高中生物探究實驗觀察指標的確定原則和策略

［摘 要］生物學是一門基于實驗的自然科學，而實驗觀察能力則是高中生必須具備的學科素養之一。在探究實驗中，觀察指標的確定和落實是一個非常關鍵的環節，直接關系到實驗能否成功。文章對高中生物探究實驗觀察指標的定義、分類、確定原則及策略進行了詳細的闡述，旨在為一線教師提供有益的參考。

［關鍵詞］探究實驗；觀察指標；確定原則

［中圖分類號］" " G633.91" " " " " " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " " " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）35-0092-03

高中生物探究實驗的一個重要組成部分是實驗因素在實驗對象身上所產生的效應。這些效應皆由實驗者依據各種具體且細化的指標進行觀察、測量而得出。為了確保實驗者能夠對實驗過程進行有效的監控和合理的評價，并準確分析實驗數據、預測實驗趨勢、推斷實驗結論，必須在實驗設計中確定并落實最佳的觀察指標。

一、觀察指標的定義

觀察指標是實驗設計的要素之一，它可以真實反映實驗變量作用于實驗對象后所產生的效應大小。觀察指標是實驗者對實驗結果進行評價的一個標準，是在觀察現象、提出假設的基礎上，依據既有的基礎知識和生活經驗研判而獲得的。換言之，只有通過對觀察指標的分析、推測和檢驗，才能合理推導出探究實驗的正確結論。

例如，在探究生物體維持pH穩定的實驗中，pH既是這個探究實驗的因變量，又是這個探究實驗的觀察指標。而在探究pH對過氧化氫酶活性的影響的實驗中，因變量是過氧化氫酶的活性。由于過氧化氫酶的活性不可以直接觀察，但過氧化氫分解得到的氧氣的量或燃燒程度可以觀察，因此觀察指標可設定為氧氣的量或燃燒程度。由此可見，對一個探究實驗而言，其觀察指標要么是這個實驗的因變量本身，要么是這個實驗的因變量的一種直觀體現。

二、觀察指標的分類

一般情況下，可以將觀察指標分為主觀指標和客觀指標兩類。

（一）主觀指標

主觀指標是指實驗者依據自身感官的主觀判斷而獲取的實驗對象所傳遞的物理信息（如顏色、形狀、聲音等）或化學信息（如氣味等）。例如，在探究葉綠素的合成是否需要光的實驗中，觀察指標是葉片的顏色變化，并據此判斷葉片內是否合成了葉綠素；在葡萄酒釀制成功與否的判斷中，觀察指標之一為是否散發酒香；在微生物的實驗室培養中，觀察指標則包括菌落的大小、形狀和顏色。

（二）客觀指標

客觀指標是指實驗者通過實驗工具或測量儀器進行計量或測量所獲得的各種實驗數據，這些數據通常包括體積的大小、數量的多少等。例如，在探究胰島素和生長激素對動物生長的影響的實驗中，因變量是動物的生長，而觀察指標則是通過實驗工具或測量儀器進行計量或測量所獲得的動物體長、體重等數據，依據這些數據可以判斷實驗動物的生長狀況?？陀^指標又可進一步細分為計數指標和計量指標。

1.計數指標

計數指標是指將研究對象產生的效應按照某種屬性或類別進行分組的指標。例如，在單克隆抗體的制備中，用96孔板培養和篩選雜交瘤細胞時，可以根據抗體檢測是否呈陽性（即分泌的抗體是否與抗原結合），將雜交瘤細胞分為陽性和陰性兩組，隨后清點統計各組細胞數。又如，在調查某隨機人群的血型分布特點時，可以按AB、O、A、B四種血型進行分組，然后統計各組的人數。計數指標的特點就是各組之間有質的不同而無量的差別。

2.計量指標

計量指標是指那些能夠在研究對象身上測量出不同程度效應的指標，其測量結果用數量大小來表示。如人的體溫、pH值、血糖、血壓、紅細胞數、心率、肺活量；植株的株高、胸徑，插條的根長、根數；種群的密度、出生率、死亡率、遷入率和遷出率；等等。

三、觀察指標的確定原則

探究實驗結論是基于觀察指標的分析和推導而得出的。因此，觀察指標的選擇將直接影響對實驗假設的判斷，可以說觀察指標的選擇是探究實驗中最關鍵的環節。如果觀察指標選擇不當，即使實驗設計周密、操作準確，結果的判斷也可能出現錯誤或偏差。因此，在選擇觀察指標時，應當遵循關聯性、客觀性、靈敏性、準確性、可操作性、科學性等原則。

