淺談提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析和設(shè)計(jì)能力的方法

胡雪梅

摘 要 通過(guò)用問(wèn)題串對(duì)課本實(shí)驗(yàn)分析和深入探討，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)和形成科學(xué)思維。通過(guò)對(duì)變量的分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的分析，提高學(xué)生完成各種實(shí)驗(yàn)題的能力，以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰统煽?jī)。

關(guān)鍵詞 問(wèn)題串 實(shí)驗(yàn)分析 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)是生物高考考查能力要求之一。在近幾年的生物高考試卷中常有生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題出現(xiàn)。如何才能解答好生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題呢？首先是實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。對(duì)高中學(xué)生來(lái)說(shuō)，生物實(shí)驗(yàn)知識(shí)的掌握主要包括常見的儀器、器具、藥品的使用能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)程序的理解能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異常情況的處理能力等；其次是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路。在實(shí)際教學(xué)中，教師可以用問(wèn)題串來(lái)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析能力和成績(jī)。

1 詳盡細(xì)致地分析課本中的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生形成實(shí)驗(yàn)思維

1.1 課本中的科學(xué)史的分析

關(guān)于科學(xué)史的教學(xué)，教師提出問(wèn)題或利用課本討論題讓學(xué)生分析。比如：對(duì)恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)，教材列出了要討論的問(wèn)題，而學(xué)生此時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)已有一定的認(rèn)識(shí)，可以討論完成。在學(xué)生不能回答時(shí)，教師用問(wèn)題引導(dǎo)。學(xué)生通常不能把巧妙之處都答出來(lái)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從材料、操作，對(duì)照、排除無(wú)關(guān)變量的干擾等方面思考，讓學(xué)生明白巧妙之處。

但有些科學(xué)史的發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，教材中并沒有給出討論題，教師就需要自己設(shè)計(jì)問(wèn)題，讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的思路。比如：針對(duì)肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，筆者設(shè)計(jì)了如下問(wèn)題：關(guān)于肺炎雙球菌，你知道什么？通過(guò)格里菲斯的第一組實(shí)驗(yàn)、第二組、第三組實(shí)驗(yàn)，我們分別知道什么？第四組實(shí)驗(yàn)的S型活細(xì)菌從何而來(lái)？關(guān)于“轉(zhuǎn)化”，你的理解是什么？實(shí)驗(yàn)最終得出了什么結(jié)論？格里菲斯又作了什么推論？艾弗里的實(shí)驗(yàn)思路是什么？如何分開蛋白質(zhì)和DNA？實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明什么？既然艾弗里的實(shí)驗(yàn)已能說(shuō)明DNA是遺傳物質(zhì)，為什么還要設(shè)計(jì)噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)？如何解決艾弗里的遺憾，排除一些科學(xué)家的疑慮？噬菌體是什么生物，有怎樣的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成及特點(diǎn)？噬菌體如何侵染，如何增殖？如何讓噬菌體帶上標(biāo)記，為什么？實(shí)驗(yàn)過(guò)程，你能理解嗎？你能提出什么問(wèn)題？實(shí)驗(yàn)如何對(duì)照？攪拌和離心的目的分別是什么？為什么表述為放射性低而不是無(wú)放射性？第二組實(shí)驗(yàn)上清液的放射性升高，可能的原因是什么？實(shí)驗(yàn)得出了什么結(jié)論？能否得出蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)這一結(jié)論？綜合肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)，能說(shuō)明作為遺傳物質(zhì)需滿足的條件是什么？

1.2 教材中學(xué)生實(shí)驗(yàn)的分析

學(xué)生實(shí)驗(yàn)分為驗(yàn)證型和探究型兩種。教師對(duì)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的分析從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等方面進(jìn)行，幫助學(xué)生知其然，也知其所以然。比如生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質(zhì)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，教師提出問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)原理分別是什么？為什么還原糖檢測(cè)的描述是“產(chǎn)生磚紅色沉淀”，脂肪檢測(cè)的描述是“被染成橘黃色或紅色”，而蛋白質(zhì)檢測(cè)的描述是“產(chǎn)生紫色反應(yīng)”，為什么？還原糖檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)材料用蘋果汁或梨汁，脂肪的檢測(cè)用花生，而蛋白質(zhì)的檢測(cè)用蛋清或豆?jié){，為什么？甘蔗汁和番茄汁可用于檢測(cè)還原糖嗎？觀察顏色反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，選材都需要注意什么？比較斐林試劑和雙縮脲試劑，相同點(diǎn)和不同點(diǎn)分別是什么？實(shí)驗(yàn)步驟如何？實(shí)驗(yàn)如何對(duì)照？需要顯微鏡的是什么實(shí)驗(yàn)？實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何？又比如綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理是什么？分析看出如何書寫實(shí)驗(yàn)原理？實(shí)驗(yàn)材料是什么？為什么？可用其他材料代替嗎？實(shí)驗(yàn)試劑有哪些，作用分別是什么？實(shí)驗(yàn)步驟如何？為什么如此操作？如果得到的色素提取液顏色太淺，可能的原因是什么？為什么要塞住試管口？還可以用什么方法得到色素提取液？為什么濾紙條要剪去兩個(gè)角？為什么用鉛筆畫橫線，其他筆行嗎？畫濾液細(xì)線時(shí)，為什么待濾液干后，再重復(fù)一兩次？可用其他方法畫濾液細(xì)線嗎？為什么分離色素時(shí)，避免層析液沒及濾液細(xì)線？實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如何？為什么呈現(xiàn)這樣的結(jié)果（色素帶的分布、顏色、寬窄和色素帶之間的距離等）？如果色素帶不清楚，可能的原因是什么？如果只有最上面的兩條色素帶，可能的原因又是什么？如此就可以讓學(xué)生不但知道實(shí)驗(yàn)的操作，也明白為什么如此選材，各種試劑的用途，為什么如此操作，為什么得出這樣的結(jié)果和結(jié)論。

