王科慧

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題是高考考查形式中非常穩(wěn)定的一種題型，能考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)、探究、創(chuàng)新、綜合運(yùn)用等各方面的能力以及進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想和方法，能較好地體現(xiàn)當(dāng)前生物新課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與探究過程、勤于動(dòng)手和動(dòng)腦，重在培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，在近年高考中頻頻出現(xiàn)。生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的能力要求高，難度較大，學(xué)生往往感到比較困難，得分率較低，現(xiàn)根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)將學(xué)生在解答實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題中常見的錯(cuò)誤進(jìn)行剖析。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康臅鴮懖灰?guī)范

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖侵敢骄炕蛘唑?yàn)證的問題或事實(shí)，在實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡姆Q述中，一般采用敘述的形式。根據(jù)實(shí)驗(yàn)類型可將實(shí)驗(yàn)分為探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。探究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕翘剿餮芯繉?duì)象的屬性、特征以及與其他因素的關(guān)系；而驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕球?yàn)證已知研究對(duì)象的屬性、特征以及與其他因素的關(guān)系。學(xué)生往往因?yàn)椴幻鞔_實(shí)驗(yàn)?zāi)康木烤挂獙懯裁炊霈F(xiàn)書寫不規(guī)范無法得分的情況。

【例1】 為了探究某物質(zhì)（X）的作用，研究者提出了以下實(shí)驗(yàn)思路：

（1） 實(shí)驗(yàn)分組：

甲組：培養(yǎng)液+Y細(xì)胞+3H-Tdr(3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷)+生理鹽水；

乙組：培養(yǎng)液+Y細(xì)胞+3H-Tdr+X（用生理鹽水配制）。

每組設(shè)置若干個(gè)重復(fù)樣品。

（2） 分別測(cè)定兩組的CRD（細(xì)胞內(nèi)的放射性強(qiáng)度），求每組的平均值。

（3） 將各樣品在適宜條件下培養(yǎng)合適時(shí)間后，測(cè)定CRD，求每組平均值并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。（要求與說明：答題時(shí)用X、CRD、3H-Tdr表示相關(guān)名詞，Y細(xì)胞是能增殖的高等動(dòng)物體細(xì)胞）請(qǐng)回答：

（1） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模骸?/p>

（2） 預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：。

（3） 實(shí)驗(yàn)中采用3H-Tdr的原因是：。

答案：（1） 探究X對(duì)Y細(xì)胞增殖（DNA的合成）的影響

（2） 如果乙組CRD明顯高于甲組，說明X對(duì)Y細(xì)胞增殖有促進(jìn)作用

如果乙組CRD與甲組基本相同，說明X對(duì)Y細(xì)胞增殖無影響

如果乙組CRD明顯低于甲組，說明X對(duì)Y細(xì)胞增殖有抑制作用

（3） 3H-Tdr是DNA合成的原料之一，可根據(jù)CRD變化判斷細(xì)胞增殖情況

1.1 常見錯(cuò)誤

“X物質(zhì)對(duì)細(xì)胞生長的影響”；“X物質(zhì)對(duì)Y細(xì)胞的作用”；“X物質(zhì)對(duì)Y細(xì)胞吸收3H-Tdr的影響”；“X物質(zhì)對(duì)高等動(dòng)物的影響”；“X物質(zhì)對(duì)CRD的影響”；“X物質(zhì)能否促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)CRD的合成”。

1.2 應(yīng)對(duì)策略

實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹幸话銘?yīng)呈現(xiàn)出以下三種信息：

（1） 探究因素（自變量）:X物質(zhì)。

（2） 實(shí)驗(yàn)對(duì)象:細(xì)胞。

（3） 觀察目標(biāo)（因變量）:增殖情況。

所以探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊话憧梢蕴子靡韵赂袷剑禾骄孔宰兞繉?duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象、觀察目標(biāo)的影響。而該題中學(xué)生在答題時(shí)主要沒有準(zhǔn)確找到觀察目標(biāo)，出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤指標(biāo)如“細(xì)胞的生長”、“高等動(dòng)物的影響”等。確定觀察目標(biāo)是要根據(jù)題目中所給的信息，通過實(shí)驗(yàn)思路可以看出甲、乙兩組分別為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)變量為X物質(zhì)。但甲乙兩組又同時(shí)加入了3H-Tdr（3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷），根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，3H-Tdr應(yīng)該用于DNA的合成，自然觀察目標(biāo)也就是DNA的合成，或者發(fā)生DNA合成的時(shí)期——細(xì)胞的增殖，所以觀察目標(biāo)也就是因變量為細(xì)胞的增殖。

2 實(shí)驗(yàn)原理書寫不規(guī)范

實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的依據(jù)和思路，是實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的科學(xué)理論，同時(shí)也是檢測(cè)結(jié)果的理論依據(jù)，既體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的整體思路，也包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果出現(xiàn)的原因以及重要實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)的根據(jù)等。在答題時(shí)如果學(xué)生不理解何為實(shí)驗(yàn)原理，很難得分。

【例2】 為了驗(yàn)證胰島素具有降低血糖的作用，以小鼠活動(dòng)狀況為觀察指標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案如下：