（一）觀察指標的關聯性

關聯性要求所選擇的觀察指標必須與探究實驗有本質的內在聯系，并能準確反映實驗因素在實驗對象上的效應。這是選擇觀察指標的首要條件。有些指標的關聯性比較容易確定，如在研究某種激素對動物生長發育的影響時，激素處理前后實驗動物的體長和體重就是關聯性較強的指標。而有些指標的關聯性則不那么明顯，如在探究DNA分子的復制方式時，觀察指標是離心帶的位置和數量，而非學生常誤以為的放射性強度。又如在用放射性同位素示蹤法探究T2噬菌體的遺傳物質時，觀察指標應該是宿主細胞裂解后釋放出來的子代病毒的放射性，而非攪拌離心后得到的上清液和沉淀物的放射性。

（二）觀察指標的客觀性

客觀性是選擇觀察指標時應遵循的另一個重要原則。探究實驗的觀察指標分為主觀指標與客觀指標。客觀指標是指能客觀記錄、不易受主觀因素影響的指標，如體長、體重、血壓、血糖、血脂、株高、萌發率、酸堿度、滲透壓、表現型比例等。主觀指標則是通過探究者主體感官獲取的顏色、形狀、硬度、粗糙度、氣味和聲音等特性。在探究實驗中，應盡可能選擇客觀指標，盡量避免模糊、不確定的指標。即使選擇客觀指標，也有可能遇到判斷主觀性的問題，如DNA的X射線衍射圖譜和電泳圖譜雖然是客觀的，但判斷時可能存在主觀性。對于這種情況，必須制訂明確的判斷標準。

（三）觀察指標的靈敏性

觀察指標的靈敏性是指實驗方法能夠檢測到的指標的最低水平，這是影響實驗效應的一個重要因素。靈敏性高的指標能夠準確地反映出研究對象出現的微量效應變化。觀察指標靈敏性的提高主要依靠檢測方法和儀器的改進。例如，電子顯微鏡的發明能幫助我們觀察到細胞的微細結構；放射性同位素示蹤法能幫助我們追蹤原子的轉移途徑；差速離心法能幫助我們分離不同大小的細胞器；密度梯度離心技術則能幫助我們確定DNA的半保留復制方式。

（四）觀察指標的準確性

觀察指標的準確性是指測定結果與真實結果（真值）的符合程度和接近程度。測定結果越接近真值，準確性就越高。為了提高觀察指標的準確性，可用已知的標準樣本對測量儀器進行檢驗和校正，而對于一種新的測定方法，也需要通過將其測得值與已掌握的真值進行比較來判定其準確性。此外，多次重復觀察測量并取平均值也是減少實驗誤差，提高指標準確性的有效方法。需要注意的是，預實驗雖然有助于優化實驗設計和流程，但并不能減少實驗誤差或提高觀察指標的準確性。

（五）觀察指標的可操作性

在高中生物探究實驗中，觀察指標的可操作性是指將抽象的實驗因變量轉化為可觀察、可測量、可操作的指標特征，以便從具體的行為、特征、指標上對實驗進行描述和操作。?觀察指標的可操作性是確保實驗結果準確性和可重復性的關鍵。在選擇實驗觀察指標時，應確保所選指標符合實驗步驟和實驗要求，且易于進行檢測和測量操作。如果檢測和測量步驟復雜煩瑣，就會降低實驗目標的達成率，不利于實驗的順利完成。例如，在探究植物葉片粗大變異是基因突變還是染色體變異（多倍體）的結果時，最簡單、最具操作性的方法就是切取葉片制成裝片，并觀察有絲分裂中期的染色體數目來判斷變異來源。如果選擇其他觀察指標，不僅會增加實驗難度，還會降低可操作性。