而對(duì)探究型實(shí)驗(yàn)，教師要從實(shí)驗(yàn)題目入手教會(huì)學(xué)生進(jìn)行變量分析，并進(jìn)行自變量的設(shè)置、因變量的檢測(cè)和無(wú)關(guān)變量的干擾排除的分析；之后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)假設(shè)、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)試劑的分析；再后分析實(shí)驗(yàn)步驟或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟；最后結(jié)果預(yù)測(cè)及得出結(jié)論。比如有關(guān)酶的實(shí)驗(yàn)——比較過(guò)氧化氫在不同條件下的分解。筆者設(shè)計(jì)的問(wèn)題如下：實(shí)驗(yàn)材料是什么？過(guò)氧化氫有什么特點(diǎn)？FeCl3溶液和新鮮的肝臟研磨液分別有什么作用？為什么要研磨？為什么要新鮮？什么叫變量、自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量、實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組？實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？如何設(shè)置的？因變量是什么？如何檢測(cè)的？無(wú)關(guān)變量有哪些？如何排除其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾？實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組是誰(shuí)？實(shí)驗(yàn)組又是誰(shuí)？實(shí)驗(yàn)可提出怎樣的假設(shè)？實(shí)驗(yàn)的步驟順序可否變動(dòng)？實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如何？第一組與第二組比較可以說(shuō)明什么？第一組與第三組比較又說(shuō)明什么？第一組與第四組比較呢？第三組和第四組比較呢？寫出實(shí)驗(yàn)的原理（原理能解釋實(shí)驗(yàn)的操作和結(jié)果）。對(duì)探究溫度對(duì)酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)，筆者設(shè)計(jì)的問(wèn)題如下：實(shí)驗(yàn)選擇何種材料？為什么不能用過(guò)氧化氫作材料？作出什么樣實(shí)驗(yàn)假設(shè)？實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？應(yīng)如何設(shè)置？因變量是什么？如何檢測(cè)？能用斐林試劑作為檢測(cè)試劑嗎？為什么？無(wú)關(guān)變量有哪些？如何排除其對(duì)結(jié)果的干擾？寫出實(shí)驗(yàn)原理。討論寫出實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)步驟的順序能調(diào)換嗎？為什么？最佳的實(shí)驗(yàn)方案是怎樣的？預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)最可能的結(jié)果和結(jié)論。通過(guò)這樣的分析，教師可以教會(huì)學(xué)生選材和選用試劑，更重要的是教會(huì)學(xué)生進(jìn)行變量分析和書寫實(shí)驗(yàn)步驟及檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟，也教會(huì)學(xué)生進(jìn)行結(jié)果預(yù)測(cè)等。

1.3 多讓學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室操作實(shí)驗(yàn)

如此不但能加深學(xué)生的印象，也能活躍他們的思維，提高其創(chuàng)新能力。

2 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的分析和實(shí)驗(yàn)各要素關(guān)系的分析，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和解答實(shí)驗(yàn)的能力

