解決高中生物實驗設計類題型的一般方法

蔡煒

摘 ? ?要： 對于高中學習生物的學生來說，從掌握一些基本的實驗方法，到學習實驗設計的思路，最終形成科學嚴謹的科學實驗思想，能力要求不斷提升，這一點在近年來的高考中得到充分體現。由于大部分學生缺乏實驗設計的有關理論知識，遇到這類題型，就會感到茫然，無所適從。

關鍵詞： 高中生物 ? ?實驗設計方案 ? ?一般方法

生物作為一門自然科學，在其發展過程中，科學家們是通過不斷實驗探究而一步步接近并掌握事實真相的。縱觀生物科學發展史，每一次重大的發現中，實驗都是獲取真理的至關重要的手段。因此，在課程改革不斷深入的今天，在高中生物教材中最大的變化是不再單純地鋪敘前人總結發現的結論，而是更側重介紹他們科學的實驗方法和探究歷程，由此不難發現，科學發展史是實驗方法和技術不斷進步的發展史。

而對于高中學習生物的學生來說，從掌握一些基本的實驗方法，到學習實驗設計的思路，最終形成科學嚴謹的實驗思想，能力要求不斷提升，這一點在近年的高考中得到充分體現。尤其是“實驗設計題”由于能較全面地考查學生的實驗知識和基本技能、分析問題和解決問題的能力及創造能力，因此成為高考生物中的的“壓軸題目”。但由于大部分學生缺乏實驗設計的有關理論知識，遇到這類題型，就會感到茫然，無所適從。因為畢竟所謂實驗要親身體驗，而不是紙上談兵，可惜現階段學生學習時間緊張，很難有充裕的時間參與其中，且一個人的探究能力與其從小所受教育方式和個人成長經歷，思考方式均有關系，故本文僅從實驗設計原則和一般的思路方法角度，對高考中出現的實驗設計類題型作出一些歸納和總結，找到解題思路，并規范答題。

一、對實驗理論的理解

“實驗，指的是科學研究的基本方法之一。根據科學研究的目的，盡可能地排除外界的影響，突出主要因素并利用一些專門的儀器設備，而人為地變革、控制或模擬研究對象，使某一些事物（或過程）發生或再現，從而去認識自然現象、自然性質、自然規律”。由此我們不難看出一個實驗是有很強的目的性的，突出主要因素，排除無關因素，并最終發現規律，得出結論的一個過程，這點理解對設計實驗至關重要。

具體來說一個比較完整的實驗設計方案，一般包括以下內容：實驗題目、實驗目的、實驗原理、實驗材料、實驗用具、實驗假設、實驗預期、設計實驗步驟、觀察和收集數據、分析、推論、交流等。因此在設計一個實驗時，要綜合考慮以上幾點，并遵循以下原則。

二、實驗設計的基本原則

在生物實驗設計中，第一要遵循科學性原則，即明確生物實驗目的、使用正確的實驗原理，選擇科學的實驗材料及實驗方法，實驗方案要符合生物學科的基本原理。一般設計實驗是建立在觀察到的一些客觀世界的現象的基礎上進行的，利用一些已知的知識儲備探究未知或驗證推論的過程。

第二是可行性，設計的實驗要人為操控并付諸實施。

第三是嚴謹性，這一點是很多學生在答題時容易疏漏的地方，即設計實驗應該盡量沒有漏洞，保持實驗的準確性。

第四是簡便性，材料的選取，實驗操作在滿足實驗的科學性和嚴謹性的前提下，要盡可能地簡便，縮短時間，提高效率。

第五是可重復性，即實驗結果不應該是偶然的，應該可以多次重復體現。

第六是隨機性，主要體現在取樣上要排除主觀影響，盡量隨機取材，保證實驗的精確性，減少實驗誤差。

第七是實驗條件前后要保持一致性，即在實驗過程中，除主控因素外，不應隨意變換條件。

第八是單一變量性，在高中生物課本中提到三個變量，“自變量”、“因變量”和“無關變量”，所謂單一變量指的是人為操控的變量即“自變量”，在一次實驗中可以涉及多個“自變量”。這通常是為了探究更多問題，但是在實驗中，一個自變量的變化只能對應觀測它所引起的因變量變化。控制自變量，觀察因變量是實驗過程中獲取結論的主要過程。需要注意的是自變量應緊扣實驗題目與目的，如“探究光照強度對光合作用的影響”這個實驗題目中，自變量應該是“光照強度”，而“光質”和“光照時間”則為無關變量，應該排除，答題時應該注意，不應籠統地說“光照”，遵循嚴謹性原則。

