生物實驗設計的技巧及其注意事項

【摘 要】生物實驗設計題在高考試卷中占據越來越重要的地位，而實驗設計一直是學生面臨考試時的難題，本文對如何解答實驗設計及其注意點這個環節做簡要分析。

【關鍵詞】實驗設計；生物；解答；注意點

在新的普通高中《生物課程標準》和生物高考《考試大綱》的能力要求中明確規定：發展學生的探究能力，具有對一些生物學問題初步探究的能力，包括確認變量、做出假設和預期、設計可行的研究方案、處理和解釋數據、根據數據做出合理的判斷等。生物實驗設計題在高考試卷中占據越來越重要的地位，而這其中的實驗設計對考生來講恐怕是最難的，學生在解答這類題目時也常常心存畏懼，頻頻出錯。本文對如何解答實驗設計及其注意點這個環節做簡要分析。

一、實驗設計“六要素”

1.細心審題

認真研究實驗課題，找出其中的實驗變量和反應變量，理解題目中已知條件所隱含的意義、實驗目的、實驗原理及實驗要求的基本條件。確定實驗的類型（驗證型或探究型）和組數并作出假設。假設實際上是對所提出的問題所作出的參考答案。在檢測假設之間，常常先提出實驗的預期結果，如果符合事實則假設成立；如果預期沒有實現，則假設不成立。一般來說假設的形成可分為兩步：首先依據發現的事實材料或已知的科學原理，通過發散性思維，提出涵蓋各種可能的初步假定；之后，依據假定進行推理、排除并綜合分析，得出具體的假定性結論。例如：“洋蔥根尖細胞中是否含有脂肪”，其假說是：“洋蔥根尖細胞中含有脂肪”，假定性結論是“洋蔥根尖細胞中含有脂肪，被蘇丹Ⅲ染液染成橘黃色；洋蔥根尖細胞中不含有脂肪，不被蘇丹Ⅲ染液染成橘黃色”。

2.原理分析

實驗原理即實驗所依據的科學道理，涉及生物學及相關學科中的許多方法和原理。要結合課本所學的知識，并充分利用題中給出的實驗條件來確定實驗原理。

3.材料分析

充分利用所給器材和試劑，構思實驗變量的控制方法和實驗結果的捕獲方法。—般情況下，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。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。某些開放性的試題要求根據實驗目的，自主選擇實驗材料和用具，原則上，不要少用也不要多用。例如：“洋蔥根尖細胞中是否含有脂肪”這道題目，實驗材料是：蘇丹Ⅲ染液，體積分數為50%的酒精，蒸餾水，新鮮洋蔥根尖，_______________________，刀片、鑷子，滴管等；顯然，要觀察脂肪和蘇丹Ⅲ染液染成的橘黃色要用到顯微鏡，且要制成臨時裝片，要載玻片和蓋玻片。

4.變量分析

首先要獲取實驗中的變量，也就是題目中唯一變化的量，將材料用具用1、2、3……進行分組編號。其次，把不施加實驗變量即自然條件或模擬自然條件的，設為對照組；施加實驗變量的，設為實驗組，也可以是相互對照；還要控制無關變量，其他條件相同，遵循實驗的“單一變量”原則。在此，還要考慮到實驗的可操作性原則和重復性原則。然后，根據反應變量，反應或培養一段時間后，尋找具有可操作性的觀察指標，例如：顏色的變化，沉淀反應，形態結構、生理特征的變化等。或者測定指標，例如：生長發育的速度，生長的長度，所有的時間等，并記錄數據。

5.結果分析

實驗結果的分析，一般從兩方面入手，一是：根據實驗原理確定已知實驗結構，并對實驗結果進行準確的描述。二是：對應實驗目的做出肯定的實驗結論。但是，不管是哪一種，我們對應的假設，一般有以下分類討論：實驗組和對照組無顯著差異，實驗變量無影響；實驗組比對照組好，實驗變量有利；實驗組比對照組差，實驗變量不利。

6.正確表達

將實驗分析的結果用語言正確表達出來，最關鍵的是：不要有科學性的錯誤。

二、實驗設計應注意的問題

1.在掌握實驗目的(即需要驗證的生物學事實)、原理的基礎上確定實驗方法。嚴格遵循實驗設計的基本原則，準確設置對照或變量。

2.對實驗現象進行準確的觀察、測量、記錄。

實驗材料在數量上要盡可能多的選取，記錄數據時取其平均值以減少實驗誤差。在記錄實驗數據時，要學會設計數據表格或以坐標圖的形式展示實驗數據。注意吸取物理、化學中相關實驗原理，如：（物理）多次測量取平均值，（化學）實驗前檢查裝置氣密性等。

3.合理地設計操作過程，注意實驗程序的科學性、合理性

基本的實驗方法選定以后，緊接著就要編定具體的操作細節，這些操作細節的設計要合理規范、切實可行，否則也會造成很大的失分。如：

①向淀粉糊中加了唾液后是否要振蕩試管呢？

②酶促反應的試管如何加熱？是直接加熱，還是水浴保溫？

③在用酒精溶解葉中葉綠素時，酒精要加熱，是直接加熱，還是隔水加熱？

④使甲狀腺制劑、胰島素、生長激素進入動物體內的方法應如何操作？是飼喂，還是注射？

⑤不同的情況下要合理地選用不同的水。如：清水、池水、涼開水、蒸餾水、生理鹽水等。

⑥常見的表達：適量、適宜、適應、等、相同、等量、各、分別、顯著差異、一段時間等。

4.實驗結論的表述

（1）現象→分析→結論（由特殊上升到一般的提煉歸納過程）

（2）兩種表述句式：

A.驗證性實驗：因為（現象）說明（分析原因）證明（結論）

B.探究性實驗：如果（現象）那么說明（結論）

5.簡明地組織語言文字

如：①步驟設計一般不宜連續描述，往往需要分段敘說，并加以編號。

②試管（或燒杯，水槽等）要加以編號，如A、B或甲、乙等等，這樣可使敘說簡潔一些。

③敘說中盡量要用規范的實驗術語，不能用含糊的口語，如：“等量的”不宜說成“一樣多的”；“振蕩”不宜說成“晃動”“搖動”等等。

④準確地預測實驗結果，實驗設計的最后往往還需要預測實驗結果，在結果預測上要全面，準確。而在這一環節上，學生往往會出現各種各樣的錯誤。例如：測交結果預測，除了全黑，有白有黑外，還有全白；加碘后，“不變藍”不等于“無色”或“沒有顏色變化”；另外“不變”也不能說成“無現象”。

【參考文獻】

[1]談生物實驗教學“整體把握”策略，楊小紅《中國科教創新導刊》 2009年27期

[2]生物學實驗設計的注意事項及對照方法，吳曉敏，岳良舉，理科考試研究：高中版，2006年13卷11期

（作者單位：江蘇省如皋市江安中學）