李煒

摘 要：本文總結(jié)了生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中包含的轉(zhuǎn)化思想，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)概述轉(zhuǎn)化的作用、形式、方法，這有助于學(xué)生更好地總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)律，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰w移。

關(guān)鍵詞：中學(xué)生物； 實(shí)驗(yàn)； 轉(zhuǎn)化

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2013）08-029-002

轉(zhuǎn)化和比較（類(lèi)比）是兩種重要的遷移能力，特別是轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化是一種重要的學(xué)術(shù)思想，是科學(xué)的方法論，廣泛應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域。通過(guò)轉(zhuǎn)化，可以化繁為簡(jiǎn)、化隱為顯、化定性為定量，在未知和已知間建立橋梁和紐帶，有時(shí)可化腐朽為神奇?？梢哉f(shuō)幾乎每一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)都包含轉(zhuǎn)化，實(shí)驗(yàn)的整體思路通過(guò)轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)變量的選擇通過(guò)轉(zhuǎn)化確定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察通過(guò)轉(zhuǎn)化確定觀察指標(biāo)和內(nèi)容。沒(méi)有轉(zhuǎn)化，就沒(méi)有精巧的實(shí)驗(yàn)，就沒(méi)有生物學(xué)的發(fā)展；所謂實(shí)驗(yàn)之巧妙，就巧在轉(zhuǎn)化上。轉(zhuǎn)化包括轉(zhuǎn)化思想和轉(zhuǎn)化方法。

一、轉(zhuǎn)化在生物實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)上的應(yīng)用

生物實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都可能需要轉(zhuǎn)化，無(wú)論是設(shè)計(jì)思路，原理，方法、觀察指標(biāo)等。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的轉(zhuǎn)化

噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)就是運(yùn)用轉(zhuǎn)化思想獲得成功的著名例子。想單獨(dú)觀察DNA和Pr在遺傳中作用，但又不能用提取法將兩者徹底分離開(kāi)，怎么辦？轉(zhuǎn)化一下思路，不從空間距離上分離，而是分別給它們打上特殊標(biāo)記，這樣在生物原生態(tài)條件下去觀察DNA和蛋白質(zhì)的遺傳角色，要比機(jī)械分離后再去觀察它們作用更符合生命的本原規(guī)律。

逆向思維也是一種轉(zhuǎn)化。在用傘藻為實(shí)驗(yàn)材料探究核質(zhì)比大小與細(xì)胞分裂關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)，有人提出假說(shuō)，核質(zhì)比只有小到一定程度細(xì)胞才分裂。并且還做了如下實(shí)驗(yàn)：在傘帽已經(jīng)長(zhǎng)出，核將要分裂時(shí)，將傘帽切去，核的分裂就受到抑制，直到新的傘帽再生出來(lái)，核才恢復(fù)分裂。假如再設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)作為對(duì)照和補(bǔ)充，則設(shè)計(jì)思路反其道而行之：在傘帽未長(zhǎng)出，核未分裂時(shí)，給其嫁接上一個(gè)長(zhǎng)成的傘帽，則原不該分裂的細(xì)胞核就開(kāi)始分裂了。

2.實(shí)驗(yàn)原理的轉(zhuǎn)化

確定什么樣的物質(zhì)屬遺傳物質(zhì)也包含了轉(zhuǎn)化?？刂粕镄誀畹奈镔|(zhì)是遺傳物質(zhì)，一定在生物體內(nèi)，一定是六類(lèi)化合物中的一種。

艾弗里：能使R菌發(fā)生轉(zhuǎn)化（R菌S菌）的物質(zhì)是遺傳物質(zhì)。蔡斯·赫爾希：能在噬菌體的親子代間起連接作用的物質(zhì)（即在親子代間能保持連續(xù)的物質(zhì)）是遺傳物質(zhì)，這樣就將噬菌體中誰(shuí)是遺傳物質(zhì)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化成噬菌體侵染細(xì)菌時(shí)誰(shuí)進(jìn)入大腸桿菌的問(wèn)題，誰(shuí)進(jìn)入大腸桿菌誰(shuí)就是在噬菌體的親子代間保持連續(xù)性的物質(zhì)，就是控制噬菌體性狀的物質(zhì)，就是遺傳物質(zhì)。

3.實(shí)驗(yàn)方法的轉(zhuǎn)化

3.1類(lèi)比法。模擬實(shí)驗(yàn)就是典型的方法轉(zhuǎn)化，它采用的是類(lèi)比法。受條件限制，不能直接驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此用相似的事物類(lèi)比，將結(jié)果直接遷移到實(shí)際問(wèn)題中。如中學(xué)教材中的標(biāo)志重捕法和基因分離規(guī)律的模擬等，此外還可以創(chuàng)新出很多模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)，如模擬探究細(xì)胞表面積與體積的關(guān)系：

