探究性實驗與解題策略四部曲

周福兵 劉宗葉 羅繼虎

科學探究能力是生物科學素養的重點和核心，隨著教育改革和新課程標準的不斷深入，探究性學習和研究能力的考查將成為今后高考命題的總趨勢。在復習備考中，我們如果加強對高考生物探究性實驗題的研究，準確把握考綱要求，找出解題規律，制定切實可行的備考策略，在日常練習中養成良好的答題習慣，對我們科學備考解決這一類型的題目將十分有利。

一、解題策略——四部曲

1.取材、分組、編號及前期處理。

選擇題目中提供的實驗材料和用具，組裝實驗設備，平均、隨機分組（每組材料不能單一），并做好編號，同時生物材料要相同，即所用生物材料的數量、質量、長度、體積、來源和生理狀況等要盡量相同；實驗器具要相同，即試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小、型號、潔凈度等要相同，從而保證實驗結果的準確性。

2.設置對比對照，創設單一變量。

合理設置對照。探究因果關系的實驗通常都需要設置對照，以平衡控制和抵消無關變量的影響。實驗研究的問題不同，方法各異，采用何種對照形式當然也不一樣。一般來說，單組實驗設置自身（前后）對照；等組及輪組實驗設置相互對照和空白對照，有時還需要設置條件對照。例如：“觀察植物細胞的質壁分離與復原”實驗，通常將做好的紫色洋蔥鱗片葉表皮細胞進行裝片觀察初始狀態，然后用蔗糖溶液做質壁分離觀察，接著用清水做質壁分離復原觀察，這就是單組實驗自身（前后）對照；“探究玉米幼苗的最適生長素濃度范圍”實驗，按照不同的生長素梯度、濃度設置多組實驗，這就是等組實驗相互對照，其中的濃度為零的那一組可看做空白對照，常說的“對照組”指的就是“空白對照”。因此在審題解題時，要時時想到有沒有對照組，知道沒有對照的結論，不可能是正確、全面的，這樣的結論不可能經得起推敲。所以做完題后必須檢驗自己設計的實驗有無對照組，一般評卷老師看實驗設計的關鍵也是看有無對照組。

控制單一變量。實驗組和對照組的處理，只能有一項條件不同，其他條件要相同且適宜。探究性實驗強調“因果關系”在實驗過程中的單線運作，即“一因一果”，否則，難以達到探究實驗的最終目的。例如：在“探究溫度對酶活性的影響”的實驗中，溫度變化即為實驗自變量，被作用于實驗組，此時其他變量（如pH值的變化）則不可以再被同時作用于該實驗組。但是，有時我們為了達到“節約實驗”的目的，會同時探究“溫度和pH值”對酶活性的影響，這樣實驗就有了“溫度”和“pH值”兩個實驗自變量，此時在實驗操作中，我們就得強調：須設置“溫度相同適宜，而pH值不同的”實驗對照說明“pH值”的影響，再設置“pH值相同適宜，而溫度不同的”實驗對照說明“溫度”的影響。在語言的表述上，要注意能體現“單一變量”詞語的準確使用，例如：“等量”、“相同”、“適宜”等。

3.將各組放在條件相同且適宜的環境中培養（飼養、反應），觀察和記錄。

處理方法和實驗環境條件要相同，如：處理程度、時間、溫度、光照等控制都要保持一致。

4.預測實驗結果，分析得出結論。

依據實驗原理指出怎樣觀察實驗結果或者觀察何種現象、記錄何種實驗數據。根據實驗觀察、數據統計，進行試驗分析，對于驗證性實驗，其實驗結果只能是一種，即支持實驗目的、原理的結果；而對于探究性實驗，則應盡可能分析可能出現的各種結果，并根據各種實驗結果作出相應的實驗結論。結果一般有三種：①實驗組等于對照組，說明研究的條件對實驗無影響；②實驗組大于對照組，說明研究的條件對實驗有影響，且影響是正相關；③實驗組小于對照組，說明研究的條件對實驗有影響，且影響是負相關。

二、解題示例

例1：據新華社報道，英國研究人員發現人體中有一種重要激素，即所謂的“瘦素”，這種激素能夠控制人的食欲，注射后，食欲會下降，從而對人體是否發胖起到至關重要的作用。某校生物興趣小組想利用以下材料，設計實驗探究“瘦素”能否控制動物的食欲，以及是否具有減肥作用，請你幫他們完成下列實驗設計，并預測和分析實驗結果。實驗題目：“瘦素”能否控制動物的食欲及是否具有減肥作用。

