高中生物實驗設計題常見錯誤剖析及應對策略

王科慧

實驗設計題是高考考查形式中非常穩定的一種題型，能考查學生的實驗、探究、創新、綜合運用等各方面的能力以及進行科學實驗的思想和方法，能較好地體現當前生物新課程標準的基本理念“倡導探究性學習”，引導學生主動參與探究過程、勤于動手和動腦，重在培養創新精神和實踐能力，在近年高考中頻頻出現。生物實驗設計題的能力要求高，難度較大，學生往往感到比較困難，得分率較低，現根據筆者的教學經驗將學生在解答實驗設計題中常見的錯誤進行剖析。

1 實驗目的書寫不規范

實驗目的是指要探究或者驗證的問題或事實，在實驗目的的稱述中，一般采用敘述的形式。根據實驗類型可將實驗分為探究性實驗和驗證性實驗。探究性實驗的實驗目的主要是探索研究對象的屬性、特征以及與其他因素的關系；而驗證性實驗的實驗目的主要是驗證已知研究對象的屬性、特征以及與其他因素的關系。學生往往因為不明確實驗目的究竟要寫什么而出現書寫不規范無法得分的情況。

【例1】 為了探究某物質（X）的作用，研究者提出了以下實驗思路：

（1） 實驗分組：

甲組：培養液+Y細胞+3H-Tdr(3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷)+生理鹽水；

乙組：培養液+Y細胞+3H-Tdr+X（用生理鹽水配制）。

每組設置若干個重復樣品。

（2） 分別測定兩組的CRD（細胞內的放射性強度），求每組的平均值。

（3） 將各樣品在適宜條件下培養合適時間后，測定CRD，求每組平均值并進行統計分析。（要求與說明：答題時用X、CRD、3H-Tdr表示相關名詞，Y細胞是能增殖的高等動物體細胞）請回答：

（1） 實驗目的：。

（2） 預測實驗結果及結論：。

（3） 實驗中采用3H-Tdr的原因是：。

答案：（1） 探究X對Y細胞增殖（DNA的合成）的影響

（2） 如果乙組CRD明顯高于甲組，說明X對Y細胞增殖有促進作用

如果乙組CRD與甲組基本相同，說明X對Y細胞增殖無影響

如果乙組CRD明顯低于甲組，說明X對Y細胞增殖有抑制作用

（3） 3H-Tdr是DNA合成的原料之一，可根據CRD變化判斷細胞增殖情況

1.1 常見錯誤

“X物質對細胞生長的影響”；“X物質對Y細胞的作用”；“X物質對Y細胞吸收3H-Tdr的影響”；“X物質對高等動物的影響”；“X物質對CRD的影響”；“X物質能否促進細胞內CRD的合成”。

1.2 應對策略

實驗目的中一般應呈現出以下三種信息：

（1） 探究因素（自變量）:X物質。

（2） 實驗對象:細胞。

（3） 觀察目標（因變量）:增殖情況。

所以探究性實驗目的一般可以套用以下格式：探究自變量對實驗對象、觀察目標的影響。而該題中學生在答題時主要沒有準確找到觀察目標，出現了一些錯誤指標如“細胞的生長”、“高等動物的影響”等。確定觀察目標是要根據題目中所給的信息，通過實驗思路可以看出甲、乙兩組分別為實驗組和對照組，實驗變量為X物質。但甲乙兩組又同時加入了3H-Tdr（3H標記的胸腺嘧啶脫氧核苷），根據所學的知識，3H-Tdr應該用于DNA的合成，自然觀察目標也就是DNA的合成，或者發生DNA合成的時期——細胞的增殖，所以觀察目標也就是因變量為細胞的增殖。

2 實驗原理書寫不規范

實驗原理是實驗設計的依據和思路，是實驗進行的科學理論，同時也是檢測結果的理論依據，既體現實驗設計的整體思路，也包括實驗現象與結果出現的原因以及重要實驗步驟設計的根據等。在答題時如果學生不理解何為實驗原理，很難得分。