實(shí)驗(yàn)原理 酚酞遇NaOH呈紅色

瓊脂塊大小模擬細(xì)胞大小

物質(zhì)擴(kuò)散體積與總體積之比表示物質(zhì)運(yùn)輸效率

結(jié)果討論：1）從瓊脂塊的顏色變化可知NaOH擴(kuò)散到多深；2）在相同時(shí)間內(nèi)，NaOH在不同大小的瓊脂塊內(nèi)擴(kuò)散的深度基本相同，說(shuō)明NaOH在每一瓊脂塊中擴(kuò)散的速度是相同的。

結(jié)論：NaOH擴(kuò)散的體積與整個(gè)瓊脂塊的體積之比隨瓊脂塊的增大而減小。

遷移轉(zhuǎn)化：實(shí)驗(yàn)知細(xì)胞長(zhǎng)大到一定體積就會(huì)分裂，原因受到細(xì)胞表面積與體積的制約（細(xì)胞體積越大，其相對(duì)表面積越小，細(xì)胞與周?chē)h(huán)境間物質(zhì)交換的面積相對(duì)越小，物質(zhì)運(yùn)輸?shù)男试降?。?/p>

3.2間接法。例如恩格爾曼證明葉綠體是光合作用的場(chǎng)所實(shí)驗(yàn)，他不是直接檢測(cè)葉綠體是否能產(chǎn)生氧氣，或直接檢測(cè)氧氣的來(lái)源，而是觀察好氧菌或厭氧菌在巨大的水綿細(xì)胞的周?chē)姆植嘉恢脕?lái)判斷氧氣的來(lái)源。這就是化直接為間接，曲線求解。

轉(zhuǎn)化如同幾何中的輔助線，將微觀化宏觀，將不可能觀察到的轉(zhuǎn)化為可觀察的。如微生物生長(zhǎng)，將測(cè)個(gè)體生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為測(cè)群體生長(zhǎng)；另植物的蒸騰作用、植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收等，其量的多少也都不方便直接測(cè)量，但我們可測(cè)定試管中的剩余量，用總量減去剩余量即為所求量。

二、轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中的變量，便于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的觀察

幾乎所有試驗(yàn)都要對(duì)變量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這樣才能控制實(shí)驗(yàn)變量和無(wú)關(guān)變量，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和記錄，使很多只能定性觀察的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成定量實(shí)驗(yàn)，使不具操作性的思想理論轉(zhuǎn)化為具操作性、可控性的實(shí)驗(yàn)。

1.實(shí)驗(yàn)變量的轉(zhuǎn)化

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一是找準(zhǔn)變量，即要確定實(shí)驗(yàn)變量和無(wú)關(guān)變量，分清反應(yīng)變量和額外變量。探究或驗(yàn)證某一問(wèn)題時(shí)可選擇的自變量（實(shí)驗(yàn)變量）雖然很多，但不是所有自變量都符合實(shí)驗(yàn)要求。只有最易控制、最易操作、其量值最易調(diào)控的實(shí)驗(yàn)變量才是我們要找的實(shí)驗(yàn)變量。例如探究酶的相關(guān)實(shí)驗(yàn)有時(shí)需要控制酶量成梯度的變化，可將酶量控制轉(zhuǎn)化為生物量控制，即用生物量代替酶量，如過(guò)氧化氫酶量成梯度的變化可通過(guò)土豆片的多少來(lái)控制：一片土豆、兩片土豆、三片……

再如探索光照、溫度、二氧化碳對(duì)光合作用的影響。想定性研究光強(qiáng)如何影響光合作用強(qiáng)度：一般不是在100LX， 200LX，300LX……等具體光強(qiáng)數(shù)值的條件下去測(cè)量光合作用強(qiáng)度，因?yàn)榫_的光強(qiáng)大小很難控制，一般采用在一只固定功率的燈泡（如100W）外蒙一層，二層，三層……紗布或移動(dòng)這只燈泡使其與葉片的距離為1，2，3……米等方法去控制光強(qiáng)大小；光合強(qiáng)度大小一般也不是用單位時(shí)間內(nèi)二氧化碳的吸收量表示的，而是根據(jù)所給條件靈活用其它指標(biāo)替代，比如可用溶液中指示劑的褪色程度來(lái)表示。

例實(shí)驗(yàn)原理：抽出葉肉細(xì)胞間隙的空氣，充以水分，會(huì)使葉片沉于水中。氧氣在水中溶解度小，光合作用放出的氧氣在細(xì)胞間隙積累，使葉片上浮。上浮所需的時(shí)間可作為光合作用強(qiáng)弱的比較依據(jù)。材料用具：蠶豆植株、打孔器、注射器、小燒杯、清水、恒溫水浴鍋、日光燈、溫度計(jì)、秒表等。本實(shí)驗(yàn)不僅可探究光照對(duì)光合作用的影響，也能探究溫度等對(duì)光合作用的影響。（下轉(zhuǎn)第63頁(yè)）

