高中生物實驗設計題的解題思路指導

摘 要：文章圍繞高中生物實驗設計題及其解題策略進行闡述，指出在作答該類題目時，學生需要認真審題，把握實驗的主要目的，挖掘實驗背后的基本原理，始終注意遵循實驗原則，明確實驗中變量的作用和種類，進而明確自己的做題思路，完成題目的理解與解答.

關鍵詞：實驗設計；解題思路；高中生物

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）12-0134-03

收稿日期：2023-01-25

作者簡介：丁玉娟（1982.12-），女，江蘇省泰州人，本科，中學一級教師，從事生物教學研究.

1 把握實驗目的

每個生物實驗都有其特定的實驗目的，因此學生在解答高中生物實驗設計題的時候，首先關注的內容就應當是實驗目的.學生通過明確生物實驗的目的，才能精準把握該實驗所要解決的問題，進而才能保證接下來的實驗步驟始終都圍繞實驗目的展開.生物實驗目的內容可以幫助學生正確判斷該實驗設計題目是驗證性實驗還是探究性實驗，比如驗證性實驗題目中通常會寫“驗證某個生物學事實”，這句話既表明了該生物實驗的目的，也提示學生本實驗為驗證性實驗.而當題干中表示探究自變量對因變量的影響或者探究兩者之間的關系等，則表示該實驗為探究性實驗，除此之外，部分實驗目的在題干中較為隱晦，需要學生仔細閱讀題目，從字句間仔細尋找能夠表示實驗目的的句子.

例如，在進行研究細胞膜相關實驗的時候，題干中已經明確表示該實驗是為了驗證活細胞的細胞膜可以控制物質的進出，那么在回答該實驗的實驗目的的時候，就可以直接將題干中的原話直接進行抄寫.如果題干只對圖中的實驗裝置的作用進行解釋（如圖1所示），簡單點明該實驗裝置是為了通過金魚藻對于影響光合作用的某個環境因素進行探究，學生在進行解答的時候，可以初步判定這是一個探究性實驗，通過裝置圖可以發現，該裝置可以調節LED燈管的光照強度進行實驗，因此結合課本中所學的知識，學生就可以判斷題干中提到的某環境因素正是光照強度，再結合題干便可以指出該實驗的實驗目的是探究光照強度對光合作用的影響.

2 挖掘實驗原理

實驗基本原理是進行實驗步驟設計的重要依據，也是為實驗者提供實驗思路的重要來源.絕大多數的生物實驗原理都來源于學生所學習的教材當中，因此想要通過實驗內容尋找對應的實驗原理，學生就必須深刻理解課本中對于各種試劑以及各個實驗步驟背后的原理進行精準把握，感受實驗所用材料及裝置，具體步驟以及實驗結論之間的密切關聯，了解生物實驗的具體邏輯.

例如，某生物實驗所用試劑為臺盼藍染液，實驗對象是動物細胞.利用臺盼藍對活動物細胞與以及死亡的動物細胞進行處理，發現活細胞不會著色，而死細胞卻變成了藍色.在學習細胞膜相關知識的時候，學生就已經知道染色是生物實驗中用來鑒別活細胞與死細胞的常用實驗方法，并且選擇透過性是活細胞的細胞膜的重要特征，因此學生只需要通過已學知識，就可以判斷出題目中所謂的染色排除法背后的生物學原理是活細胞的細胞膜能夠控制物質進出細胞.當學生利用U形管（如圖2所示）完成對同等質量濃度的蔗糖溶液與葡萄糖溶液的鑒別的時圖2 同等質量濃度的蔗糖溶液與葡萄糖溶液的鑒別候，可以發現該裝置的特點在于利用了半透膜，且該半透膜可以通過溶劑和葡萄糖分子，但是蔗糖分子無法透過.結合所學知識，學生可以快速想到與半透膜有關的滲透作用.因為根據所學知識可以知道，當存在半透膜且半透膜兩側溶液具有濃度差時就會發生滲透作用.因此，將等量的不同質量濃度的蔗糖溶液分別倒入U形管的左右兩側，經過一段時間后U形管的右側液面會先升高，但是最后會降下去，結合滲透作用的實驗原理就可以明白，右側液面升高是因為左側滲透進入右側的水分子更多，但是后來由于溶質分子會進入左側導致左側溶液濃度升高，進而促使從右側進入左側的水分子更多，最終導致右側液面下降左側液面升高.當學生能夠根據實驗現象以及所學生物學知識，挖掘該實驗背后的生物學基本原理后，那么可以推測出U形管左右兩側的溶液種類.由此可以發現，生物教材中的生物學理論知識就是生物實驗進行的根本依據，解答生物的實驗設計題也是考驗學生對于教材中基本原理知識遷移能力的具體體現，只有根據題目內容，快速提煉出相應的課本中的生物學理論知識，才能夠保證學生準確掌握實驗原理，進而完成相應的題目.

