新課改生物實驗設計之我見

葉繼慧

摘要：高考實驗題的設計，正在由驗證性實驗向探究性實驗的方向發展。本文主要討論了實驗設計的基本解題思路，希望可以為學生學習生物實驗提供良好的借鑒。

關鍵詞：生物實驗；實驗設計；解題思路

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2014）09-0103

高考實驗題的設計，正在由驗證性實驗向探究性實驗的方向發展。那么，學生如何才能答好生物實驗設計題，取得滿意的分數呢？這就要求學生了解完整的實驗方案的設計，掌握實驗設計的基本思路和技巧，在理科綜合實驗能力測試中做到有據可依、有法可循、總體考慮、綜合分析，從而達到事半功倍、獲得高分的效果。筆者結合自己近幾年的教學實踐，談談生物實驗設計題的基本解題方法和思路。

一、實驗設計的內涵

實驗設計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等。在高中理科卷中由于受時間和卷面的限制，實驗設計能力考查無法面面俱到，往往呈現出的是考查實驗步驟的設計、續寫或修改，或者是實驗現象的觀察和分析，或者是實驗數據的加工和實驗結果的分析，或者是考查實驗結果的預期與討論，或者是實驗裝置的檢驗或改進等。

二、實驗設計的基本內容

一個較完整的實驗方案一般應包括：明確實驗目的→確定實驗變量→分析實驗原理→提出實驗假設→設計實驗步驟→預測實驗結果→得出實驗結論。

三、實驗設計的基本解題思路

1. 明確實驗目的，分清實驗類型

明確實驗目的就是要弄清“做什么”的問題，即探究或者驗證生物學的現象或原理。明確實驗目的才能明確運用哪一原理進行實驗設計，才能明白實驗設計中哪些因素是實驗變量。例如在“設計實驗驗證煙草花葉病毒的遺傳物質是RNA而不是蛋白質”時，此實驗的原理或實驗思路與教材中“肺炎雙球菌轉化實驗”、“噬菌體侵染細菌實驗”的實驗原理相同。因此，學生可采用與教材中相似的實驗設計思想：將煙草花葉病毒的RNA和蛋白質分開，單獨觀察它們的作用。再如在“探索溫度對酶活性影響的實驗”中，探討的問題是溫度與酶活性之間的關系，那么在實驗設計中，“溫度”這一因素就是實驗變量。

實驗設計一般有兩種類型：驗證性實驗設計和探究性實驗設計。驗證性實驗具有明確的結果，通過實驗加以驗證；而探究性實驗的現象和結果是未知的或不確定的，應針對多種可能分別加以考慮和分析，得到相關的結論。如2012年高考全國大綱卷第33題“探究PH值對人唾液淀粉酶活性的影響”就屬于探究性實驗設計。

2. 找出兩類變量

確定對照類型找出兩類變量。在實驗過程中，變量是指可被操縱的特定因素或條件。跟據其在實驗中的作用，可分為兩類：

第一類是自變量和因變量。自變量指實驗中由實驗者操縱的因素或條件。因變量指實驗中由于實驗變量引起的變化和結果。通常自變量是原因，因變量是結果，兩者具有因果關系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如在“唾液淀粉酶水解實驗”中，所給定的低溫、適溫和高溫是自變量，而由于低溫、適溫和高溫條件的變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應結果也隨之變化，這就是因變量，該實驗可解釋溫度變化與酶的活性的因果關系。

第二類是無關變量。無關變量指實驗中除自變量外的影響實驗現象和實驗結果的因素或條件。如：唾液淀粉酶水解實驗中除自變量以外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、可溶性淀粉的濃度和純度、試劑溶液的劑量、實驗操作程序、溫度處理的時間長短等，都屬于無關變量。如果無關變量的任何一個或幾個因素或條件，對三個實驗組的給定不等同、不均衡、不穩定，則會對實驗結果造成干擾，產生誤差。在實驗設計和操作中，教師應盡量減少無關變量，而且在不同的實驗組中，無關變量應完全相同。這樣就會避免實驗結果的差異是由于無關變量引起的可能性，便于清晰地研究自變量與因變量的關系。實驗中的無關變量很多，教師必須嚴格控制，平衡與消除無關變量對實驗結果的影響，對照實驗的設計是消除無關變量影響的有效方法。

