“問題法”解生物實驗設(shè)計題

鄭振清

【摘 要】通過設(shè)計“問題法”開展生物實驗設(shè)計題教學(xué)，既包含了實驗設(shè)計的理論，又便于記憶和解題，有較強(qiáng)的可操作性和實用性。

【關(guān)鍵詞】做什么；為什么；缺什么

在高三生物學(xué)實驗課的復(fù)習(xí)教學(xué)時，如果還是按著課本的內(nèi)容重復(fù)一遍，既浪費時間又容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒，無法得到預(yù)期的復(fù)習(xí)目標(biāo)。通過設(shè)計“問題法”開展生物實驗設(shè)計題教學(xué)，既包含了實驗設(shè)計的理論，又便于記憶和解題，有較強(qiáng)的可操作性和實用性，有利于提高實驗復(fù)習(xí)教學(xué)的實際效果。以下結(jié)合例題淺談“問題法”在解生物實驗設(shè)計題的應(yīng)用。

“問題法”是指針對生物實驗設(shè)計問題進(jìn)行復(fù)習(xí)教學(xué)，即：“做什么”、“為什么”、“缺什么”。

一、“做什么”：提取題干信息，明確實驗?zāi)康?/p>

分析“做什么”時首先引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真審題，抓住題干中的關(guān)鍵信息“題眼”，弄清題目的要求是“驗證性實驗”還是“探究性實驗”。

（1）驗證性實驗通常是指實驗者針對已知的實驗結(jié)果進(jìn)行的，以驗證實驗結(jié)果、鞏固和加強(qiáng)相關(guān)知識內(nèi)容、培養(yǎng)實驗操作能力為目的的重復(fù)實驗。其實驗結(jié)論是已知的，不存在假設(shè)問題和預(yù)測結(jié)果，經(jīng)常題干的要求就是“做什么”這句話。

（2）探究性實驗通常是指實驗者在不知曉實驗結(jié)果的前提下，通過自己實驗、探究、分析、研究得出結(jié)論。根據(jù)實驗的目的，利用已知的、外加的因素去干擾研究對象，看它會發(fā)生什么樣的變化，出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象，產(chǎn)生什么樣的結(jié)果。實驗結(jié)果或結(jié)果預(yù)測有多種可能性，其解答格式多用“如果A，則B”的形式表述，是根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)理論、事實以及所研究的對象設(shè)想出一種或幾種可能性的預(yù)測。例如：某實驗小鼠適宜生活在25℃左右的環(huán)境中，為探究低于適宜溫度的環(huán)境（如10℃）對能量代謝的影響（能量代謝的強(qiáng)弱用單位時間耗氧量表示），請依據(jù)所給的實驗裝置、實驗材料和用品，再給出的實驗方法和步驟的基礎(chǔ)上，繼續(xù)完成探究實驗，預(yù)測可能的實驗結(jié)果和結(jié)論，并回答問題。先分析“做什么”：探究低于適宜溫度的環(huán)境（如10℃）對能量代謝的影響。本題實驗設(shè)計的基本思路是：通過低于和等于適宜溫度兩種條件下小鼠能量代謝強(qiáng)度的比較得出結(jié)論。引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測低溫條件下小鼠代謝的幾種可能：①代謝加強(qiáng)：消耗5mL氧氣所用的時間10℃小于25℃，說明小鼠的生活環(huán)境從25℃降為10℃時能量代謝會加強(qiáng)；②代謝減弱：消耗5mL氧氣所用的時間10℃多于25℃，說明小鼠的生活環(huán)境從25℃降為10℃時能量代謝會減弱；③代謝不受影響：消耗5mL氧氣所用的時間10℃等于25℃，說明小鼠的生活環(huán)境從25℃降為10℃時能量代謝不受影響。最可能的結(jié)果和結(jié)論是：消耗5mL氧氣所用的時間10℃小于25℃，說明小鼠的生活環(huán)境從25℃降為10℃時能量代謝會加強(qiáng)。因為小鼠是恒溫動物在10℃比25℃下維持體溫所消耗的能量多。所以審題時要引導(dǎo)學(xué)生抓住關(guān)鍵“題眼”，確定實驗的自變量與因變量，這樣做題順手拈來，事半功倍。

二、“為什么”：分析實驗為什么提供這些實驗材料

高考試題中所提供的實驗材料多數(shù)能應(yīng)用于實驗設(shè)計中，因此在理解題干的基礎(chǔ)上分析出為什么要提供這些實驗材料，會使學(xué)生較快的瀝青解題思路，成足在胸。

分析：據(jù)“做什么”可推知，本實驗要學(xué)生探究蔗糖的水解產(chǎn)物能否通過半透膜。所以實驗有兩種情況：可能通過也可能不能通過。結(jié)合課本知識及甲、乙圖可知：蔗糖不能不能通過半透膜，所以一段時間之后出現(xiàn)了乙圖所示的液面差，如果水解產(chǎn)物能通過，則可能一段時間之后液面差減小直至最后液面相持平；又因為蔗糖是二糖，其水解產(chǎn)物為葡萄糖和果糖均可通過半透膜，所以單糖可在a管中出現(xiàn)，到底要用哪一種結(jié)果來衡量這就要分析為什么要提供這些實驗材料。蔗糖酶溶液很明顯是用來水解蔗糖的；斐林試劑自然會聯(lián)想到鑒定還原糖，與蔗糖水解產(chǎn)物有關(guān)，這就引導(dǎo)學(xué)生要用斐林試劑來檢測a管中是不是出現(xiàn)了還原糖；而試管、滴管和水浴鍋這些材料的提供更是明顯地導(dǎo)向了還原糖的鑒定。至此，整個設(shè)計思路基本呈現(xiàn)出來。

三、“缺什么”：要檢驗實驗是不是遵循了基本原則，主要是對照原則、單一變量原則以及等量原則

為了更科學(xué)更有說服力地論證假設(shè)，生物實驗常常設(shè)置對照實驗。通過設(shè)置對照試驗可以消除無關(guān)變量對實驗結(jié)果造成的影響。單一變量原則是實驗設(shè)計的一個重要原則，它包括兩層意思：一是確保“單一變量”的實驗觀測，即不論有一個或幾個實驗變量，都應(yīng)做到一個實驗變量對應(yīng)觀測一個反應(yīng)變量；二是確保“單一變量”的操作規(guī)范，確保實驗設(shè)計只有一個自變量對應(yīng)一個因變量，即在實驗設(shè)計中要盡可能避免無關(guān)變量及額外變量引起的干擾。所以在實驗設(shè)計時，必須先明確實驗中的單一變量：自變量、因變量。從而避免其它無關(guān)變量及額外變量的影響。在分析“缺什么”時，一定要抓住等量原則，注意“等量”“完全相同”等關(guān)鍵字眼，以確保實驗的準(zhǔn)確性。

項目課題：本文系2016年度大田縣基礎(chǔ)教育科學(xué)研究立項課題“生物實驗設(shè)計題的類型與解題策略”（課題編號：DTKTZX-2016158）階段研究成果。