在生物教學中應怎樣指導學生進行實驗設計

石寧宏

〔關鍵詞〕 實驗設計；一般思路；驗證方案

〔中圖分類號〕 G633.91〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463（2009）01（B）—0059—02

培養學生的生物實驗設計能力一般可分為兩個步驟：一是指導學生寫出實驗設計方案；二是指導學生在實驗過程中對實驗設計方案進行驗證。而一份完整的實驗設計方案，還必須注意目的明確，取材合理，步驟規范，條理清晰，便于操作等方面。下面筆者就以“探究小麥種子萌發開始的5天中淀粉酶活性的變化”實驗為例來談談自己的做法。

一、實驗設計的一般思路

1.準確把握實驗目的。實驗目的的確立是整個實驗設計的靈魂。所有實驗步驟的設計，都要圍繞實驗目的這個核心來進行。因此，在進行實驗設計時要讓學生認真審題，準確把握所設計實驗的實驗目的。例如，此實驗的實驗目的應為：研究小麥種子萌發開始的5天中淀粉酶活性的變化情況。

2.精心策劃實驗方法。實驗方法的策劃是整個實驗設計的精髓，也是一個好的實驗設計最富有創意的閃光之處，更是做好實驗設計的關鍵所在，找準了正確的方法就等于搭好了設計過程的骨架。最為常見的實驗方法包括：①化學物質的檢驗方法；②實驗結果的顯示方法；③實驗條件的控制方法等。一般來說，策劃實驗方法是要圍繞實驗目的來進行。因此，本實驗的實驗方法應該選擇化學物質的檢驗方法，即根據淀粉酶能使淀粉水解成麥芽糖而遇碘不顯藍色的特點，用碘液檢驗淀粉的存在，并用溶液顏色的變化來確定淀粉酶活性的大小。

3.自主設計實驗步驟。設計實驗步驟的前提就是必須明白設計原則，即控制變量和設置對照，本著節約和實用的原則進行。設計實驗步驟時還應調動各個實驗小組展開討論。通過實驗小組內成員自由討論、認真審題、明確實驗目的后，我們將實驗步驟設計為（材料用具：小麥干種子若干、研缽、漏斗、紗布、試管若干、清水、蒸餾水、1%的淀粉溶液、碘液）：①種子萌發的培養方法。用清水浸泡小麥種子，每天將萌發的種子收集在一起，連續培養 5 天，得到處于萌發1～5天的小麥種子。②小麥淀粉酶濾液的制備方法。在第5天時，將處于萌發1～5天的小麥種子分別切碎，放入研缽中，加入少量石英砂和蒸餾水研磨后過濾，收集5份濾液并標記。③設置實驗組及對照組。取6支潔凈的試管（標記為A～F），向每支試管中加入2 ml 1%的淀粉溶液后，再向A試管加入1 ml蒸餾水，向B～F試管中分別加入1 ml 已取得的1～5天的小麥淀粉酶溶液。④結果觀察。振蕩6支試管，再將它們的下半部浸在35℃的清水中保溫5分鐘后，各滴入一滴碘液，觀察顏色的變化。

需要注意的是，設計實驗步驟時應該把實驗小組內誰負責操作，誰負責觀察和記錄，誰負責匯報和交流等都設計進去，這樣才能充分體現分工合作、人人參與的整體思路。

4.全面預測實驗結果。通過師生多角度、多方位的分析思考得出的預測結果應全面準確，具有說服力。本實驗的實驗結果預測如下：①若B～F溶液藍色逐漸變淺，說明種子萌發1～5天后，淀粉酶活性逐漸增強。 ②若B～F溶液藍色逐漸加深，F與A的顏色最接近，說明種子萌發1～5天淀粉酶活性逐漸減弱。③若B～F中溶液顏色無明顯變化，則說明種子萌發后1～5天淀粉酶活性無明顯變化。④若B～F中某一支試管的藍色最淺，則說明萌發后1～5天內的某一天淀粉酶活性最強。

二、驗證實驗設計方案

整個實驗設計的過程不僅需要學生個人的積極參與，更要有教師自始至終的指導和協助，才能發現實驗設計中有什么不足，以便及時改進。在完善實驗設計后，教師應幫助學生準備實驗儀器、實驗材料，并指導學生實施實驗方案，以驗證實驗設計方案的科學性，進一步弄清實驗的原理和方法。同時，教師還應介紹有關藥品的性質、儀器的規格和使用方法，以提高實施實驗方案時的安全性。本實驗的驗證過程要求：①每個實驗小組派一人參與種子萌發的培養，把若干小麥干種子隨機分成5份，每份種子的數目和飽滿度應該相同，每天浸泡一份，連續培養 5 天。②負責實驗操作的學生（2～3名）在制備淀粉酶濾液時加入的石英砂量要適中（過少研磨不充分，過多則影響淀粉酶濾液的制備量），收集的5份濾液必須標記清楚。設置實驗組及對照組時試管必須潔凈，并要粘貼標簽，操作中6支試管中加入的淀粉溶液的量，或淀粉酶溶液與A試管中的蒸餾水的量必須相等，以免影響實驗結果。保溫用的清水溫度必須保持在35℃（過高或過低都會影響酶的活性），試管、燒杯等玻璃儀器應該輕拿輕放，以免破損而引起受傷。③每個實驗小組派一人負責觀察和記錄，自始至終都必須認真負責，記錄每一實驗步驟，隨時觀察每個試管的顏色變化。另外，在整個實驗方案的驗證實施過程中，教師還應巡回檢查指導，糾正不合理、不規范的操作。

驗證實驗設計方案的關鍵是看驗證實驗的結果是否符合預測的實驗結果。如果驗證實驗的結果與某一預測的實驗結果相吻合，則證明設計的實驗方案具有科學性和可操作性。本實驗驗證的結果若與預測結果①相吻合，則證明這個實驗方案的設計是成功的。但如果驗證實驗的結果與預測的任一實驗結果都不相吻合，則證明設計的實驗方案是不可行的。此時，教師就應當引導學生自己思考，認真分析失敗的原因，重新設計實驗方案，進行實驗驗證，從而培養學生的抗挫折能力，以及堅持不懈、勇于探索的精神。

實驗方案驗證完成后，教師還應布置學生遞交實驗報告。實驗報告必須實事求是，不能將現象當做結論，應根據觀察記錄進行客觀分析得出。評價時教師要客觀公正地做出等級評定，評選出優秀的實驗報告在各小組之間進行交流，取長補短，讓學生從中體驗成功的喜悅，從而激發他們的興趣，使實驗教學不再枯燥乏味，實驗設計不再是紙上談兵，也不再成為學生望而生畏的難題。