根據(jù)已知的實驗原理，合理控制實驗時間等條件。

第三步，觀察和記錄實驗現(xiàn)象，即因變量的不同變化。

第四步，分析實驗結(jié)果，找出因變量變化與自變量改變之間的關(guān)系，得出結(jié)論。

四、對實驗結(jié)果的預(yù)測

在確定了實驗?zāi)康?，設(shè)計了實驗步驟之后，要對實驗過程進行預(yù)測，這是近年來經(jīng)?？疾閷W(xué)生的內(nèi)容。在預(yù)測實驗結(jié)果時，簡單說就是一定要“點題”。我們的預(yù)測結(jié)果一定要體現(xiàn)出實驗的標(biāo)題和目的，并規(guī)范用語，注意實驗中控制的條件范圍等，如“探究生長素對植物生根的影響”這一實驗中，我們使用的生長素是什么樣的濃度范圍之間的，要在結(jié)論和預(yù)測中體現(xiàn)出來，如“在一定濃度范圍內(nèi)，生長素對植物的生根有促進作用”。如果是驗證類實驗，則結(jié)論中應(yīng)該體現(xiàn)出所驗證理論的準(zhǔn)確性。同時在實驗結(jié)果預(yù)測或結(jié)論中，要注意各種可能性分析全面，如在“促進”“抑制”的同時，不應(yīng)忽略“既不促進，又不抑制”這一種結(jié)果等。

以上幾點，是設(shè)計實驗的一般原則和思路，在具體設(shè)計實驗或是解決實驗類問題時，還需要具體問題、具體分析和具體處理。實驗科學(xué)是一門剖析自然規(guī)律的科學(xué)，其本身是一門科學(xué)，相信通過高中生物教材實驗的學(xué)習(xí)和實驗設(shè)計類試題的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生獲取知識的興趣，完善嚴謹科學(xué)的思維，不再局限于從書本上獲取現(xiàn)成的理論，而是自己發(fā)現(xiàn)問題，并具備解決問題的能力，這是新的課程改革所希望實現(xiàn)的目標(biāo)之一，本文只就應(yīng)試作答稍作總結(jié)，具體問題還要將理論應(yīng)用于實際，適當(dāng)訓(xùn)練，摸清規(guī)律，從而形成成熟的解題思路。

參考文獻：

[1]史華波.高中生物實驗設(shè)計的原則和方法.

[2]陳清霞.例析高中生物實驗設(shè)計的解題方法.