新課標(biāo)下生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的探討

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，隨著新課改的實(shí)施和推進(jìn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)類型在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中受到了挑戰(zhàn)，代之以自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中得到了廣泛的應(yīng)用，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)生了巨大的變革。作為一名生物教師在課堂上應(yīng)如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)，筆者結(jié)合親身經(jīng)歷談?wù)剬?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的體會(huì)。

一 擬定實(shí)驗(yàn)名稱

實(shí)驗(yàn)的名稱是指關(guān)于一個(gè)什么內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)，一般書寫為：關(guān)于××的實(shí)驗(yàn)或研究或探究等（也可寫成探究或驗(yàn)證××對(duì)××的影響）。

二 提出問題

提出問題是指通過觀察、分析或從現(xiàn)實(shí)生活中提出與生物學(xué)相關(guān)的、可以探究的、合理的問題，一般用疑問句。如：植物向光性的原因是什么？胚芽鞘的什么部位是感受單側(cè)光刺激的部位？

三 明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖侵敢骄炕蛘唑?yàn)證的某一事實(shí)或者做了該實(shí)驗(yàn)后，要解決什么問題？實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菑奶岢鰡栴}演變而來的，即把提出的問題變?yōu)殛愂鼍洹Ｒ话阍陬}干中有“驗(yàn)證……”、“證明……”、“探究……”，其后面的內(nèi)容往往就是本實(shí)驗(yàn)的目的。在實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡谋硎錾弦w現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)，使用“觀察、鑒別（鑒定）、驗(yàn)證、探究”等關(guān)鍵詞。如“探究溫度對(duì)淀粉酶活性的影響”、“探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”等。

四 分析實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)所依據(jù)的科學(xué)道理，它既是實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想，也是預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論依據(jù)。

分析實(shí)驗(yàn)原理既要依據(jù)生物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，還要充分利用題干、實(shí)驗(yàn)器材、藥品試劑、已有的方法步驟等信息資源的提示。如綠葉中色素的提取和分離→提取原理和分離原理。實(shí)驗(yàn)原理一般由兩部分組成：一是關(guān)于本實(shí)驗(yàn)所要探究的變化的原理；二是如何用恰當(dāng)?shù)挠^察指標(biāo)表達(dá)反應(yīng)變量的原理。如，在“探究影響淀粉酶活性的條件”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)原理可分成兩部分：一是關(guān)于本實(shí)驗(yàn)所要探究的變化的原理——淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麥芽糖和葡萄糖；二是關(guān)于用觀察指標(biāo)表達(dá)反應(yīng)變量的原理——淀粉遇碘后，形成藍(lán)色絡(luò)合物，麥芽糖和葡萄糖遇碘后，不形成藍(lán)色絡(luò)合物；麥芽糖和葡萄糖能夠與斐林試劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成磚紅色的氧化亞銅沉淀。

五 提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)

實(shí)驗(yàn)假設(shè)應(yīng)依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理來進(jìn)行分析、確定和作出，可用肯定的語言也可用否定的說法（注意一般驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不存在假設(shè)）。

六 選擇材料用具

根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)材料，是保證實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素之一。實(shí)驗(yàn)材料用具包括生物材料、儀器、試劑等。

如果實(shí)驗(yàn)已經(jīng)給出材料用具，應(yīng)通過思考進(jìn)行選取和恰當(dāng)運(yùn)用（分別起什么作用？如何運(yùn)用？）。必須注意的是：題中所給的材料用具一般應(yīng)充分利用，否則所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟可能就存在錯(cuò)誤或漏洞；除非題目條件允許，否則不能自己隨意添加或更改材料用具。

如果是要求自己選擇材料用具，則應(yīng)結(jié)合教材知識(shí)、化學(xué)反應(yīng)常識(shí)等進(jìn)行思考，并盡量選取實(shí)驗(yàn)效果好、容易獲得、操作簡便等的材料用具；還應(yīng)注意藥品和試劑等的濃度、使用的量、加入的次序、反應(yīng)所需的條件（如是否需要加熱）等。