第九要設置對照組，以對照得出結論并排除無關變量帶來的未知的影響。一般高中生物中涉及的有空白對照，條件對照，以及自身對照（實驗前后個體自身對照，如切除法探究甲狀腺激素對大鼠代謝的影響實驗），等等，無論哪種對照，都不改變實驗涉及的自變量。而是通過對照組和實驗組的比對，獲取結論。需要注意的是，對比實驗和對照實驗的區別，對比試驗沒有對照組，而是通過各實驗組之間的比較得出結論，如“探究生長素促進扦插生根的最適濃度”這一實驗中各組均為實驗組，是對比實驗;而“探究生長素對植物生根的影響”則要設置空白對照組，是對照實驗，兩個實驗探究的問題是不同的。

三、設計實驗流程

在掌握以上原則以后應用到具體的實驗設計中，設計實驗的思路簡單如下：

首先要確定實驗的目的，并確定實驗的標題，實驗目的是整個實驗的中心思想，所有的實驗設計都要圍繞它進行，而實驗的題目是因實驗目的而確定的，無論是觀察類提取類實驗，還是驗證性探究性實驗，都要在實驗的標題中得到體現，如“觀察葉綠體和線粒體的分布”、“提取和分離綠葉中的色素”和“探究酵母菌的呼吸方式”等。從題目可以看出實驗目的，并且最終結論要體現出這一目的的實現情況，進而做好記錄，分析討論，總結。

其次，明確實驗中涉及的各種變量，并根據實驗原理，確定變量關系，即自變量，因變量和無關變量的分布。如“探究酵母菌的呼吸方式”這一實驗中，呼吸方式即有氧和無氧呼吸，這是原理，那么氧氣就是我們要控制的自變量，而這一變量變化帶來的結果是產物的不同，這就是因變量，要注意因變量不是唯一的，如酒精的有無，二氧化碳的產量，這都是因變量。而與之無關的其他會影響實驗的因素，則是無關變量，如溫度、光照與葡萄糖溶液的濃度等，則必須設法排除干擾，保持實驗組和對照組的一致。

然后就是根據以上分析，具體設計出實驗步驟，這是大部分學生最為頭疼的部分，其實只要很好地完成前兩步，接下來就可以遵從前面所說基本的實驗原則，將實驗步驟寫出來。如一個對照實驗，可以按以下步驟設計。

第一步，遵從隨機性原則取材，并分組，排除無關變量的影響，如“選取大小長勢相同的葉片若干，分為A，B，C三組”，設置好實驗組和對照組并進行編號。在語言描述時要注意規范文字，不要用口頭語，而應用科學準確的實驗用語，保證實驗的嚴謹性，盡量不要用模棱兩可的語言。

第二步，對實驗組和對照組做不同處理，突出實驗組中自變量的變化，這一步仍要注意排除無關變量的影響，如加入液體引起體積的變化、發生反應引起溫度的變化等。在對操作的描述過程中，用語要簡潔準確，避免畫蛇添足，并根據已知的實驗原理，合理控制實驗時間等條件。

第三步，觀察和記錄實驗現象，即因變量的不同變化。

第四步，分析實驗結果，找出因變量變化與自變量改變之間的關系，得出結論。

四、對實驗結果的預測

在確定了實驗目的，設計了實驗步驟之后，要對實驗過程進行預測，這是近年來經常考查學生的內容。在預測實驗結果時，簡單說就是一定要“點題”。我們的預測結果一定要體現出實驗的標題和目的，并規范用語，注意實驗中控制的條件范圍等，如“探究生長素對植物生根的影響”這一實驗中，我們使用的生長素是什么樣的濃度范圍之間的，要在結論和預測中體現出來，如“在一定濃度范圍內，生長素對植物的生根有促進作用”。如果是驗證類實驗，則結論中應該體現出所驗證理論的準確性。同時在實驗結果預測或結論中，要注意各種可能性分析全面，如在“促進”“抑制”的同時，不應忽略“既不促進，又不抑制”這一種結果等。

以上幾點，是設計實驗的一般原則和思路，在具體設計實驗或是解決實驗類問題時，還需要具體問題、具體分析和具體處理。實驗科學是一門剖析自然規律的科學，其本身是一門科學，相信通過高中生物教材實驗的學習和實驗設計類試題的訓練，激發學生獲取知識的興趣，完善嚴謹科學的思維，不再局限于從書本上獲取現成的理論，而是自己發現問題，并具備解決問題的能力，這是新的課程改革所希望實現的目標之一，本文只就應試作答稍作總結，具體問題還要將理論應用于實際，適當訓練，摸清規律，從而形成成熟的解題思路。

參考文獻：

[1]史華波.高中生物實驗設計的原則和方法.

[2]陳清霞.例析高中生物實驗設計的解題方法.