不容忽視的實驗“語言”

孫幼芬

在近年來的生物學高考中，實驗設計題已成了一種重要題型。實驗設計題側重考查學生的實驗能力、思維能力和創(chuàng)新能力等各方面的能力，以及進行科學實驗的思想和方法，能較好地體現當前教學改革特別是考試改革的要求。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。從解題技巧的角度來看，總體上可以分以下幾步進行：① 了解題目要求；② 明確實驗目的；③ 分析實驗原理；④ 確定實驗思路；⑤ 設計實驗步驟；⑥ 預期結果與分析。但在實際的高考閱卷過程中發(fā)現學生在實驗設計過程中因語言描述不規(guī)范失分的情況十分突出，下面就實驗設計中各個環(huán)節(jié)的語言描述作一些例析。

1 探究性或驗證性實驗的“實驗題目或目的”的描述

考查實驗題目需從試題提供的文字、表格或曲線信息中找出自變量或因變量后，有時實驗中的自變量可能是一個，即單自變量，有時為多個，即多自變量。對驗證性實驗來說，實驗目的與實驗結論是相對應的，只要在書寫實驗結論時重復實驗目的的相關語句即可。通常可以采用的表達方式有“探究（或驗證）自變量對因變量的影響”“探究（或驗證）因變量與自變量之間的關系”或“因變量與自變量之間關系的研究”。

【例1】 現有與某種植物種子萌發(fā)有關的4組實驗處理如表1所示。

嘗試通過表格信息書寫不同組別對照實驗的實驗目的：

（1） 僅做Ⅰ組與Ⅱ組實驗，其實驗目的是

。

（2） 僅做Ⅰ組與Ⅲ組實驗.其實驗目的是

。

（3） 僅做Ⅱ組與Ⅳ組實驗，其實驗目的是

。

（4） 僅做Ⅱ組與Ⅲ組實驗，能否獲取確切的實驗目的？為什么？

。

解析：解答本題的關鍵在于通過對照實驗，確定自變量（實驗中必須保持單一性），在此基礎上分析說明因變量的變化緣由。由表格及題干可知本題是探究自變量對種子萌發(fā)的影響，即實驗中的因變量為種子的萌發(fā)情況。通過Ⅰ組與Ⅱ組對照可知，自變量為種皮的完整性，故實驗目的可描述為：探究機械破損種皮對該種子萌發(fā)的影響。通過Ⅰ組與Ⅲ組對照可知，自變量為種皮完整條件下有無赤霉素，故實驗目的可描述為：探究種皮完整條件下赤霉素對該種子萌發(fā)的影響。通過Ⅱ組與Ⅳ組對照可知，自變量為機械破損條件下有無赤霉素，故實驗目的可描述為：探究機械破損條件下赤霉素對該種子萌發(fā)的影響。通過Ⅱ組與Ⅲ組分析發(fā)現自變量不具有單一性，故無法形成對照。

答案：（1） 探究機械破損種皮對該種子萌發(fā)的影響

（2） 探究種皮完整條件下赤霉素對該種子萌發(fā)的影響

（3） 探究機械破損條件下赤霉素對該種子萌發(fā)的影響

（4） 不能 Ⅱ組與Ⅲ組對照，自變量不單一

2 探究性實驗的“實驗假設”的描述

對探究性實驗來說，假設對所要研究的對象設想一種或幾種可能的答案或解釋，即提出可能的實驗原理。假設的書寫往往針對實驗目的以陳述句式進行表述。可采用的描述有“如果……現象，則……結論”；“當條件X存在時，事件P（實驗現象）會發(fā)生”或“當條件X存在時，事件P（實驗現象）不發(fā)生”或“當條件X存在時，對事件P（實驗現象）沒有影響”。

【例2】 某研究所在蝴蝶蘭培育的過程中使用了磷胺，發(fā)現磷胺污染可導致細胞出現分裂間期的微核現象（圖1），微核與主核有相同染色效果，但體積較小。可通過觀測統(tǒng)計微核率和微核細胞率的大小，認識和評估污染物對生物的影響。請就磷胺濃度和溶液pH（6～8）對微核數和微核細胞數的影響設計實驗進行探究。

