對生物探究性實(shí)驗(yàn)專題教學(xué)的思考

胡世倫

摘要：生物探究性實(shí)驗(yàn)涉及與之相關(guān)的基本概念較多，是開展探究活動的基礎(chǔ)，而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是驗(yàn)證假設(shè)的靈魂，遵循探究性實(shí)驗(yàn)的基本原則，可增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可信度和說服力，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?gòu)建體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)中要遵循的科學(xué)原理就是實(shí)驗(yàn)的原理，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理性思維就是透過現(xiàn)象看本質(zhì)，這個“規(guī)律性聯(lián)系”就是探究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在此過程中體現(xiàn)出知識和經(jīng)驗(yàn)的貯備，智慧和創(chuàng)新精神的升華，這正是素質(zhì)教育所倡導(dǎo)的理念。

關(guān)鍵詞：探究性實(shí)驗(yàn);明確;把握;設(shè)計(jì);區(qū)分;遵循;構(gòu)建;達(dá)成;理性思維;反思

現(xiàn)行高中生物新課程，突出體現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，探究實(shí)驗(yàn)專題是科學(xué)探索的重要手段，而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)正好體現(xiàn)出學(xué)生的知識儲備和創(chuàng)新能力，為此筆者對生物探究性實(shí)驗(yàn)專題教學(xué)做了如下思考，旨在對生物探究性實(shí)驗(yàn)專題教學(xué)提供參考。

一、明確探究性實(shí)驗(yàn)的基本概念

事物總是發(fā)展變化的，而事物變化的結(jié)果都是有一定原因引起的，而這個“一定原因”往往包含多方面的因素，所以事物變化結(jié)果與其原因的關(guān)系可用f（a，b，c、d……）=y表示。f表示引起事物變化的原因，y表示事物變化的結(jié)果，控制b、c、d等變量在各組實(shí)驗(yàn)中保持一致，就可以通過事物的變化，來確定a變量與y變量的對應(yīng)規(guī)律。

在只探究a變量與y的對應(yīng)規(guī)律為目的的實(shí)驗(yàn)中，把接受f（a，b，c、d……）變量處理并發(fā)生一定變化（y）的事物叫做實(shí)驗(yàn)對象，即指實(shí)驗(yàn)中用到的實(shí)驗(yàn)材料。把處理實(shí)驗(yàn)對象的a變量叫作自變量（也稱為實(shí)驗(yàn)變量），自變量在實(shí)驗(yàn)中是可以人為調(diào)節(jié)的。把f中除a以外的能引起實(shí)驗(yàn)對象發(fā)生變化，但與實(shí)驗(yàn)?zāi)康臒o關(guān)的b，c、d等變量稱作無關(guān)變量因其導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)對象的變化稱作額外變量。如果實(shí)驗(yàn)只探究a變量與y的對應(yīng)規(guī)律，則在實(shí)驗(yàn)中要對無關(guān)變量進(jìn)行控制，使無關(guān)變量在各組實(shí)驗(yàn)中保持相同。

二、把握探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的單一變量原則

因影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的往往有多種變量，所以實(shí)驗(yàn)中只能一個變量對應(yīng)一個因變量。例如，為了獲得“溫度對酶的活性影響”實(shí)驗(yàn)，可設(shè)置三組實(shí)驗(yàn)，變量分別為低溫（加冰塊），室溫（37℃）、高溫（沸水浴），這三種條件變化就導(dǎo)致唾液淀粉酶水解淀粉的活性也隨之變化，謂之反應(yīng)變化，從而解釋了實(shí)驗(yàn)變量（溫度變化）與反應(yīng)變量（酶之活性）的因果關(guān)系。

三、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，控制無關(guān)變量

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的程序?yàn)椋禾岢鰡栴}，形成假設(shè)，選擇變量，分析結(jié)果，這就貫穿解決問題的全過程。

（一）控制無關(guān)變量 控制無關(guān)變量

就是使無關(guān)變量在實(shí)驗(yàn)組和對照組（或各組實(shí)驗(yàn)）中保持相同。例如：“溫度對酶的活性影響”實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量有：試管潔凈度，唾液新鮮度，淀粉的純度和濃度，溫度處理時長等。因此實(shí)驗(yàn)時三組實(shí)驗(yàn)要等同均衡并穩(wěn)定，否則干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，造成誤差。

（二）設(shè)置對照，調(diào)節(jié)變量

要在控制無關(guān)變量的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)自變量是使自變量在實(shí)驗(yàn)組和對照組中不盡相同。因自變量的調(diào)節(jié)方式不同，實(shí)驗(yàn)對照的類型也不盡相同。

（三）區(qū)分對照類型

1.自身對照? 實(shí)驗(yàn)和對照在同一實(shí)驗(yàn)對象上進(jìn)行，其目的是觀察實(shí)驗(yàn)對象本身實(shí)驗(yàn)的前后變化加以對照，不另設(shè)對照組。例如，“植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離觀察”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)對象是植物細(xì)胞，自變量為一定濃度的蔗糖溶液。實(shí)驗(yàn)組即實(shí)驗(yàn)后細(xì)胞的質(zhì)壁分離狀態(tài)，對照組為實(shí)驗(yàn)前細(xì)胞的正常狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論為高濃度狀態(tài)下導(dǎo)致植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離。

