例析高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的解題策略

桂威

近幾年高考中，生物試題對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考察愈加重視?？荚嚧缶V要求考生在理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法的基礎(chǔ)上，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法和技能解決真實(shí)問題;高考評價(jià)體系也引導(dǎo)我們，生物學(xué)作為自然科學(xué)類學(xué)科，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是實(shí)踐操作能力群的考察重點(diǎn)。筆者在研究近幾年高考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的基礎(chǔ)上，通過對一些題目的整理和改編，總結(jié)了這類題型的一般解題步驟和策略。

一、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要解決的首要問題，是判斷實(shí)驗(yàn)的類型：這是一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)還是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)？這兩類實(shí)驗(yàn)的根本區(qū)別是有無先給出明確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，而不能機(jī)械地尋找“探究”“驗(yàn)證”等詞來確定實(shí)驗(yàn)類型。

對于探究性實(shí)驗(yàn)，它要根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)事實(shí)、理論，判斷、探究未知生物學(xué)新問題，可能存在多種假設(shè)與結(jié)論。如2017年全國Ⅰ卷第29題，要求用給定的材料和方法確定一種新病毒的類型。結(jié)合題干中對病毒分類方法的說明，可知其本質(zhì)是“探究”該病毒遺傳物質(zhì)是DNA還是RNA，因此這是一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)。

對于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，它要驗(yàn)證、證明已知的生物學(xué)事實(shí)，因其結(jié)論是已知的，故不存在假設(shè)。如2019年全國Ⅰ卷第29題，題目首先就給出了“干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的”這個(gè)科研結(jié)論，所以這是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。它的創(chuàng)新之處在于結(jié)論采用“不是……，而是……”的形式，兩個(gè)分結(jié)論均需要驗(yàn)證。

二、理清實(shí)驗(yàn)變量

理清實(shí)驗(yàn)的三種變量及其相互關(guān)系，是做好實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)變量可以根據(jù)題目內(nèi)容分析確定，多數(shù)直接來自實(shí)驗(yàn)?zāi)康模行╇[含在實(shí)驗(yàn)原理中?！安痖_”實(shí)驗(yàn)情境的包裝后，應(yīng)以實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榉较颍懦裏o關(guān)變量的影響，搭建自變量通向因變量的橋梁。有多組對照的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)研究因素的不同，自變量和無關(guān)變量還可以相互轉(zhuǎn)換。

例1 （2010年天津卷第8題改編）某生物興趣小組取小鼠若干只，手術(shù)切除它們的垂體和胰腺，一段時(shí)間后將其隨機(jī)均分為四組，分別注射相關(guān)激素及生理鹽水，結(jié)果如下圖。

（1）請為他們的實(shí)驗(yàn)探究擬定課題名稱：_____________。

（2）每次注射不同激素時(shí)應(yīng)按小鼠當(dāng)時(shí)體重乘以單位體重注射量計(jì)算，同種激素注射量應(yīng)保證比例_____________。本實(shí)驗(yàn)的無關(guān)變量還有：_____________（答兩點(diǎn)）。

分析：該實(shí)驗(yàn)結(jié)果用坐標(biāo)曲線圖的形式呈現(xiàn)，找準(zhǔn)各組對應(yīng)的變量及其相互關(guān)系后，實(shí)驗(yàn)?zāi)康目筛爬椤疤骄孔宰兞繉σ蜃兞康挠绊憽薄８木幒笤O(shè)置的幾個(gè)小問題，著重考察對實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡睦斫?，以及對?shí)驗(yàn)變量的控制。課題的名稱擬定，就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮啙崱?zhǔn)確地表述研究的具體問題。控制實(shí)驗(yàn)變量，一要注意取材的隨機(jī)性與科學(xué)性，二要遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的對照原則與單一變量原則。

答案：（1）探究胰島素和生長激素對小鼠生長（體重）的影響; ?（2）相同且適宜 ?小鼠品種、健康狀況、日齡（飼養(yǎng)天數(shù)）、藥物注射天數(shù)等（任寫兩點(diǎn)，合理即可）。