① 將正常小鼠隨機(jī)分成A、B兩組，觀察并記錄其活動(dòng)狀況。② A組小鼠注射適量胰島素溶液，B組注射等量生理鹽水。一段時(shí)間后，A組小鼠會(huì)出現(xiàn)四肢無力，活動(dòng)減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，B組活動(dòng)狀況無變化。③ A組小鼠出現(xiàn)低血糖癥狀后，分別給A、B兩組小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段時(shí)間后，A組小鼠低血糖癥狀緩解，B組活動(dòng)狀況無變化。

該實(shí)驗(yàn)方案可以說明胰島素具有降低血糖的作用。

請(qǐng)回答：該實(shí)驗(yàn)的原理是什么？

答案：胰島素具有降低血糖的作用。體內(nèi)胰島素含量過高時(shí)，引起血糖下降，機(jī)體出現(xiàn)活動(dòng)減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，此癥狀可以通過補(bǔ)充葡萄糖溶液得到緩解。

2.1 常見錯(cuò)誤

錯(cuò)將實(shí)驗(yàn)原理寫成實(shí)驗(yàn)原則：如單一變量原則、對(duì)照原則，沒有理解實(shí)驗(yàn)原理的實(shí)質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)原理不完整：如只回答胰島素具有降低血糖的作用。

觀察指標(biāo)闡述錯(cuò)誤：本題中已經(jīng)明確指出以小鼠活動(dòng)狀況為觀察指標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，但很多學(xué)生還是把觀察指標(biāo)寫成直接檢測(cè)血糖濃度。

2.2 應(yīng)對(duì)策略

實(shí)驗(yàn)原理可以從以下3個(gè)方面來書寫：

（1） 自變量作用的科學(xué)依據(jù)：實(shí)驗(yàn)中涉及到的科學(xué)依據(jù)必須是經(jīng)人證明的科學(xué)理論，往往來源于書本。如，胰島素能降低血糖濃度；還原糖與斐林試劑加熱時(shí)產(chǎn)生磚紅色的沉淀；淀粉遇碘變藍(lán)。

（2） 因變量獲得的原理。因變量是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果出現(xiàn)的原因，如本題中胰島素含量過高，引起血糖下降，機(jī)體出現(xiàn)活動(dòng)減少，甚至昏迷等低血糖癥狀，此癥狀可以通過補(bǔ)充葡萄糖溶液得到緩解。如在驗(yàn)證甲狀腺具有促進(jìn)動(dòng)物新陳代謝的作用時(shí)，甲狀腺激素能促進(jìn)新陳代謝，加速體內(nèi)物質(zhì)的氧化分解，從而使耗氧量和活動(dòng)量加大。

（3） 因變量檢測(cè)的方法：如觀察特異顏色變化、溶液渾濁度、沉淀和氣泡現(xiàn)象；觀察形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理特征變化；測(cè)量生長發(fā)育速度；測(cè)量生化反應(yīng)速度等。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析不到位

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)出現(xiàn)的，通常伴有一定的現(xiàn)象。在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中結(jié)果是在預(yù)料中的，無需再預(yù)測(cè)；而探究性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)該對(duì)應(yīng)假設(shè)，分類討論，而且要根據(jù)預(yù)測(cè)的不同結(jié)果得出相應(yīng)的結(jié)論。以例1第二小題為例，通常有3種可能：如果出現(xiàn)現(xiàn)象①說明自變量促進(jìn)因變量；如果出現(xiàn)現(xiàn)象②說明自變量抑制因變量；如果出現(xiàn)現(xiàn)象③說明自變量與因變量無關(guān)。

3.1 常見錯(cuò)誤

學(xué)生對(duì)結(jié)果的分析不全面，不能把所有的情況都寫出來，可能原因是沒有真正理解題目的要求或者對(duì)于探究性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與結(jié)論不能正確把握。

在回答時(shí)學(xué)生容易將結(jié)果與結(jié)論的關(guān)系倒置，如“如果X對(duì)Y細(xì)胞增殖（DNA合成）有抑制作用，說明乙組CRD明顯高于甲組”。

3.2 應(yīng)對(duì)策略

一般探究性結(jié)果不是唯一，需要分類討論，需要把所有的可能都寫出來，而驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是已知的、確定的，不需要進(jìn)行討論。因此學(xué)生在寫預(yù)期結(jié)果與結(jié)論時(shí)，應(yīng)首先明確到底是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)。如果是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)結(jié)果就是唯一的，如果是探究性實(shí)驗(yàn)，討論的是所有可能發(fā)生的情況，而討論的形式是“如果出現(xiàn)……現(xiàn)象，則說明……結(jié)論”。通過結(jié)果來得出結(jié)論，結(jié)果應(yīng)該寫在結(jié)論之前。

總之，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，教師首先應(yīng)該注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，分析實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，多進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，多動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。其次要督促學(xué)生重視課本實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí)，掌握書本知識(shí)是提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)。最后應(yīng)該在平時(shí)解題時(shí)要求學(xué)生嚴(yán)格遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，認(rèn)真確定課題名稱，依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，規(guī)范書寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果。