2.1 實(shí)驗(yàn)變量的分析

2.1.1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，分析?shí)驗(yàn)變量

實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪茄芯孔宰兞颗c因變量的關(guān)系。所以一般來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹芯碗[含了實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量。學(xué)生通過(guò)所學(xué)知識(shí)分析除自變量外，還有什么因素影響因變量呢。這些因素就是實(shí)驗(yàn)的無(wú)關(guān)變量。無(wú)關(guān)變量通?？蓮膶?shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)試劑的用量、環(huán)境條件等方面入手分析。通過(guò)課本實(shí)驗(yàn)或生活常識(shí)或題干中的介紹，教師教學(xué)生能確定自變量的設(shè)置方式、因變量的檢測(cè)手段。比如：探究生長(zhǎng)素類似物溶液促進(jìn)扦插枝條生根的最適濃度的實(shí)驗(yàn)中，自變量是生長(zhǎng)素類似物溶液的濃度。教師要求學(xué)生設(shè)置成自變量的濃度梯度。為了更精確，筆者先設(shè)置一個(gè)梯度大的濃度梯度的生長(zhǎng)素類似物溶液做個(gè)預(yù)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，再取一個(gè)范圍設(shè)置這個(gè)范圍內(nèi)梯度小的濃度梯度的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)提出以下問(wèn)題因變量是什么？扦插枝條的生根情況如何。如何檢測(cè)？（數(shù)根的數(shù)目，求取平均值）無(wú)關(guān)變量有哪些？（插條的種類、數(shù)目、生長(zhǎng)狀況、插條上芽的位置和數(shù)目等，生長(zhǎng)素類似物溶液的用量，完全培養(yǎng)液的用量，生長(zhǎng)素類似物溶液處理插條的時(shí)間，插條在培養(yǎng)液中培養(yǎng)的時(shí)間，環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等，培養(yǎng)液的pH等）如何排除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾？（材料選擇要一致，時(shí)間和環(huán)境條件、培養(yǎng)條件要相同且適宜；試劑的用量要相等）

2.1.2 通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作或其他進(jìn)行變量分析

有些實(shí)驗(yàn)未告知題目，但給出了實(shí)驗(yàn)的部分或大致操作或一些介紹，教師通過(guò)比較給出的不同組的不同處理可得出自變量，通過(guò)其檢測(cè)的項(xiàng)目得出因變量，或者通過(guò)所介紹的找出自變量和因變量。之后再分析出無(wú)關(guān)變量。比如：油菜素內(nèi)酯水溶液對(duì)芹菜的實(shí)驗(yàn)（表1）。

該實(shí)驗(yàn)中的自變量是油菜素內(nèi)酯水溶液的濃度；因變量是芹菜的生長(zhǎng)情況。無(wú)關(guān)變量包括實(shí)驗(yàn)前所選芹菜的株高一致，生長(zhǎng)狀況一致；油菜素內(nèi)酯水溶液的用量相同，與組一蒸餾水的用量也相同；培養(yǎng)時(shí)間相同；培養(yǎng)環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等適宜且相同。并且還能根據(jù)所分析出的變量寫出實(shí)驗(yàn)課題：探究（研究）不同濃度的油菜素內(nèi)酯水溶液對(duì)芹菜生長(zhǎng)的影響。

2.2 實(shí)驗(yàn)各要素的關(guān)系

明確實(shí)驗(yàn)各要素的關(guān)系也是解答好實(shí)驗(yàn)題的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯炕蝌?yàn)證自變量對(duì)因變量的影響。實(shí)驗(yàn)假設(shè)：對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕卮稹Ｗ宰兞浚簩?shí)驗(yàn)組與對(duì)照組或?qū)嶒?yàn)組之間不同的處理。因變量：實(shí)驗(yàn)中通過(guò)檢測(cè)或觀察來(lái)確定的量。實(shí)驗(yàn)步驟：第一步通常為分組編號(hào)；第二步通常體現(xiàn)自變量的處理；最后一步通常為檢測(cè)因變量。結(jié)果為檢測(cè)或觀察到的現(xiàn)象。結(jié)論為通過(guò)對(duì)結(jié)果分析后對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕卮稹?shí)驗(yàn)原理：為解釋實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)試劑使用和實(shí)驗(yàn)結(jié)果所提供的依據(jù)。

3 學(xué)生易忽略之處

實(shí)驗(yàn)是否體現(xiàn)對(duì)照原則；是否體現(xiàn)單一變量原則；實(shí)驗(yàn)材料的選擇是否合理；實(shí)驗(yàn)試劑的使用是否合理；實(shí)驗(yàn)步驟的安排是否合理（比如文字描述的科學(xué)性和準(zhǔn)確性、步驟的順序、對(duì)無(wú)關(guān)變量排除的體現(xiàn)和因變量的檢測(cè)手段）；實(shí)驗(yàn)結(jié)果的描述是否正確；結(jié)果與結(jié)論是否對(duì)應(yīng)；如果涉及測(cè)量，是否前測(cè)、是否測(cè)多次或多個(gè)，求取平均值等。教師在平時(shí)要讓學(xué)生多練習(xí)，問(wèn)題早暴露，早糾正。

通過(guò)上述手段，學(xué)生就不再懼怕實(shí)驗(yàn)題，能較有效地理解課本知識(shí)和完成實(shí)驗(yàn)題。