論生物學實驗設計題的解答

摘要：實驗在高考中的地位越來越重要，實驗設計作為高考中對實驗能力考察的主要方式，在高考試卷中已經大大增加了它的比重。指導學生解好實驗設計題已是刻不容緩的事。

關鍵詞：實驗設計 實驗能力 解題能力

實驗能力就是能使用恰當的方法驗證簡單的生物學事實，并對結果進行解釋和分析，是要求學生掌握的一項基本能力。其包括兩方面的內容：一是能夠設計簡單的實驗，驗證簡單的生物學事實；二是能對實驗現象與結果作出正確的解釋和分析。統觀現在的高考機制，作為考察要求之一的實驗操作能力根本無法在一張120分值，考試用時100分鐘的高考試卷中充分體現出來。實驗設計題的出現正彌補了這一不足，因此近幾年各地高考試卷中常有生物實驗設計題的出現。2008年高考新課標生物試卷共有5套，分別是山東、寧夏的理綜卷和江蘇、廣東、海南的單科卷。其實驗試題的特點：5套試卷（海南卷除外），實驗試題的題量和占全卷的比重均比2007年有所增加，具體如表1所示。

上述數據充分表明實驗在高考中的地位越來越重要。縱觀以往的高考試題，既有課本實驗，又有實驗設計，還有研究性學習，能全面地考查考生的實驗能力和科學素養。所謂實驗設計，就是要求學生設計實驗原理，選擇實驗器材，安排實驗步驟，設計數據處理的方法及分析實驗的現象。在高考出現的實驗設計題中有的是設計實驗的全過程，有的是修正實驗設計的不足，有的是根據實驗現象推出結論。

根據學生平時的練習可以看出，學生在這方面的能力還是很有限的。如何才能解答好生物實驗設計題呢？下面就這一問題結合生物實驗設計考題談幾點看法。

1 指導學生對實驗設計的基本內容做一個全面的了解

要培養學生設計實驗的能力，提高學生解題能力，在學生腦海中必須要有完整的理論知識體系，必須了解一個完整的實驗設計應包含的基本內容。設計一個較完整的實驗方案一般包括：

1.1 實驗名稱或課題（是關于什么內容的實驗）；

1.2 實驗目的（要探究或者驗證的問題或事實）；

1.3 實驗原理（進行實驗所依據的科學道理，隱含著實驗假設和預期）；

1.4 實驗材料和條件（進行實驗的主要對象，完成該實驗必備的儀器、設備、藥品等）；

1.5 實驗方法與步驟（實驗采用的方法及必需的操作程序）；

1.6 實驗測量或觀擦與記錄（對實驗過程及結果應有科學的測量手段、觀擦指標與準確的記錄）；

1.7 實驗結果預測及分析（能夠預測可能出現的實驗結果并分析其原因）；

1.8 實驗結論：對實驗結果進行準確的描述并給出科學的結論。

2 指導學生從實驗設計題的已知條件中找到解題的突破口

2.1 從實驗的步驟提示、實驗預期中確定實驗名稱或課題

例如在下題中，為了探究培養液中酵母菌種群數量的動態變化，某同學按表2完成了有關實驗。

請寫出該同學研究的課題名稱__________。

……

本題要求學生通過表格的提示來確定研究課題，而所給的資料中可以看出實驗的步驟應是將酵母菌置于不同的培養環境中培養，不同的環境條件從表中顯示分別有溫度和營養，并要求在不同條件下觀察酵母菌的種群數量變化，最終可確定本實驗的課題名稱為：探究溫度和營養對酵母菌種群數量的影響。

2.2 從實驗原理中分析實驗預期的結果

對實驗結果的分析與預測是最基本的實驗能力之一。實驗預期大都隱含在“實驗原理”中。實驗現象和實驗結果的預期也是依據實驗原理而作出的。這類試題需要學生運用已有的理論知識或試題中給出的信息，去分析預測實驗的可能結果，一般是從已知去推未知。

例如，2006年生物高考江蘇卷第40題：

為調查太湖某一水層是否有自養生物存在及其產氧量能否維持本層水體生物呼吸耗氧所需，可用黑白瓶法測定該水層生物晝夜平均代謝率來判定。白瓶為透明玻璃瓶，其水體溶解O2的晝夜變化值為水中生物光合作用產生的O2與呼吸消耗的O2的差值（以WDO表示）；黑瓶為黑布罩住的玻璃瓶，瓶中水體溶解O2的晝夜變化值為水中生物呼吸消耗的O2（以BDO表示）。請完成下列實驗。

2.2.1 實驗步驟：

①用采水器取該層水樣，分別注滿500ml黑、白瓶并密封，剩余水樣用于測________；

②將黑、白瓶_________；

③__________。

2.2.2 設計記錄所測數據的表格。

2.2.3 預測實驗結果并分析。

在該題中，補充完整實驗步驟、設計表格后，要求預測實驗結果并分析。首先明確實驗預期結果的文字描述要與題目相符合，要規范。一般有些題目的實驗目的中就預示著實驗預期結果的幾種可能性。本題實驗目的比較明確，題中明確指出是為了調查太湖某一水層是否有自養生物存在，及其產氧量能否維持本層水體生物呼吸耗氧所需。因此針對這一目的，預期的結果無非就這么幾種：有自養生物存在；沒有自養生物存在；產氧量能維持本層水體生物呼吸耗氧所需；產氧量不能維持本層水體生物呼吸耗氧所需。但判斷的依據是什么呢？因此對這幾種存在的可能性進行分析，如何判斷就得從題中提供的已知條件中突破，而題中提供的條件有：WDO表示水中生物光合作用產生的O2與呼吸消耗的O2的差值；BDO表示水中生物呼吸消耗的O2。WDO表示白瓶24H后溶氧量-原初溶氧量BDO表示黑瓶24H后溶氧量-原初溶氧量。已有的生物學基本知識，若WDO≥0，光合作用產生的O2比呼吸消耗的O2多或者相等，則該水層產氧量能維持生物耗氧量所需。若WDO-BDO>0，則有自養生物；若WDO-BDO=0，則無自養生物；這樣就將本題的預期實驗結果解答出來了。