3. 確定對照類型

通過設置對照實驗，既可排除無關變量的干擾，又增強了對實驗結果的可信度和說服力。在一個對照實驗中，可包括實驗組和對照組。實驗組是接受自變量處理的對象組，對照組是不接受自變量處理的對象組，一般是隨機決定的。如在“探究光對種子萌發的影響”中，接受光處理的種子是實驗組，不接受光處理的種子為對照組。設置對照通常有以下四種方法：

（1）空白對照：設計一個不加任何實驗處理的對照組。即不給對照組做任何處理因素。

（2）自身對照：指實驗組與對照組都在同一研究對象上進行，即不另設對照組。如“植物細胞質壁分離和復原的實驗”是典型的自身對照實驗，這種對照實驗的關鍵是比較實驗前后的變化。

（3）條件對照：給實驗組某種處理，給對照組另一條件的處理。如在“驗證甲狀腺激素促進幼小動物的個體發育”的實驗中，存在以下實驗組和對照組：

甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）

乙組：飼喂甲狀腺素抑制劑（條件對照組）

丙組：對蝌蚪不做任何處理（空白對照組）

（4）相互對照：指不另設置對照組，而是利用幾個實驗組相互對照。如在“證明植物根向地生長實驗”中不同方向放置的玉米種子之間的對照。

根據實驗要求，凡是涉及確定變化因素之間的因果關系的實驗中，一般都需要設計對照實驗。了解常用對照的類型，有利于學生在實驗設計時針對不同的情況加以設置。

4. 理解實驗原理

實驗原理決定著實驗中主要實驗步驟的設計及相應實驗試劑的選擇。如在“驗證唾液淀粉酶是蛋白質”的實驗中，這一實驗的原理同教材中常規實驗“生物組織中蛋白質的鑒定”實驗原理相同。因此，學生可用雙縮脲試劑與唾液呈紫色的反應來驗證這一問題，明確了這一原理之后，也就明確了其主要的實驗步驟與“蛋白質成分的鑒定”的實驗步驟類似。

5. 選取恰當的實驗材料

如孟德爾選擇豌豆作為實驗材料是其遺傳實驗成功的原因之一（豌豆是自花閉花傳粉，自然情況下都是純合子）。所以正確的選材決定著實驗的成敗。實驗的選材是受實驗原理、實驗目的制約的。如“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實驗目的是鑒定組織中存在可溶性還原糖，因而，取材應注意含糖量要高并且能與斐林試劑產生著色反應，選擇甘蔗做這個實驗的材料效果就不甚理想（甘蔗雖然無色，含糖量也很高，但蔗糖不能和斐林試劑發生顏色反應）。鑒定的原理是“還原性糖與斐林試劑呈磚紅色反應”，為使磚紅色反應易于觀察，所選材料最好無色透明，避免材料本身色素的影響。又如“葉綠體中色素的種類及顏色”實驗，所選材料應當是色素含量高的材料（新鮮菠菜）；“植物細胞質壁分離與復原實驗”的選材應注意三點：一是所選材料必須有大液泡存在（成熟的植物細胞）；二是為了便于觀察，所選材料的細胞液最好有顏色；三是一定要保證所用的細胞是活的。

6. 合理設計實驗步驟

實驗步驟有一定的順序，學生要注意實驗步驟的關聯性和實驗操作的程序性。實驗步驟的前后順序一般不能顛倒，特別是關鍵環節。不同的操作順序導致的結果不同并會影響實驗的嚴密性。如在“PH值對酶活性的影響”實驗中，學生操作時必須先將酶分別置于不同的PH值中，再加入淀粉溶液。又如在“還原性糖鑒定實驗”中，應先將斐林試劑甲液和乙液混合以形成Cu（OH）2后，再加入組織樣液中。而在“蛋白質的鑒定實驗”中，應先加入雙縮脲試劑A液（NaOH）以創造堿性環境，再加入B液（CUSO4）。再如利用碘液檢測淀粉酶是否將淀粉完全水解，如果操作順序為：淀粉+碘液+淀粉酶，在水里加熱一段時間。這樣操作碘與淀粉結合呈藍色絡合物將影響淀粉酶對淀粉的水解，同時碘液會影響酶的活性。即使藍色褪去也只能說明淀粉酶將絡合物水解，無法排除碘對實驗的影響，使實驗的嚴密性欠缺。

另外，在實驗步驟的構思或表述中，學生一定要遵循科學性原則、可操作性原則、對照性原則、單因子變量原則。

（作者單位：河南省三門峽義馬市高級中學 472000）