（六）觀察指標的科學性

科學性原則要求選擇的觀察指標必須是準確的、符合科學原理的，不受實驗者個人主觀意志的影響，且應能準確反映并達到預期的實驗目標。例如，在探究植物細胞的吸水和失水的實驗中，不能選擇細胞壁的位置變化作為觀察指標，因為細胞壁的伸縮性很小，難以通過觀察其位置變化來判斷是否發生質壁分離；在觀察根尖分生組織細胞有絲分裂的實驗中，不能以紡錘絲牽引的染色體運動作為觀察指標，因為解離之后的細胞已經死亡，無法產生紡錘絲牽引的染色體運動；在探究作物對同一種營養液（以硝酸銨為唯一氮源）中的NH[+4]和NO[-3]的吸收偏好性時，不能簡單地以植物的長勢作為觀察指標，因為植物長勢與吸收NH[+4]和NO[-3]的多少（即偏好性）之間的內在聯系尚不明確，而應以植物水培后營養液中NH[+4]和NO[-3]的剩余量作為觀察指標；在用放射性同位素標記的氨基酸來探究分泌蛋白合成、加工、運輸和分泌的途徑時，如果僅以放射性強度作為觀察指標，則只能判斷分泌蛋白的合成量和分泌量，而無法推測其具體的合成、加工、運輸和分泌的途徑，因此科學的觀察指標應該是放射性出現的部位。

綜上所述，要想準確選擇實驗觀察指標，就必須充分考慮關聯性、客觀性、靈敏性、準確性、可操作性和科學性這六個方面，以確保實驗的準確性與可靠性。此外，實驗者在選擇實驗觀察指標時，還需根據實際實驗情況，靈活調節觀察指標的參數選擇。不同的實驗，觀察指標往往不同，因此在探究實驗的實際操作過程中，實驗者務必根據具體的實驗要求和需要，選擇能夠準確反映實驗內容的實驗觀察指標。

四、觀察指標的確定策略

從某種意義上說，高中生物探究實驗的核心任務就是解決“怎么干”和“看什么”的問題。如果說抓住自變量落實分組對照是解決“怎么干”的問題，那么抓住因變量落實觀察指標就是解決“看什么”的問題。確定觀察指標的具體策略有以下兩種。

（一）抓住因變量落實觀察指標

觀察指標通常是探究實驗的因變量本身，或者是因變量的一種直觀體現。因變量是隨著自變量的變化而直接發生變化的量，因此抓住探究實驗的因變量是確定觀察指標的關鍵環節。例如，在探究胰島素對血糖的影響的實驗中，胰島素是自變量，血糖是因變量。通常情況下，可以直接將血糖作為該實驗的觀察指標（客觀指標）。然而，在某些情況下，需要選擇實驗動物注射胰島素前后的癥狀（主觀指標）作為觀察指標來驗證胰島素的降血糖效果。又如，在探究某藥物對細胞癌變的影響的實驗中，自變量是有無某藥物，因變量是細胞的癌變情況。由于細胞的癌變情況難以直接觀察，因此需要將因變量的直觀表現方式（如細胞數量和形態結構的變化）作為觀察指標。再如，在探究植物細胞的吸水和失水的實驗中，因變量是細胞的失水和吸水情況。由于細胞的吸水和失水情況無法直接觀察，需要將因變量的直觀表現方式（如原生質體的體積變化）作為觀察指標。

（二）依據實驗類型細化觀察指標

根據實驗結果的性質，可以把探究實驗分為定性實驗和定量實驗。定性實驗是測定研究對象是否具有某種性質、某種成分，以及這些成分之間的聯系方式、結構和規律性的一種實驗方法。定量實驗是指為了獲取實驗對象在數量方面的參數而進行的實驗。實驗結果具有確定的數值和量值，可以與已有的參數和量值進行比較，從而得出相應的結論。簡言之，定量實驗主要研究的是實驗對象的性質、成分和影響因素之間的數量關系。測量是定量實驗的重要手段和方法。

1.定性實驗觀察指標的確定

定性實驗從性質上對實驗對象進行判別，通常通過選擇、判斷的形式來回答“是不是”“有沒有”“對不對”和“要不要”等問題。定性實驗是定量實驗的基礎。一個能夠反映定性實驗自變量與因變量之間內在聯系的指標，可以作為這個定性實驗的觀察指標。

2.定量實驗觀察指標的確定

在定量實驗中，觀察指標必須能夠體現數量或數值的變化，即必須是客觀、可量化的指標。這些指標能夠準確地反映自變量與因變量之間的數量關系，為實驗結論的得出提供有力支持。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

[1]" 戴舒玥.如何確定探究實驗的觀測指標[J].生物學教學，2016，41（12）：58-59.

（責任編輯" " 羅" " 艷）