2.3 從實驗設計題中提供的實驗材料著手，設計實驗步驟

一般而言，實驗設計題中給出的實驗材料會給解題提供一些重要的相關信息。依據題干給出的實驗材料、用具來分析實驗方法步驟，并用規范、科學、精練的術語表述。

例如，2007年高考海南卷第17題：

雖然蟾蜍的排卵按時有季節性的，但也可通過向體內注射促性腺激素促進其排卵。為驗證促性腺激素有促進蟾蜍排卵的作用，請利用提供的實驗材料和用具，設計實驗步驟和實驗記錄表。（注：蟾蜍排卵可通過檢查泄殖腔開口處有無卵細胞作為觀察指標：不考慮注射激素的劑量；注射激素后只要求觀察1次）

材料用具：發育成熟體重相同的雌性蟾蜍6只，注射器，飼養籠，適宜濃度的促性腺激素溶液，0.65%NaCl溶液（蟾蜍用生理鹽水）。

2.3.1 實驗步驟：

2.3.2設計實驗記錄表格：

此類實驗設計題，在題中已明確指出利用提供的實驗材料和用具，設計實驗步驟和實驗記錄表，給考生指出解題突破口。

在解題過程中，切忌片面審題，斷章取義，一定要將題目整體看清，從分析實驗設計的基本內容著手。先明確實驗的目的是為了驗證促性腺激素有促進蟾蜍排卵的作用，再結合實驗材料設計實驗步驟。

先了解每一種實驗材料的用途：一是發育成熟體重相同的雌性蟾蜍6只。蟾蜍是實驗對象，“發育成熟體重相同”是符合做對照實驗中單一變量的原則，“數量6只”是便于分組和重復實驗。從材料一中我們可初步確定本實驗作為一組對照實驗，首先要將實驗對象進行分組。二是注射器用于給蟾蜍注射藥劑。三是飼養籠用于蟾蜍的飼養。四是適宜濃度的促性腺激素溶液，0.65%NaCl溶液兩種藥劑，可預知分組后分別向兩組蟾蜍注射適宜濃度的促性腺激素溶液，0.65%NaCl溶液。

然后根據材料的提供進行實驗步驟的初步設計。

①分組：實驗組和對照組。將6只雌性蟾蜍隨機編號1～6，其中編號1～3的蟾蜍作為對照組，4～6的蟾蜍作為實驗組，分別放入飼養籠中。

②實驗組每只蟾蜍注射一定量適宜濃度的促性腺激素溶液，對照組每只蟾蜍注射等體積0.65%NaCl溶液。

③對實驗現象進行觀察。據題中提示蟾蜍排卵可通過檢查泄殖腔開口處有無卵細胞作為觀察指標。此步驟的準確描述是：一定時間后，檢查兩組每只蟾蜍的泄殖腔開口處有無卵細胞，進行記錄。

實驗設計初步完成后，要繼續推敲，進行補充修正。由于要充分證明促性腺激素有促進蟾蜍排卵的作用，應對蟾蜍處理前后進行比較，進而再將實驗步驟補充完整。補充步驟：檢查兩組每只蟾蜍的泄殖腔開口處有無卵細胞，進行記錄。本步驟應安排在蟾蜍注射藥劑前。這樣一個完整的實驗步驟就設計成了：

①將6只雌性蟾蜍隨機編號1～6，其中編號1～3的蟾蜍作為對照組，4～6的蟾蜍作為實驗組，分別放入飼養籠中。

②檢查兩組每只蟾蜍的泄殖腔開口處有無卵細胞，進行記錄。

③實驗組每只蟾蜍注射一定量適宜濃度的促性腺激素溶液，對照組每只蟾蜍注射等體積0.65%NaCl溶液。

④一定時間后，檢查兩組每只蟾蜍的泄殖腔開口處有無卵細胞，進行記錄。

—般而言，題目中所指定的器材、試劑，任何一種都應在實驗的相關步驟中出現，避免遺漏或自行增加某種器材或試劑。如果有器材沒有用上，那表明可能你的答案有問題。還得對自己設計的實驗步驟進行進一步的修正。再精心策劃實驗方法、嚴格設計實驗過程、合理設置對照或變量，并引入科學的測量方法。

實驗設計是較高的能力要求，除要具備一定的知識基礎外，還需要具有一定的創造能力。所設計的實驗是建立在科學的基礎上的，還應具有一定的觀察和發現問題的能力，才能真正對實驗的知識、內容進行舉一反三。

緊扣高考題的出題動向，注重實驗設計題的訓練，在高考中發揮最佳的解題水平，獲得最理想的成績。

參考文獻：

[1]江蘇省教育考試院.2009江蘇省普通高中學業水平測試（選修科目）說明.南京：江蘇教育出版社，2008.

[2]張樹舜等.生物實驗與實用技術[M].濟南：山東大學出版社，2005.

[3]蔣志剛等.生物實驗設計與數據分析（翻譯版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

作者簡介：

周曉燕（1976- ），中學一級教師，蘇州市相城區生物學科帶頭人，長期從事生物學課程的教學與研究工作。