3 遵循實驗原則

在進行生物實驗的設計時，除了要結合相應的生物學基本原理，還要嚴格遵循一定的實驗規則.比如對照原則是生物實驗中最重要的規則之一，只有設置合適的實驗對照，才能夠有效避免無關變量對實驗精確度的影響，同時也能夠為實驗增加一定的說服力與可信度.其中，實驗組需要進行一定的處理，實驗變量需要根據實驗要求進行改變，而對照組則不能夠進行改變，進而完成實驗組與對照組之間科學的對比，得到相應的實驗結論.遵循對照原則，實驗又可以分成多種對照方式.

比如，空白對照實驗中，想要探究去棉鈴對于葉片的光合作用產生的影響時，研究人員需要選取多個已經產出棉鈴的棉花，對它們分別去除不同比例的棉鈴，完成對照和探究.其中空白對照組就是未去除棉鈴的植株，由圖3可以得出，該實驗的空白對照組的二氧化碳固定相對率為28%.空白對照能夠更加明顯地對比出在經過一定的實驗操作后，對照組與實驗組之間的不同和實驗組的變化，因而使實驗更加科學.生物實驗還可以對實驗對象進行自身對照，將所有的實驗操作只針對一個對象進行，因而不需要額外再設置對照組.圖3 去棉鈴對于葉片的光合作用產生的影響

再如，在進行動物激素的飼養時，實驗組是對動物飼養該種激素，但是條件對照組則需要飼養相應的抑制劑，如果再結合其他對照方式，則能夠進一步體現題目中自變量的作用.

4 明確實驗變量

作為生物實驗的核心因素，實驗步驟必須要圍繞實驗變量進行展開.當學生解答生物實驗設計題時，必須要把明確實驗變量，才能有效提升相關題目的正確率.想要明確實驗變量，首先要知道實驗變量通常為被改變和操作的實驗因素，實驗變量也是產生反應變量的根本原因.此外，生物實驗中還常常存在無關變量與額外變量.無關變量并不會改變實驗結果，即使無關變量發生了變化也仍然不會影響實驗結果.而額外變量會對反應產生一定的干擾.在對實驗中的變量進行分析的時候，就要根據以上原理將實驗中出現的變量進行分類.實驗變量多稱為自變量，而反應變量又多稱為因變量，自變量通常是實驗變化產生的原因，而因變量則是與其對應的實驗結果.

例如，在研究pH對某種酶的活性的影響時，結合坐標圖（如圖4， A、B、C 是不同pH溶液），則可以看出不同的pH和反應時間、對應的產物濃度也會不同，因此可以判斷出，該實驗的自變量為pH和反應時間，因變量就是反應濃度.無關變量有時也被稱為控制變量，因為在生物實驗中有很多因素都會對實驗的結果產生影響，因此無關變量則成為了除了自變量外還會對實驗產生影響的變量，生物實驗也會通過控制無關變量，實現減少實驗誤差的目的，進一步提升了該生物實驗的科學性和嚴謹性.

同一個變量在不同實驗中會擔當不同的身份，比如在實驗一（見表1）中，在探究溫度對于酶的活性的影響時，溫度是產生該實驗變化的原因，因此溫度是自變量，而單位時間內淀粉剩余的量則會因溫度的改變而發生改變，因此為因變量.分析到這里，就可以推測出其余變量是無關變量.所以當題目提問pH是什么變量時，學生就可以回答pH是實驗一的無關變量.而實驗二（見表2）則是為了探究過氧化氫酶在pH為多少時作用效果最好，因此pH就是實驗二的自變量，過氧化氫溶液完全分解消耗的時間就成了實驗的因變量.

總之，高中生物實驗設計類題目是進行人才選拔的有效考試題型，因此訓練學生形成正確的解答思路成為了許多教師在教學過程中的重點和難點.在解答相關題目的時候，學生首先要明確的就是該實驗對應的實驗目的和實驗原理，進而才能夠正確理解每個實驗步驟的設置目的和設計要求，同時也要在題目中對于實驗變量進行快速定位，這樣才能更加嚴謹地完成該類題型的解答.

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［責任編輯：季春陽］