（上接第29頁(yè)）這里無(wú)論是實(shí)驗(yàn)變量還是反應(yīng)變量都需經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化才能被控制和測(cè)量。

2.觀察指標(biāo)的轉(zhuǎn)化

實(shí)驗(yàn)變量改變了，實(shí)驗(yàn)結(jié)果必然改變，觀察對(duì)象必然調(diào)整。即實(shí)驗(yàn)變量的轉(zhuǎn)化必然導(dǎo)致觀察指標(biāo)轉(zhuǎn)化。上文中用葉片上浮所需時(shí)間表示光合作用強(qiáng)度，實(shí)質(zhì)就體現(xiàn)了觀察指標(biāo)的轉(zhuǎn)化。若直接測(cè)光合強(qiáng)度，不僅器材繁多，方法更復(fù)雜。

再如某小組開(kāi)展“不同濃度香煙對(duì)水蚤心率的影響”研究。他們已將香煙和蒸餾水按1：1的重量比浸泡24小時(shí)，過(guò)濾后的濾液作為原液。請(qǐng)你為小組確定一項(xiàng)觀測(cè)指標(biāo)，配置關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)器材，并設(shè)計(jì)一張表格用于數(shù)據(jù)記錄。則觀察指標(biāo)應(yīng)為水蚤每分鐘心跳次數(shù)。

分析：香煙浸出液對(duì)水蚤影響是多方面的，包括活動(dòng)強(qiáng)度、代謝速率、體積變化、單位時(shí)間內(nèi)死亡數(shù)……等，但這些指標(biāo)都不具可度量性。而觀測(cè)其心率只需顯微鏡、秒表等簡(jiǎn)單器材即可實(shí)現(xiàn)。

另外在恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)中，將產(chǎn)生氧氣的位置轉(zhuǎn)化為觀察好氧菌的分布位置也是巧妙的指標(biāo)轉(zhuǎn)化。

小結(jié)：如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化呢？首先要有轉(zhuǎn)化意識(shí)，不能在一棵樹(shù)上吊死，通過(guò)嘗試已經(jīng)走進(jìn)死胡同了，就要變革，轉(zhuǎn)換思路，另辟蹊徑，因此心中要有轉(zhuǎn)化概念，要想到創(chuàng)新，逆向思考，追尋隱含條件，尋找替換的信息。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的轉(zhuǎn)化，主要是尋找替代材料和替代方法，如模擬法就是很好的替代方法；其次要了解轉(zhuǎn)化的常見(jiàn)形式和方法。轉(zhuǎn)化的核心是等價(jià)替換，其形式多種多樣，如等量傳遞、定性定量等價(jià)替換，也可以說(shuō)是定量定性轉(zhuǎn)化，直接間接轉(zhuǎn)化，精確問(wèn)題模糊化、類(lèi)比轉(zhuǎn)化、特征轉(zhuǎn)化。

另外要完成轉(zhuǎn)化必須選擇合適的轉(zhuǎn)化點(diǎn)，溝通新舊知識(shí)的聯(lián)系，化新為舊，將新知識(shí)轉(zhuǎn)化為已有的知識(shí)來(lái)解決。中學(xué)生物中很多探究實(shí)驗(yàn)都是舊實(shí)驗(yàn)（教材實(shí)驗(yàn)）的拓展延伸綜合，思路、原理、方法步驟等都可能似曾相識(shí)，可以借鑒類(lèi)比。比如各種顯微觀察類(lèi)實(shí)驗(yàn)操作步驟相似；質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)可拓展為測(cè)細(xì)胞液濃度，低溫誘導(dǎo)植物多倍體形成和用洋蔥根尖觀察細(xì)胞有絲分裂、觀察染色體結(jié)構(gòu)變異等步驟幾乎相同。各種生理類(lèi)實(shí)驗(yàn)也都可相互比較，從而找出共性，促進(jìn)知識(shí)和技能的遷移。溝通新舊知識(shí)聯(lián)系的轉(zhuǎn)化點(diǎn)（交點(diǎn)）往往是一個(gè)隱含條件，它可以是隱含在題中的一個(gè)等量關(guān)系，就需化隱為顯；也可能是眾所周知的科學(xué)事實(shí)，無(wú)需特別指明，如大群體中男女?dāng)?shù)相等，雌雄配子自由組合等。在解隱蔽題時(shí)我們必須充分挖掘這些隱含條件，有目的地使用這些隱含條件，才能找到問(wèn)題的突破口，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的轉(zhuǎn)化；有時(shí)還需化整為零，即將一個(gè)大問(wèn)題分解成若干小問(wèn)題。