如何確定探究實(shí)驗(yàn)的觀測指標(biāo)

戴舒玥

(江蘇省常州市教育科學(xué)研究院附屬中學(xué) 213001)

在探究實(shí)驗(yàn)中，最重要的環(huán)節(jié)就是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的記錄，這將直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出。然而，只有確定了最佳的實(shí)驗(yàn)觀測指標(biāo)才能記錄到最佳、最準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)。筆者通過對觀測指標(biāo)定義的理解、類型的分析，試圖找到確定探究實(shí)驗(yàn)觀測指標(biāo)的方法。

1 什么是觀測指標(biāo)

指標(biāo)對自然科學(xué)研究來說，就是一種指示標(biāo)志，就是在實(shí)驗(yàn)觀察中用來指示(反映)研究對象中某些特征(如對藥物的效應(yīng))的可被研究者或儀器感知的一種現(xiàn)象標(biāo)志[1]。觀測指標(biāo)實(shí)驗(yàn)者是在進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果評判的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，是在探究問題、假設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)已有知識、經(jīng)驗(yàn)判別得到的，并作為觀測及記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的依據(jù)。

例如，探究蚯蚓在什么樣的物體表面爬得快，在這個(gè)探究中蚯蚓在物體表面爬行的快慢是因變量，也是這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)的觀測指標(biāo)；探究溫度對唾液淀粉酶活性的影響，因變量是唾液淀粉酶的活性，唾液淀粉酶的活性不可以直接觀察，但淀粉變藍(lán)可觀察，觀測指標(biāo)就是滴加碘液是否變藍(lán)。

從中可以發(fā)現(xiàn)，觀測指標(biāo)就是因變量本身或因變量的一種直觀表現(xiàn)。

2 觀測指標(biāo)的類型

根據(jù)獲得指標(biāo)途徑的不同，可將觀測指標(biāo)區(qū)分為主觀指標(biāo)和客觀指標(biāo)。

2.1 主觀指標(biāo) 主觀指標(biāo)即通過探究者主體感官獲取得到的顏色、形狀、氣味和聲音等現(xiàn)象。

例如，探究綠葉在光下產(chǎn)生淀粉，觀測指標(biāo)就是滴加碘液后葉片的顏色，并據(jù)此判斷葉片內(nèi)是否含有淀粉，綠葉在光下是否能產(chǎn)生淀粉。

2.2 客觀指標(biāo) 客觀指標(biāo)即感官、工具或儀器計(jì)量或測取得到的數(shù)據(jù)，有數(shù)量多少、速度快慢等。

例如，探究草履蟲對外界刺激的反應(yīng)，觀測指標(biāo)就是草履蟲的數(shù)量，依此判斷草履蟲對外界刺激趨向或逃避，并推測外界刺激為有利刺激或有害刺激。

根據(jù)觀測指標(biāo)與因變量的關(guān)系，也可將觀測指標(biāo)區(qū)分為直接指標(biāo)和間接指標(biāo)。直接指標(biāo)是因變量的呈現(xiàn)形式，而間接指標(biāo)就是因變量直觀表現(xiàn)的呈現(xiàn)形式。

3 觀測指標(biāo)的確定

觀測指標(biāo)的確定并不是簡單的經(jīng)驗(yàn)判斷，而是需要實(shí)驗(yàn)者通過理性的思維分析、辨識，遵從觀測指標(biāo)的確定原則，清楚解所探究實(shí)驗(yàn)的目的與原理，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)類型，確定最恰當(dāng)有效的探究實(shí)驗(yàn)觀測指標(biāo)。

3.1 確定觀測指標(biāo)的原則 探究實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出是在觀測指標(biāo)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析推導(dǎo)得出的。因此，觀測指標(biāo)的選擇將直接影響對假設(shè)的判斷，可以說觀測指標(biāo)選擇是否正確是一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。否則，即使實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)周密、實(shí)驗(yàn)操作準(zhǔn)確，結(jié)果的判斷還是會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤或偏差。所以，在選擇觀測指標(biāo)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循準(zhǔn)確性、合理性、客觀性、可操作性和有效性等五個(gè)原則。即選擇的觀測指標(biāo)應(yīng)當(dāng)具有準(zhǔn)確的、符合原理的、不帶有實(shí)驗(yàn)者個(gè)人意志的、切實(shí)可行的、能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的。