材料用具：培養(yǎng)皿、質量分數為10%和20%的磷胺溶液等。

（1） 假設： 。

（2） 主要方法步驟：

① 對大豆種子浸種，在適宜條件下萌發(fā)生根。

② 。

③ 一段時間后，取出已生根的種子，然后用蒸餾水沖洗，并移至蒸餾水中再培養(yǎng)一定時間（約2個細胞周期）， 。

④ 鏡檢、記錄和統(tǒng)計。

解析：由于磷胺等污染物有致畸、致癌和致突變效應，該實驗的假設應為磷胺污染程度與植物細胞的微核率和微核細胞率呈正相關，且受pH的影響。探究“磷胺濃度和溶液pH（6～8）”雙因素對微核數和微核細胞數的影響，因此需配制不同濃度、不同pH的磷胺溶液，每一個實驗變量至少考慮分成3組，在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間，最后按照“固定（卡諾氏固定液）→解離（質量分數為15%的鹽酸和體積分數為95%的酒精按1∶1混合）→漂洗（蒸餾水）→染色（醋酸洋紅液或質量濃度為0.01 g/mL或0.02 g/mL的龍膽紫溶液）→制片”制作根尖臨時裝片，顯微鏡觀察并統(tǒng)計微核數和微核細胞數，為了確保實驗結果的準確性，每組實驗至少要制作3個裝片進行觀察。

答案：（1） 磷胺污染程度與植物細胞的微核率和微核細胞率呈正相關，且受pH的影響

（2） ② 將萌發(fā)生根的大豆種子隨機等量分成3大組（每大組至少3小組）并編號，分別浸泡在等體積的，pH分別為6、7、8的，磷胺濃度為0、10%、20%的溶液中相同且適宜的時間

③ 按“解離→漂洗→染色→制片”制作根尖臨時裝片

3 探究性或驗證性實驗的“實驗原理”的描述

分析實驗原理可以明確實驗操作步驟，分清是生化實驗類型還是生理實驗類型。實驗原理中“因變量的觀測指標”可作為實驗結果的參考。在語言描述過程應關注自變量與因變量間的內在聯(lián)系以及自變量的操作情況，因變量的觀測指標。

【例3】 為了驗證胰島素具有降低血糖的作用，以小鼠的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組小鼠注射等量生理鹽水。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組小鼠活動狀況無變化。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組小鼠活動狀況無變化。

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：

。

解析：實驗原理可以依據已知的實驗目的和材料書寫，也可以在實驗完成后，根據實驗的過程和步驟等來書寫。其內容一方面?zhèn)戎赜趯懗鰹槭裁催@樣操作，另一方面則是側重于寫出為什么出現這樣的現象。這里面涵蓋了自變量作用的科學依據、操作自變量的原理和因變量獲得的原理等。學生在解題時的常見錯誤如下：

（1） 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。

（2） 實驗原理不完整，如只回答胰島素具有降低血糖的作用。

（3） 觀察指標闡述錯誤，如本題中已經明確指出以小鼠的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。

答案：胰島素具有降低血糖的作用。體內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

4 探究性或驗證性實驗的“實驗步驟”的描述

實驗步驟的描述可分為以下幾個環(huán)節(jié)：

① 主要是分組編號，設置對照，以描述“無關變量”，如選材時經常使用的描述：“選取年齡、性別相同，健康且發(fā)育狀況相同的同種動物”，“選取長勢相同、大小相似的同種植物”等。分組時注意強調“隨機均分（或等分）為X組”。“編號為A、B……組”或“編號為甲、乙……組”。

② 主要是對實驗組別進行處理，以描述自變量如何控制，無關變量如何平衡，如實驗組“用適量的某溶液”處理，對照組“用等量的蒸餾水（或生理鹽水或清水）”處理，且“每組都在相同且適宜的條件下培養(yǎng)（或飼養(yǎng)）”或“觀察相同的時間”。