【例2】 為了驗證胰島素具有降低血糖的作用，以小鼠活動狀況為觀察指標設計實驗。

某同學的實驗方案如下：

① 將正常小鼠隨機分成A、B兩組，觀察并記錄其活動狀況。② A組小鼠注射適量胰島素溶液，B組注射等量生理鹽水。一段時間后，A組小鼠會出現四肢無力，活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，B組活動狀況無變化。③ A組小鼠出現低血糖癥狀后，分別給A、B兩組小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段時間后，A組小鼠低血糖癥狀緩解，B組活動狀況無變化。

該實驗方案可以說明胰島素具有降低血糖的作用。

請回答：該實驗的原理是什么？

答案：胰島素具有降低血糖的作用。體內胰島素含量過高時，引起血糖下降，機體出現活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，此癥狀可以通過補充葡萄糖溶液得到緩解。

2.1 常見錯誤

錯將實驗原理寫成實驗原則：如單一變量原則、對照原則，沒有理解實驗原理的實質。

實驗原理不完整：如只回答胰島素具有降低血糖的作用。

觀察指標闡述錯誤：本題中已經明確指出以小鼠活動狀況為觀察指標設計實驗，但很多學生還是把觀察指標寫成直接檢測血糖濃度。

2.2 應對策略

實驗原理可以從以下3個方面來書寫：

（1） 自變量作用的科學依據：實驗中涉及到的科學依據必須是經人證明的科學理論，往往來源于書本。如，胰島素能降低血糖濃度；還原糖與斐林試劑加熱時產生磚紅色的沉淀；淀粉遇碘變藍。

（2） 因變量獲得的原理。因變量是實驗現象與結果出現的原因，如本題中胰島素含量過高，引起血糖下降，機體出現活動減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，此癥狀可以通過補充葡萄糖溶液得到緩解。如在驗證甲狀腺具有促進動物新陳代謝的作用時，甲狀腺激素能促進新陳代謝，加速體內物質的氧化分解，從而使耗氧量和活動量加大。

（3） 因變量檢測的方法：如觀察特異顏色變化、溶液渾濁度、沉淀和氣泡現象；觀察形態結構、生理特征變化；測量生長發育速度；測量生化反應速度等。

3 實驗結果分析不到位

實驗結果是在實驗結束時出現的，通常伴有一定的現象。在驗證性實驗中結果是在預料中的，無需再預測；而探究性實驗的結果應該對應假設，分類討論，而且要根據預測的不同結果得出相應的結論。以例1第二小題為例，通常有3種可能：如果出現現象①說明自變量促進因變量；如果出現現象②說明自變量抑制因變量；如果出現現象③說明自變量與因變量無關。

3.1 常見錯誤

學生對結果的分析不全面，不能把所有的情況都寫出來，可能原因是沒有真正理解題目的要求或者對于探究性實驗的結果與結論不能正確把握。

在回答時學生容易將結果與結論的關系倒置，如“如果X對Y細胞增殖（DNA合成）有抑制作用，說明乙組CRD明顯高于甲組”。

3.2 應對策略

一般探究性結果不是唯一，需要分類討論，需要把所有的可能都寫出來，而驗證性實驗的結論是已知的、確定的，不需要進行討論。因此學生在寫預期結果與結論時，應首先明確到底是驗證性實驗還是探究性實驗。如果是驗證性實驗結果就是唯一的，如果是探究性實驗，討論的是所有可能發生的情況，而討論的形式是“如果出現……現象，則說明……結論”。通過結果來得出結論，結果應該寫在結論之前。

總之，在實驗設計中，教師首先應該注重學生實驗能力的培養，鼓勵學生主動地進行實驗探究，分析實驗和設計實驗，多進實驗室，多動手實驗。其次要督促學生重視課本實驗的復習，掌握書本知識是提高實驗設計能力的基礎。最后應該在平時解題時要求學生嚴格遵循實驗設計原則，認真確定課題名稱，依據實驗目的和實驗原理合理設計實驗步驟，規范書寫實驗結果。