七 設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案

1．分析各種變量

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)變量、反應(yīng)變量和無關(guān)變量；然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理確定觀察指標(biāo)。具體方法如前面所述。

2．分組排除無關(guān)變量

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)原理、題目的要求（可能是隱藏的）等確定分組、分幾個(gè)組或不分組（自身前后對(duì)照），但都要能形成對(duì)照（空白、自身、相互等）。分組時(shí)，應(yīng)隨機(jī)并確保每組的生物材料應(yīng)相同且具有一定數(shù)量，以排除無關(guān)變量、偶然因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾和遵循重復(fù)性原則，使實(shí)驗(yàn)具有科學(xué)性和說服力，也更具有普遍性意義。

3．正確操縱實(shí)驗(yàn)變量

實(shí)驗(yàn)的目的就在于通過對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象施以實(shí)驗(yàn)變量處理，來觀察或測量反應(yīng)變量的變化，而得出相關(guān)的結(jié)論。對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象施以實(shí)驗(yàn)變量處理一般有兩種方法。

第一，減法。如果實(shí)驗(yàn)變量在正常情況下客觀存在，則可以設(shè)法去除這個(gè)因素或改變它的值。如艾弗里的實(shí)驗(yàn)：正常情況下S型細(xì)菌體內(nèi)DNA與蛋白質(zhì)、多糖、RNA、脂質(zhì)是同時(shí)存在的，將它們分離并提純后分別加入培養(yǎng)基中對(duì)R細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)，就是用去除式減法形成單一變量的。再如，用新鮮唾液淀粉酶作材料做溫度對(duì)酶活性影響時(shí)，通過改變溫度值，把淀粉酶置于0℃和100℃環(huán)境中，就是用改變式減法形成單一變量的。

第二，加法。如果實(shí)驗(yàn)變量在正常情況下不存在，則可以額外施加這個(gè)變量（或在原有的基礎(chǔ)上添加使之超出正常范圍），如在“探索生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”的實(shí)驗(yàn)中，在插條正常生活的土壤中一般是不存在生長素的，通過配制一定濃度梯度的一系列生長素類似物對(duì)插條進(jìn)行處理，就是用加法造成單一變量的。

4．嚴(yán)格控制無關(guān)變量

在任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，無關(guān)變量總是大量存在的，而且類型繁多。只有嚴(yán)格地控制無關(guān)變量，消除了無關(guān)變量的影響，才能真正確定實(shí)驗(yàn)變量與反應(yīng)變量之間的因果關(guān)系，體現(xiàn)生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性原則、單一變量原則。常用的控制無關(guān)變量的方法主要有以下四個(gè)方面：

第一，恒定法。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，盡量使除了實(shí)驗(yàn)變量以外的其他所有因素，如實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)用具、處理方法等各個(gè)方面保持一致和不變；再如可用飽和的NaHCO3溶液保持容器中CO2量的恒定，以避免其對(duì)密閉空間氣體體積的干擾。

第二，平衡法。設(shè)置對(duì)照組，使無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的影響保持相同而適宜，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果在相同的條件下顯示出來。

第三，消除法。如在探究種子呼吸作用時(shí)，應(yīng)用對(duì)種子生命活力基本無影響的表面消毒劑對(duì)種子進(jìn)行消毒，就是消除微生物的呼吸作用對(duì)種子呼吸作用的影響；在探究綠色幼苗的呼吸作用時(shí)，可進(jìn)行遮光以消除光合作用對(duì)呼吸作用的影響；再如，可用NaOH溶液（或KOH溶液）除去容器中的CO2。

第四，校正法。如在探究生物（如種子、酵母菌、幼苗等）的某一生理作用（呼吸作用、光合作用等）時(shí)，無法消除環(huán)境溫度和大氣壓力等非生物因素（物理因素）對(duì)密閉空間的氣體壓力的影響，可用等量的、消毒的、死亡的生物材料（如種子、酵母菌、幼苗等）進(jìn)行校正（其他條件和處理與實(shí)驗(yàn)組相同）。