三、明晰實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)，它來自題干的提煉總結(jié)或者學(xué)科基本知識，往往也是對課本的遷移運(yùn)用。我們需要明晰兩個(gè)方面的原理：一是自變量對因變量的具體影響，這就需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)情境與相關(guān)生物學(xué)知識分析其影響的過程及結(jié)果;二是因變量的觀察與檢測，也就是在實(shí)驗(yàn)材料、方法等的選取時(shí)就要明晰實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測的方法與原理。

例2（2019年全國Ⅲ卷第29題改編）植物主要以銨態(tài)氮（NH4+）和硝態(tài)氮（NO3-）的形式吸收氮元素。已知當(dāng)營養(yǎng)液中同時(shí)存在NH4+和NO3-時(shí)，作物甲對其中一種離子的吸收量大于另一種。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證植物甲的這種偏好性，要求簡要寫出實(shí)驗(yàn)思路。

分析：首先，實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c其說是“驗(yàn)證”作物甲對NH4+和NO3-的吸收具有偏好性，不如說是“探究”該作物對這兩種離子的吸收有無差別，這樣在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果預(yù)測上更方便、直觀;然后，要對同一營養(yǎng)液中NH4+和NO3-的吸收進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，營養(yǎng)液的配制（以NH4NO3為唯一氮源）和對照組的設(shè)置（組內(nèi)相互對照與自身對照）是關(guān)鍵;最后，要判斷作物對一種離子的吸收量比另一種多，直接檢測植物體內(nèi)相關(guān)離子或其合成產(chǎn)物的含量均不科學(xué)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果檢測的方法及其原理也是動筆之前需要考慮清楚的。

答案：實(shí)驗(yàn)思路：將作物甲培養(yǎng)在以硝酸銨（NH4NO3）為唯一氮源的營養(yǎng)液中，一段時(shí)間后檢測并比較營養(yǎng)液中NH4+和NO3-剩余量。

四、條理書寫實(shí)驗(yàn)過程

完整的實(shí)驗(yàn)過程一般包含以下步驟：取材—分組編號—設(shè)置對照—條件處理—觀察記錄。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題一般重在方法和思路，書寫時(shí)可以將其中一些步驟精簡合并，使答案簡潔而層次分明。

1.取材

題目中如果給定了部分材料和用具，這對解題往往是思路的提示，也是方法的限制;如果需要自主選擇，關(guān)鍵材料往往是重要采分點(diǎn);遺傳實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中甚至要結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，通過雜交等方法創(chuàng)造、選擇合適的實(shí)驗(yàn)材料。

2.分組編號

根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的變量，將實(shí)驗(yàn)材料和用具隨機(jī)均分為若干組，并編號標(biāo)記。如將長勢相同的植物材料，年齡、體重相同的實(shí)驗(yàn)動物，或者多支相同且干凈的試管等分組編號。

3.設(shè)置對照

根據(jù)實(shí)驗(yàn)變量設(shè)置對照，施加自變量為實(shí)驗(yàn)組，不施加自變量為對照組;根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮筒牧希顺Ｒ姷目瞻讓φ胀?，有時(shí)候可以采用相互對照或者自身對照。

4.條件處理

將設(shè)置對照后的各組材料，在相同且適宜的條件下進(jìn)行處理。除自變量不同外，要控制好無關(guān)變量的條件。

5.觀察記錄

選擇科學(xué)而明顯的觀測指標(biāo)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

五、準(zhǔn)確匹配結(jié)果與結(jié)論

1.預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是實(shí)驗(yàn)中所觀察和記錄的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等，考場上學(xué)生是根據(jù)現(xiàn)有知識和經(jīng)驗(yàn)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)選用簡潔直觀、現(xiàn)實(shí)可行的方法，這樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加明顯、準(zhǔn)確。

2.得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)論是分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果后推導(dǎo)得出的普遍事實(shí)或規(guī)律。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可對應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮臀ㄒ唤Y(jié)果，概括提升后作出唯一肯定性結(jié)論;探究性實(shí)驗(yàn)可根據(jù)不同條件和對應(yīng)結(jié)果，采用“若……則……”的形式分類來寫。

【注：本文系廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃課題“新高考背景下利用生物原創(chuàng)試題培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的研究”（課題編號：2016YQJK067）的研究成果?！?/p>

責(zé)任編輯 ? ?黃博彥