例如，學(xué)生在探究洗滌劑對水禽羽毛防水性的影響時(shí)，總是會(huì)在確定觀測指標(biāo)時(shí)產(chǎn)生較大的爭議，其原因還是未能把握好確定原則。大部分學(xué)生認(rèn)為羽毛的浮沉是該探究實(shí)驗(yàn)的觀測指標(biāo)。那么，這個(gè)指標(biāo)是否符合觀測指標(biāo)的確定原則呢？在這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中，首先應(yīng)當(dāng)正確理解水禽羽毛的防水性是什么，是指水禽羽毛表面的油脂能有效阻礙水在羽毛表面的附著。所以，如果將觀測指標(biāo)確定為羽毛的浮沉而不清楚水在羽毛表面的阻礙情況，不符合準(zhǔn)確性、合理性的原則。其次，羽毛的浮沉還與羽毛和水之間的密度關(guān)系有關(guān)，簡單地確定羽毛浮沉為觀測指標(biāo)不符合客觀性的原則。雖然羽毛的浮沉是可以觀察到的現(xiàn)象，但是將羽毛放于水的表面看是否會(huì)下沉，還是將羽毛浸于水中看羽毛是否浮起，從這點(diǎn)來看羽毛的浮沉不符合可操作性的原則。

3.2 確定觀測指標(biāo)的策略 具體確定觀測指標(biāo)的策略如下：

3.2.1 找準(zhǔn)因變量 觀測指標(biāo)是因變量本身或因變量的一種直觀表現(xiàn)，所以找到準(zhǔn)確的因變量是確定觀測指標(biāo)的關(guān)鍵。在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，因變量是由于自變量的變化而直接引起變化的量。

例如，在探究蚯蚓在什么樣的物體表面爬得快實(shí)驗(yàn)中，因變量是物體表面的粗糙程度，自變量是蚯蚓爬行的快慢。

如果因變量可以進(jìn)行觀測，則因變量即觀測指標(biāo)；如果因變量不可以進(jìn)行觀測，那就需要通過因變量的直觀表現(xiàn)方式為觀測指標(biāo)。

例如，綠葉在光下產(chǎn)生淀粉實(shí)驗(yàn)中，自變量是有無光照，因變量是是否進(jìn)行光合作用，光合作用無法直接觀察，但可以通過光合作用的產(chǎn)物來檢驗(yàn)判斷光合作用是否進(jìn)行，所以在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中觀測指標(biāo)就是有無淀粉。

3.2.2 明確實(shí)驗(yàn)類型 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的性質(zhì)進(jìn)行分類，實(shí)驗(yàn)可分為定性實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn)。定性實(shí)驗(yàn)是判斷研究對象具有哪些性質(zhì)，并判斷某種物質(zhì)的成分、結(jié)構(gòu)或鑒別某種因素是否存在以及某些因素之間是否具有某種關(guān)系的一種實(shí)驗(yàn)方法。定量實(shí)驗(yàn)室研究對象的性質(zhì)、組成和影響因素之間的數(shù)量關(guān)系。在初中生物學(xué)教學(xué)中，定性實(shí)驗(yàn)是探究實(shí)驗(yàn)中最常見、最主要的一類。

例如，探究影響鼠婦分布的非生物因素、探究種子萌發(fā)需要的外界條件、探究草履蟲對外界刺激的反應(yīng)和探究綠葉在光下產(chǎn)生淀粉等。

定性實(shí)驗(yàn)主要回答“能不能”“有沒有”“是不是”“會(huì)不會(huì)”和“行不行”等這樣的選擇、判斷疑問，是從性質(zhì)上進(jìn)行判別。定性實(shí)驗(yàn)可以說是定量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，而且只要可以反映定性實(shí)驗(yàn)的自變量與因變量之間關(guān)系的，都可以作為這個(gè)實(shí)驗(yàn)的觀測指標(biāo)。

觀測指標(biāo)可以是主觀指標(biāo)。

例如，探究呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳，觀測指標(biāo)是觀察澄清石灰水是否變渾濁；探究光對草履蟲分布的影響，觀測指標(biāo)是草履蟲的數(shù)量。

定量實(shí)驗(yàn)雖然在初中階段出現(xiàn)較少，但也是探究實(shí)驗(yàn)的重要組成。

例如，探究模擬酸雨影響植物種子的萌發(fā)、酒精對水蚤心率的影響等。而定量實(shí)驗(yàn)不僅僅需要回答“能不能”“有沒有”“是不是”“會(huì)不會(huì)”“行不行”等這樣的問題，還需要明確自變量與因變量之間的數(shù)量關(guān)系，明確因?yàn)檠芯恳蛩亓康牟町悓?dǎo)致的結(jié)果數(shù)量的變化。

定量實(shí)驗(yàn)因?yàn)槭且芯孔宰兞颗c因變量之間的數(shù)量關(guān)系。所以，在選擇確定觀測指標(biāo)時(shí)，觀測指標(biāo)一定要能體現(xiàn)數(shù)量、或者數(shù)值的變化，即應(yīng)當(dāng)為客觀指標(biāo)。

例如，探究酒精對水蚤心率的影響，研究的是不同濃度的酒精溶液與水蚤心率之間的關(guān)系，從而判斷酒精對水蚤的心率影響是促進(jìn)或抑制。因此在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，需要對水蚤的心率進(jìn)行計(jì)數(shù)。