5．科學(xué)觀察反應(yīng)變量

實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)變量并不都是顯而易見或可以測量的，這就需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理選擇一個(gè)合理的、明顯的、易于檢測的觀察指標(biāo)來準(zhǔn)確反映反應(yīng)變量變化。如檢測光合作用的強(qiáng)度可用單位時(shí)間內(nèi)O2釋放量或CO2吸收量或淀粉產(chǎn)生量等作為觀察指標(biāo)（對(duì)于水生植物可用單位時(shí)間內(nèi)氣泡的產(chǎn)生時(shí)作指標(biāo)；而對(duì)于離體葉片可用單位時(shí)間內(nèi)上浮的葉片數(shù)量或全部葉片上浮所需的時(shí)間來作指標(biāo)）。

八 記錄、處理或發(fā)布實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄、處理或發(fā)布的形式有表格、坐標(biāo)曲線、坐標(biāo)柱形圖、餅圖等。

九 預(yù)期結(jié)果和分析

首先要弄清實(shí)驗(yàn)是“驗(yàn)證型的”還是“探究型的”。

一般驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無需預(yù)測，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖且恢碌亩沂俏ㄒ坏摹?/p>

而探究性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不唯一，一般有三種可能：變量促進(jìn)結(jié)果、變量抑制結(jié)果、變量與結(jié)果無關(guān)；或A>B、A＜B、A＝B或“全肯定、全否定、一肯定一否定”等；也可能是多種結(jié)果，這要根據(jù)具體題目分析而定，但都應(yīng)科學(xué)合理。

十 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過現(xiàn)象、結(jié)果的分析，概括出規(guī)律性的結(jié)論（是由特殊上升到一般的提煉歸納過程）。

一般有以下兩種表述句式：

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，一般為是什么或證明什么，如實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證甲狀腺激素的生理作用，則結(jié)論就應(yīng)是：甲狀腺激素能促進(jìn)新陳代謝，加速體內(nèi)物質(zhì)的氧化分解，提高神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性。

探究性實(shí)驗(yàn)，由于結(jié)果不唯一，所以一般不會(huì)（題目不會(huì)這樣問）也不可能下一個(gè)肯定的結(jié)論，而是采取討論的方式進(jìn)行敘述。一般敘述的格式是：如果變量促進(jìn)結(jié)果則說明……如果變量抑制結(jié)果則說明……如果變量與結(jié)果無關(guān)則說明……等（或?qū)懗扇绻霈F(xiàn)××，則××。如，如果正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，則××基因在細(xì)胞核的染色體上；如果正反交實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致，則××基因位于在細(xì)胞質(zhì)中）。

需特別注意的是決不能先說結(jié)論，再說結(jié)果。如用裝置中的紅色液滴移動(dòng)情況檢測酵母菌呼吸作用類型時(shí)，應(yīng)寫成：若液滴向左移動(dòng)則推出什么結(jié)論，若液滴向右移動(dòng)則推出什么結(jié)論（或甲裝置液滴向左移動(dòng)、乙裝置液滴向右移動(dòng)，則得出什么結(jié)論等），而不能描述為：“若為有氧呼吸，則液滴向哪移動(dòng)”。

十一 提出進(jìn)一步探究的問題

對(duì)于探究型實(shí)驗(yàn)在題目的最后有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這樣的問題：一般性原則是從原實(shí)驗(yàn)的無關(guān)變量中選擇一個(gè)因素作為實(shí)驗(yàn)變量進(jìn)一步探究，而原實(shí)驗(yàn)的該實(shí)驗(yàn)變量則成為無關(guān)變量。

以上是高中生物實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，所涉及的基本內(nèi)容，但任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)或探究活動(dòng)都不大可能全部涵蓋這些要求，而只是其中的部分內(nèi)容。教者應(yīng)幫助學(xué)生理解掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本步驟，讓這些內(nèi)容內(nèi)化為學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的基本規(guī)律，這樣就會(huì)在實(shí)驗(yàn)考試中胸有成竹，提高實(shí)驗(yàn)的得分率。

〔責(zé)任編輯：馮琰〕