運用概念分析的方法進行生物學(xué)實驗設(shè)計

陶靜

摘 ?要：本文闡述了抓住核心概念，運用概念分析法，對人教版（新課標(biāo)）高中生物教材中一些變量不明晰的實驗題目，引導(dǎo)學(xué)生尋找實驗原理，確認(rèn)實驗變量，控制和處理實驗變量，設(shè)計可行的實驗方案的方法。

關(guān)鍵詞：概念分析;實驗變量;實驗設(shè)計

1問題的提出

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)指出，學(xué)生通過高中生物課程學(xué)習(xí)，發(fā)展科學(xué)探究能力。初步培養(yǎng)學(xué)生包括確認(rèn)變量;設(shè)計可行的實驗方案等11項能力。那么在實驗設(shè)計中如何確認(rèn)實驗變量，控制和處理實驗變量，設(shè)計可行的實驗方案就成了一個難點。

對于一般性實驗題目，實驗?zāi)康闹凶兞棵黠@，通過分析實驗?zāi)康木涂纱_認(rèn)實驗變量。例如，《比較過氧化氫在不同條件下的分解》的實驗，自變量是不同的條件，因變量是過氧化氫的分解狀況。對于那些實驗?zāi)康闹凶兞坎幻魑膶嶒灒纾短骄拷湍妇?xì)胞呼吸的方式》;《探究Fe2+是不是小麥生長的必需元素》，《判定騾子是不是一個物種》等等。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師根據(jù)自己的經(jīng)驗，將這些實驗歸納為若干類型，應(yīng)用不同的方法去完成。但是學(xué)生遇在到新的問題情境時，極力套用老師教給的模式，一旦沒有可套用的模式，就束手無策。那么這些命題有沒有共性？能否用同樣的模式去思考呢？筆者嘗試抓住核心概念，運用概念分析的方法進行生物學(xué)實驗設(shè)計，并取得了一定成效。現(xiàn)就具體做法陳述如下，以期與同仁探討。

2 ?教學(xué)案例

概念分析法也稱術(shù)語分析法，它是指研究確定術(shù)語所表示的概念的內(nèi)涵和外延的研究方法。概念是思維的基本單位，其內(nèi)涵是反映在概念中的對象的特有的屬性;其外延是指概念所反映的一切事物。常用的概念分析法有：內(nèi)容分析法，比較分析法，案例分析法等

2.1內(nèi)容分析法

內(nèi)容分析法，就是對概念的內(nèi)涵分析，準(zhǔn)確地把握概念內(nèi)在的本質(zhì)，嚴(yán)格區(qū)分某一概念（術(shù)語）的客觀內(nèi)容和可能出現(xiàn)的主觀曲解。

案例1：驗證酵母菌是兼性厭氧菌

本命題的核心概念是“兼性厭氧菌”，人教版（新課標(biāo)）必修一《分子與細(xì)胞》P91頁將其描述為“酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，在有氧和無氧條件下都能呼吸，屬于兼性厭氧菌”。結(jié)合實驗中各種變量的定義和特點，分析此概念便知本實驗是要驗證酵母菌在有氧和無氧條件下均可生存，自變量為有氧條件和無氧條件，控制辦法是通入空氣和隔絕空氣，因變量是能否生存，檢測手段是是否進行了細(xì)胞呼吸，產(chǎn)生了CO2和其他產(chǎn)物，無關(guān)變量是影響酵母菌生存的其他因素，包括充足的營養(yǎng)物質(zhì)和適宜的溫度等外界條件，在對比試驗中保持相同。

案例2：自選材料，驗證酶具有專一性。

這個實驗不難，但學(xué)生會做出兩種方案，一是選擇兩種酶，一種底物進行實驗：另一種是一種酶，兩種底物做實驗。孰是孰非？哪種方案更具科學(xué)性？

本實驗命題中的核心概念是“酶的專一性”，人教版（新課標(biāo)）高中生物必修一P83頁是這樣描述的：“過氧化氫酶只能催化過氧化氫分解，不能催化其他化學(xué)反應(yīng)。每一種酶只能催化一種或一類化學(xué)反應(yīng)。” 仔細(xì)分析概念就會發(fā)現(xiàn)，本實驗應(yīng)該用同一種酶催化不同的底物，而不是用不同的酶催化同一種底物。例如人教版（大綱版）高中生物必修一P47頁《實驗五探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的水解作用》就是這樣設(shè)計的。