2.空白對照? 兩組實(shí)驗(yàn)對象和無關(guān)變量都相同的實(shí)驗(yàn)，一組有自變量處理，一組沒有自變量處理，沒有自變量處理的實(shí)驗(yàn)在自變量上是“空白”的，這樣的實(shí)驗(yàn)就屬于設(shè)置空白對照的實(shí)驗(yàn)。例如，在“探究植物的光合作用能否產(chǎn)生淀粉”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)對象為“饑餓”后的葉片，光照是自變量。實(shí)驗(yàn)過程為將“饑餓”后的葉片一半曝光，一半遮光，則遮光的一半葉片在自變量上空白的。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后檢測，曝光一半的葉片中有淀粉，遮光一半的葉片中沒有淀粉，對照比較的結(jié)果，證實(shí)植物的光合作用可以產(chǎn)生淀粉的結(jié)論的可靠性。

3.相互對照? 意為不另設(shè)對照組，只對兩組或幾組實(shí)驗(yàn)都用自變量進(jìn)行處理，但自變量對各組實(shí)驗(yàn)的處理有所不同。例如，有的是自變量的物理量（如質(zhì)量、大小等）有所不同，有的是自變量的種類或處理方向上有所不同等等，然后，對兩個或幾個實(shí)驗(yàn)組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較來得出結(jié)論。這樣的兩個或幾個實(shí)驗(yàn)組就形成相互對照。例如，在探究“不同光照強(qiáng)度對植物光合速率影響”的實(shí)驗(yàn)中，植物是實(shí)驗(yàn)對象，光照強(qiáng)度是自變量，在各組實(shí)驗(yàn)中，都有一定強(qiáng)度的光照處理，但處理各組實(shí)驗(yàn)的光照強(qiáng)度是不相同的。

四、遵循實(shí)驗(yàn)原理

開展探究性實(shí)驗(yàn)的方法：用一定的自變量處理實(shí)驗(yàn)對象，記錄實(shí)驗(yàn)對象發(fā)生的變化（因變量），尋找自變量和因變量之間的變化規(guī)律。如何處理實(shí)驗(yàn)對象？如何實(shí)驗(yàn)和記錄因變量？如何設(shè)置對照等，都需要遵循該實(shí)驗(yàn)原理的科學(xué)性。

五、構(gòu)建探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)模型

六、達(dá)成探究性實(shí)驗(yàn)的目的

從模型圖可以看出，探究性實(shí)驗(yàn)的目的是通過調(diào)節(jié)自變量，控制無關(guān)變量，客觀記錄實(shí)驗(yàn)對象發(fā)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（因變量），由此透過現(xiàn)象看本質(zhì)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中尋找自變量的聯(lián)系與因變量之間的規(guī)律性聯(lián)系。這個“規(guī)律性聯(lián)系”就是探究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論的理性思維達(dá)成。

七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的理性思考

（一）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是對實(shí)驗(yàn)中的因變量的客觀真實(shí)的記錄。實(shí)驗(yàn)對象發(fā)生的因變量往往有多方面的信息反映出來。實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)中收集的觀察或測量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果即為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其主要內(nèi)容是記錄的一項(xiàng)或多項(xiàng)因變量的信息的形式表現(xiàn)出來。

（二）歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)論是對實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)現(xiàn)與總結(jié)。要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果即實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，務(wù)必對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，也就是構(gòu)建模型，以便更好地理解它們的含義。構(gòu)建模型的工具主要有記錄表、柱形圖、曲線圖等。數(shù)據(jù)經(jīng)圖表處理后就成為模型，模型能使學(xué)者清楚地看出它們存在什么特點(diǎn)、本質(zhì)、規(guī)律和趨勢，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所反應(yīng)的問題，以便得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

八、學(xué)會探究反思

（一）構(gòu)想假說

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，通常是一個推測性解釋。而這種推測性解釋其實(shí)質(zhì)是假說，例如：當(dāng)你觀察到一個探究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以后，你可以在以往的知識和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出假說性解釋，而在構(gòu)想假說時，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评恚柝S富的想象，與一般的推測性解釋不同，假說是否正確，必須經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，只有被實(shí)驗(yàn)證明是正確的假說才能形成理論。

（二）歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的反思

對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的客觀記錄是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主觀能動性思考才是實(shí)驗(yàn)結(jié)論。正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論才是科學(xué)，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果就成為科學(xué)結(jié)論的實(shí)證。兩者的特點(diǎn)和關(guān)系歸納如下表：

總之，在探究實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過程中，需要具備豐富的學(xué)科基本理論知識和大量實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)素養(yǎng)，更需要從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中尋找本質(zhì)規(guī)律，最終上升到對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的理性認(rèn)識。

參考文獻(xiàn)：

[1]范龍華.淺談初中生物探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化策略[J].東西南北：教育，2021（2）：1.