如何提高學生實驗設計的能力

【內容摘要】實驗設計有關知識，在高中生物教材和教參中，沒有系統的介紹。但在近幾年高考生物試卷中均有出現，學生得分率不高。因此有必要向學生進行實驗設計的方法、步驟的教學。教學中主要需向學生講清楚以下內容:一、理清實驗設計的方法、步驟，讓學生有方可循。二、滲透有關實驗理論，讓學生有據可依。三、重視教材的實驗性教學，變對知識的“結論式”教學為“過程式”教學。

【關鍵詞】提高 實驗設計 能力

所謂實驗設計，是指正式進行科學試驗之前，根據一定的目的要求，運用有關的原理制定的一套研究方案。這在近幾年全國高考理綜生物試題和各省單獨命題理綜生物試卷中均有出現，為此，筆者提出以下幾點可提高學生實驗設計能力的策略。

一、理清實驗設計的方法、步驟，讓學生有方可循

一個完整的實驗設計方案，一般包括以下內容:

1.實驗題目;2.提出假設;3.設計實驗;4.預期結果;5.實驗操作;6.觀察和收集數據;7.分析數據得出結論;8.交流反思。

二、滲透有關實驗理論，讓學生有據可依

實驗過程中的關鍵是對照實驗的設置，對照實驗的核心又在于變量的確定。因此有必要向學生滲透有關實驗設計理論和對照理論。有助于提高學生的實驗設計能力。

1.變量理論及其教學。變量指實驗中特定的因素和條件，一般包括四種;①自變量和因變量。自變量指實驗中由實驗者所操縱、設定的因素和條件。因變量是指由自變量引起的變化和結果。即自變量為原因，因變量為結果，二者為因果關系。②控制變量和干擾變量。控制變量是指實驗中除自變量以外影響實驗變化的因素和條件。干擾變量是指實驗中由于控制變量所引起的變化和結果。所以干擾變量會對因變量起干擾作用。在教學中可滲透變量理論教學，如在做課堂演示實驗“溫度條件對酶活性的影響”過程中，可邊演示實驗邊講解，并指出該實驗中人為設定的低溫(加冰水)、適溫(37度水浴)、高溫(加沸水)條件就是自變量。隨著溫度的改變，酶的活性也在改變，使反應結果發生改變，這就是因變量。而該實驗的PH值、酶的濃度等是控制變量，會對實驗結果產生一定的影響，即產生干擾變量。所以實驗中應盡量平衡控制變量，即使PH值、酶濃度、底物濃度一致，盡量減小干擾變量對結果的影響。然后向學生提問:“PH值對酶活性影響”實驗中，各變量該如何確定?并讓學生討論。這樣，可以讓學生領會到變量理論的實質，進一步指導實驗的設計。

2.對照實驗理論的內容及教學。設置對照的目的在于排除控制變量對結果的影響，即平衡干擾變量，使實驗結果的可信度高，說服力強。由于控制變量對實驗組和對照組的影響是相同的，所以對照組和實驗組的差異就可以認定為來自自變量所引起的因變量。一般情況下，不設對照組而只有實驗組的實驗是沒有意義的。

對照的形式一般有以下幾種:①空白對照，指不給對照組任何處理條件。如在“驗證酶的催化作用”的實驗中，向甲試管加入稀唾液，再向乙試管加入等量的清水，一起水浴加熱，比較它們的變化。則甲為實驗組，乙為空白對照組。②自身對照，指實驗組和對照組在同一研究對象上進行，一般單組實驗就進行自身對照。如“觀察植物細胞質壁分離和復原現象”實驗中，在向臨時裝片加入蔗糖溶液之前為對照組，加入蔗糖溶液之后為實驗組。自身對照的關鍵是要觀察實驗處理前后材料的變化。③相互對照，不專設對照組，而是把幾個實驗進行相互對照。如“驗證植物對礦質元素的吸收具有選擇性”實驗中，用配制相同的培養液分別培養蕃茄和水稻，最后檢測兩組實驗培養液中的元素變化。這兩組實驗就是相互對照。④條件對照，雖給實驗材料某種處理，但也是為了對照，目的是增強實驗結果的可信度。如“研究甲狀腺激素對蝌蚪的影響”實驗中，甲組:飼喂含甲狀腺制劑的飼料;乙組:飼喂甲狀腺抑制劑的飼料;丙組:飼喂正常飼料。其中丙組為空白對照，而乙組為條件對照。

三、重視教材的實驗性教學，變對知識的“結論式”教學為“過程式”教學

我們必須轉變傳統的讓學生對知識本身進行簡單的理解和記憶的“結論式”教學，變為讓學生通過對知識的發生、發展過程的認識，來進一步加深理解和掌握知識的“過程式”教學。也就是說，不僅要讓學生“知其然”，還讓學生“知其所以然”。這樣做不僅可以提高學生對知識的理解、運用能力，同時也培養了學生實驗設計能力和創新能力。事實上高中生物教材中蘊含了豐富的內容，可供學生實驗設計能力的培養。如第二章“酶的作用”、“酶的特性”、“影響酶活性的因素”;第四章“生長素的發現過程”、“生長素的生理功能”、“動物激素的生理功能”等結論性的知識，都可以通過設計實驗來驗證得出。另外，在教學中還應滲透有關經典科學知識的的發現史，讓學生受到科學家們進行科學研究時一些巧妙思維和方法的啟迪，在他們的探索精神中受熏陶，如“光合作用的發現史”。這樣有益于學生探索性實驗思維的培養和科研品質的發展。

總之，通過學生實驗設計方法、步驟和實驗理論的介紹，以及教學方法的改進后。學生和以前相比，無論在平時的學習中和各種考試中，都反映出學生設計實驗的能力提高顯著，他們設計實驗方案的嚴密性與科學性也有較大提高，極大提高了學習興趣。

(作者單位:四川省古藺縣古藺中學)