2.2 比較分析法

比較分析法可以理解為是根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，對兩個或兩個以上有聯(lián)系的概念進行分析，尋找其異同，探求不同事物統(tǒng)一性與特殊性。按目標(biāo)的指向，可分成求同比較和求異比較。

案例3例如某雌雄同株植物花的顏色由兩對基因（A和a，B和b）控制，A控制色素的合成（A：出現(xiàn)色素，AA和Aa的效應(yīng)相同），B為修飾基因，淡化顏色的深度（B：修飾效應(yīng)出現(xiàn)，BB和Bb的效應(yīng)不同）。其基因型與表現(xiàn)型的對應(yīng)關(guān)系：A ?Bb粉色，A ?bb紅色，A ?BB或aa，請回答下列問題：

為了探究兩對基因（A和a，B和b）是在同一對同源染色體上，還是在兩對同源染色體上（不考慮交叉互換），請以基因型為AaBb的粉色植株為材料，設(shè)計實驗進行探究。

本探究題的核心詞是“同一對同源染色體”和“兩對同源染色體”。抓住兩個核心詞語，聯(lián)想遺傳學(xué)相關(guān)知識，比較分析“同一對同源染色體”和“兩對同源染色體”的區(qū)別：如果兩對基因位于兩對同源染色體上，它們的遺傳將遵循基因的自由組合定律，如果兩對基因位于同一對同源染色體上，它們的遺傳將不遵循基因的自由組合定律（遺傳遵循的是基因的連鎖與交換定律）。因此本實驗研究方法是選擇基因型為AaBb的粉色植株進行自交，觀察子代表現(xiàn)型，分析實驗結(jié)果與哪種預(yù)期結(jié)果相符，就可判定兩對基因的位置屬于甲乙丙中的哪種情況。

案例4：判定四倍體西瓜是不是新物種？

本命題中的核心概念是“物種”，衍生詞是“新物種”。分析本命題發(fā)現(xiàn)它包括兩層含義，一是四倍體是不是物種，二是四倍體是不是新物種。所謂“新物種”，就是相對原有物種而言的，即它與二倍體是不是同一個物種。結(jié)合高中生物教材中物種定義，比較分析這組概念，認(rèn)識到到本命題需要做兩部分實驗才能完成：⑴四倍體西瓜的個體間能否雜交，并產(chǎn)生可育的后代，判定四倍體是不是一個物種;⑵四倍體與二倍體的能否雜交，并產(chǎn)生可育的后代，判定四倍體是不是新物種。結(jié)果是四倍體能雜交產(chǎn)生可育后代，表明它是一個物種;而四倍體與二倍體的能雜交，但產(chǎn)生后代不可育，表明它是不同于二倍體的新物種。

3 ?反思總結(jié)

抓住核心概念，運用概念分析法，能夠成功完成生物學(xué)實驗設(shè)計，這種方法的奧妙在哪兒呢？

諸如上述類別的實驗題，在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師通常會引導(dǎo)學(xué)生展開想象，尋找實驗原理。茫茫“書海”，學(xué)生從哪里去尋找寬泛、空洞的實驗原理？運用概念分析法，可以在實驗課題（實驗?zāi)康模┡c實驗原理之間架起了一座橋梁，學(xué)生就能抓住核心概念，聯(lián)想相關(guān)知識，就能直接、具體地搜索到實驗原理，容易覓到實驗方法，更易找到實驗變量，因為概念就是原理，概念也是方法。

概念分析法更易打開學(xué)生思路，圍繞核心概念，通過分析概念的內(nèi)涵和外延，拓展思維，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新實驗的能力，不再拘泥于老師給定的實驗設(shè)計模式，學(xué)生可以輕松獨立地設(shè)計實驗。

概念分析法是一種具體的思維方法，它還適用于更加廣泛的領(lǐng)域。在有些命題中，它可能不再是一個概念，而是一個名詞，某一事物的屬性特征等。因此在中學(xué)生物教學(xué)中，要加強核心概念的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生運用概念分析的方法解決實際問題的能力。

參考文獻

[1] ?普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）中華人民共和國教育部制訂.人民教育出版社，2003

[2] ?普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書.生物1.必修.分子與細(xì)胞. 人民教育出版社，2007

[3] ?普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書.生物2.必修.遺傳與進化. 人民教育出版社，2007