材料用具：大鼠若干只、普通飼料、一定劑量的“瘦素”溶液、生理鹽水，其他所需條件均滿足。

步驟設計：（請簡要寫出）

第一步：？搖 ？搖；

第二步：？搖 ？搖；

第三步：？搖 ？搖；

第四步：一段時間后，觀察大鼠的食欲狀況，稱量并統計各組大鼠的體重。

實驗結果預測與分析：（至少寫出三種情況）

①？搖 ？搖；

②？搖 ？搖；

③？搖 ？搖。

解析：本題屬于探究性實驗設計題，探究性實驗與驗證性實驗在實驗目的上是不同的，驗證性實驗是驗證研究對象的已知屬性、特征及與其他因素的關系，而探究性實驗是探索研究對象的未知屬性、特征及與其他因素的關系，因而在實驗假設上，探究性實驗一般采用“如果A，則B”的形式表述，是根據現有的科學理論、事實，對所要研究的對象設想出一種或幾種可能的答案和解釋。對應假設，探究性實驗的實驗預期應分類討論，往往有三種可能性（即正相關、負相關和不相關）。在實驗結果預測與分析上，要分“如果甲組的大鼠食欲下降，體重比乙組輕”、“如果甲組的大鼠食欲旺盛，體重比乙組重”、“如果甲、乙兩組的大鼠食欲和體重差別不大”三種情況進行討論，并得出相應的結論。

答案：第一步：選取身體健康、發育正常、體重相當的大鼠若干只，隨機平均分成兩組，并編號為甲、乙。第二步：甲組每天注射一定劑量的“瘦素”溶液；乙組每天注射等量的生理鹽水。第三步：在相同且適宜的條件下，分別飼養一段時間。實驗結果預測與分析：①如果甲組的大鼠食欲下降，體重比乙組輕，說明“瘦素”能控制動物的食欲及具有減肥作用；②如果甲組的大鼠食欲旺盛，體重比乙組重，說明“瘦素”能增強動物的食欲及具有增肥作用；③如果甲、乙兩組的大鼠食欲和體重差別不大，說明“瘦素”對動物的食欲和體重都無影響。

例2：某醫院病理室為了確診一患者的腫瘤是良性還是惡性，切取了一小塊腫瘤組織進行培養。某科研單位研制出一種新型藥物X，請設計實驗：探究新型藥物對抑制腫瘤細胞的增殖是否有療效，并預測可能的實驗結果，得出相應的結論。

實驗器材：錐形瓶2個、顯微鏡、載玻片、蓋玻片、培養箱、培養液、新穎藥物X等。

實驗步驟：

①取兩個消毒后的潔凈錐形瓶，標號A、B；

②（一）分別在兩個錐形瓶中加入？搖 ？搖；

（二）在A中加？搖 ？搖，B中？搖 ？搖；

（三）？搖？搖？搖 ？搖；

（四）？搖？搖？搖 ？搖；

③制成裝片在顯微鏡下觀察？搖 ？搖。

可能的實驗結果與相應的結論：

A：？搖？搖？搖？搖 ？搖；

B：？搖？搖？搖？搖 ？搖；

C：？搖？搖？搖？搖 ？搖。

解析：本題屬于探究性的實驗題。判斷的依據是題目中已經明確交代：探究新型藥物對抑制腫瘤細胞的增殖是否有療效。由于實驗結果是未知的，因此，可以有多種假設，解答時要盡量列出各種可能的假設類型。在表述假設時，一般采用“如果A，則B”的形式。

答案：②（一）等量的培養液；（二）加入藥物X、不加；（三）將等數量的腫瘤細胞置于兩份培養液中；（四）放在培養箱中在相同條件下培養一段時間。③腫瘤細胞的數目。可能的結果與相應的結論：A：如果A和B中的腫瘤細胞數目差不多，說明新穎藥物對腫瘤沒有療效；B：如果A中的腫瘤細胞數目比B多，說明藥物對腫瘤沒有療效，可能有促進增殖的作用；C：如果A中的腫瘤細胞數目比B少，說明藥物對腫瘤有一定的療效。