③ 主要是針對實驗結果的處理，以描述因變量怎樣檢測，如“一段時間后，觀察（現象）或測量（數據），做好記錄（并計算出平均值）”。

【例4】 請設計一個實驗比較過氧化氫酶和Fe3+的催化效率。

（1） 實驗原理：新鮮的肝臟中含有過氧化氫酶，Fe3+是一種無機催化劑，它們都可以催化過氧化氫分解成水和氧。

（2） 實驗器材：新鮮的質量分數為20%的肝臟（如豬肝、雞肝）研磨液，量筒，試管，滴管，恒溫水浴鍋，試管架，衛(wèi)生香，火柴，體積分數為3%的H2O2溶液，質量分數為3.5%的FeCl3溶液，蒸餾水。

（3） 實驗步驟：

① 。

② 。

③ 。

（4） 設計表格記錄實驗步驟，并填寫出相應的現象與結論。

解析：本題要同時驗證酶具有催化作用和高效性，因此應遵循對照原則、單一變量原則和科學性原則。整個實驗中，不同處理的試管中O2釋放最快的是加酶溶液的試管，其次是加FeCl3溶液的試管，最慢的是加蒸餾水的試管，由此可得出的結論是酶具有催化作用且其催化作用具有高效性。

答案：（3） ① 取3支試管編號甲、乙、丙，分別加入等量且適量的H2O2溶液（5 mL），放入37 ℃恒溫水浴鍋中適當保溫一段時間

② 分別向甲乙丙3支試管中加入等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和肝臟研磨液（兩滴）

③觀察各試管中釋放氣泡的快慢（或者將點燃但無火焰的衛(wèi)生香分別放到3支試管的管內液面上方，觀察并記錄哪支衛(wèi)生香燃燒更猛烈）

（4） 如表2所示：

5 探究性或驗證性實驗的“結果與結論”的描述

探究性實驗可先假設可能的實驗結論，再得出實驗結果，常需分類討論。實驗結論要根據可能的實驗結果進行分析，進而得出結論；驗證性實驗的實驗結果可依據實驗原理中的因變量寫出，實驗結論即驗證性實驗的目的，如“驗證……”“證明……”等。

【例5】 為探究一定溫度對甲狀腺激素的生物活性的影響，現使用容積相同的幾只玻璃缸、同齡且發(fā)育狀態(tài)相同的小蝌蚪60只、蝌蚪常用飼料、未經處理的具有生物活性的甲狀腺激素、50 ℃溫水處理了10 min的原來具有生物活性的甲狀腺激素等材料用具進行實驗。具體方法見表3（“√”代表等量加入）。

請完成下列預期及分析得出的結論（觀察指標中各缸中蝌蚪發(fā)育成青蛙所需時間的長短）：

（1） 現象：若甲>乙=丙；結論：甲狀腺激素50℃溫水處理后活性不發(fā)生改變。

（2） 現象：若________；結論：甲狀腺激素50℃溫水處理后失去活性。

（3） 現象：若________；結論：甲狀腺激素50℃溫水處理后活性降低。

（4） 現象：若甲>乙>丙，結論： 。

解析：根據試題提供的圖表信息，可知各個玻璃缸中的蝌蚪數和常用飼料均相同，而甲狀腺激素卻受到常溫或50 ℃溫水的處理。因此本實驗的目的，即探究溫度對甲狀腺激素的生物活性的影響。甲缸為空白對照組，乙缸為常溫實驗組，丙缸為高溫實驗組。甲狀腺激素可促進小動物的發(fā)育，激素的含量不同則小動物生長發(fā)育到一定程度所需要的時間就會有差異，或者說，相同時間的情況下，不同組別的小動物發(fā)育程度會有差別。因此，若甲狀腺激素在50 ℃溫水處理后活性不發(fā)生改變，則甲>乙=丙；若甲狀腺激素50 ℃溫水處理后失去活性，則甲=丙>乙；若甲狀腺激素50 ℃溫水處理后活性降低，則甲>丙>乙；若甲狀腺激素50 ℃溫水處理后活性升高，則甲>乙>丙。

答案：（2） 甲=丙>乙

（3） 甲>丙>乙

（4） 甲狀腺激素50 ℃溫水處理后活性升高

“提高生物科學素養(yǎng)”“倡導探究性學習”是實施新一輪課程改革的基本理念，這一理念已轉化為高考命題的指導思想與能力要求，并在高考試題中得到了體現。教師要關注生物學科的語言特點，培養(yǎng)學生嚴謹分析問題的能力，為學生未來的深造打下堅實的基礎。