淺談生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

張冬生

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是提高生物科學(xué)素養(yǎng)的重要手段，是實(shí)施探究性學(xué)習(xí)的重要途徑。從近年生物高考實(shí)驗(yàn)習(xí)題來看，多為考查學(xué)生的分析、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)材料和用具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，試題趨向于開放性，這給考生以更大的思維擴(kuò)展空間，有利于提高學(xué)生的素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。在倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)的今天，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，是生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重中之重。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，系統(tǒng)地給學(xué)生復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作技能，理解實(shí)驗(yàn)原理，練習(xí)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生運(yùn)用課本上的實(shí)驗(yàn)原理、步驟、原則，遷移到新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上來解決問題。在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先要求學(xué)生在注意遵循科學(xué)性原則、等量性原則、對(duì)照性原則和單一變量性原則的前提下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。整體把握實(shí)驗(yàn)過程和思路，理解實(shí)驗(yàn)程序，分析實(shí)驗(yàn)中的每一步驟的作用，每一個(gè)處理的意義以及各步驟之間的聯(lián)系。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一般情況下要有以下幾個(gè)主要內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

發(fā)現(xiàn)并提出問題，明確把握實(shí)驗(yàn)的目的，即需要驗(yàn)證的生物學(xué)事實(shí)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)起到?jīng)Q定性作用，它影響實(shí)驗(yàn)用具的選擇和實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)，是整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈魂。所有實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)都要圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪@個(gè)核心來進(jìn)行，所以實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡拇_定是實(shí)驗(yàn)的前提條件。讓學(xué)生練習(xí)時(shí)要求多閱讀試題，從題目中找出試題的目標(biāo)，明確要解決什么問題，預(yù)期要得到什么結(jié)果，從而明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作的依據(jù)，是理論知識(shí)在實(shí)踐中的指導(dǎo)應(yīng)用和驗(yàn)證。在審題時(shí)要找出題目中已知條件和未知條件，再重新組織題目的文字?jǐn)⑹觯怪兊煤?jiǎn)明。將簡(jiǎn)化后的表述與已知的同類問題進(jìn)行比較，找出它們之間的共性和本質(zhì)區(qū)別，控制和消除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，從而找出解決問題的思路和途徑，找出與問題相關(guān)的事實(shí)、概念和原理，從而確定實(shí)驗(yàn)原理。

實(shí)驗(yàn)材料和用具

實(shí)驗(yàn)材料和手段的選擇要恰當(dāng)，實(shí)驗(yàn)材料和用具的選擇以簡(jiǎn)便可行為原則。一個(gè)實(shí)驗(yàn)成功與否，與實(shí)驗(yàn)工具、藥品、材料的正確選擇和使用密切相關(guān)。所選的實(shí)驗(yàn)材料要恰當(dāng)，使操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)進(jìn)程快，能有較明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)還要兼顧到安全、易得、常用的原則。

實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)一般不要連續(xù)描述，而是分段敘述，簡(jiǎn)單明了。整個(gè)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)方法不能違背生物學(xué)基本原理和其他科學(xué)原理。操作細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)要合理規(guī)范、切實(shí)可行，否則會(huì)造成很大的失誤，在設(shè)計(jì)時(shí)要遵循等量性原則、對(duì)照性原則和單一變量性原則。對(duì)照實(shí)驗(yàn)可以是空白對(duì)照（即不作任何處理的對(duì)照組）、自身對(duì)照（即實(shí)驗(yàn)與對(duì)照在同一對(duì)象上進(jìn)行，如質(zhì)壁分離及復(fù)原）、條件對(duì)照（指雖給對(duì)象施以某種實(shí)驗(yàn)處理，但這種處理是作為對(duì)照意義的。如光合作用實(shí)驗(yàn)中，同一葉片一部分見光，一部分遮光處理，其他條件都應(yīng)相同）、相互對(duì)照（即不另設(shè)對(duì)照組，如向光性實(shí)驗(yàn)）。如果沒有對(duì)照實(shí)驗(yàn)，即使出現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果，也很難保證該實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由某種因素所引起的，缺乏應(yīng)有的說服力。對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確與否，關(guān)鍵在于如何盡量去保證“其他條件的完全對(duì)等”。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案完成后，根據(jù)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)原理可能出現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和合理性。一般情況下，凡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)都有結(jié)果出現(xiàn)，如數(shù)據(jù)、氣味、顏色等，要善于根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析判斷、推理，從而得出分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

例1 血液中的鈣離子在血液凝固過程中起著重要作用，缺乏它血液不能凝固。草酸鉀溶液能與血液中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，形成草酸鈣沉淀，起抗凝作用。請(qǐng)根據(jù)所提供的實(shí)驗(yàn)材料和用具，簡(jiǎn)要寫出第二步及以后的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證鈣離子在血液凝固中的作用，并回答問題。

實(shí)驗(yàn)材料和用具家兔，生理鹽水，70%酒精棉，適宜濃度的草酸鉀溶液，適宜濃度的氯化鈣溶液，試管、注射器。

實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

第一步，在A、B試管中分別加入等量的草酸鉀溶液和生理鹽水。

第二步……

問題：設(shè)置B管的目的。

解析 本題必須依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理（試題已提供），這是進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)所需血液由兔提供，酒精棉消毒，注射器取血。

答案

第二步，用酒精棉消毒，用注射器取家兔的血。

第三步，立即將等量的血分別加入到A、B兩試管中，經(jīng)過一段時(shí)間后，A管不凝固；B管凝固。

第四步，將等量的氯化鈣溶液分別加入到A、B兩試管中。結(jié)果： A管凝固；B管仍凝固。

設(shè)置B試管的目的是作為A試管的對(duì)照。

例2 請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)于室外空闊處進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，在不用任何藥劑、裝置和觸及幼苗的情況下，使盆栽幼苗長(zhǎng)成如圖1所示形狀。

1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（即步驟）。

2）設(shè)計(jì)該方案的原理。

解析 圖中植物發(fā)生明顯彎曲，必然是生長(zhǎng)素分布不均所引起。根據(jù)題目要求，在不用任何藥劑、裝置和觸及幼苗的情況下，只能考慮重力對(duì)生長(zhǎng)素分布的影響。

答案

1）將正常生長(zhǎng)的植株花盆側(cè)放在地上，待植株彎向上方后，再放正花盆。

2）利用重力影響導(dǎo)致生長(zhǎng)素分布不均，使莖背地生長(zhǎng)，從而發(fā)生彎曲的特點(diǎn)。

通過對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)和多次練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的探索能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)造意識(shí)、創(chuàng)新能力、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

（作者單位：新疆伊寧市農(nóng)四師教育局）