葉繼慧

摘要：高考實(shí)驗(yàn)題的設(shè)計(jì)，正在由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向探究性實(shí)驗(yàn)的方向發(fā)展。本文主要討論了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本解題思路，希望可以為學(xué)生學(xué)習(xí)生物實(shí)驗(yàn)提供良好的借鑒。

關(guān)鍵詞：生物實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；解題思路

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2014）09-0103

高考實(shí)驗(yàn)題的設(shè)計(jì)，正在由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向探究性實(shí)驗(yàn)的方向發(fā)展。那么，學(xué)生如何才能答好生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，取得滿意的分?jǐn)?shù)呢？這就要求學(xué)生了解完整的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路和技巧，在理科綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰y(cè)試中做到有據(jù)可依、有法可循、總體考慮、綜合分析，從而達(dá)到事半功倍、獲得高分的效果。筆者結(jié)合自己近幾年的教學(xué)實(shí)踐，談?wù)勆飳?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的基本解題方法和思路。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理、選擇實(shí)驗(yàn)器材、安排實(shí)驗(yàn)步驟、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理的方法及分析實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象等。在高中理科卷中由于受時(shí)間和卷面的限制，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力考查無(wú)法面面俱到，往往呈現(xiàn)出的是考查實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)、續(xù)寫(xiě)或修改，或者是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分析，或者是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的加工和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，或者是考查實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期與討論，或者是實(shí)驗(yàn)裝置的檢驗(yàn)或改進(jìn)等。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

一個(gè)較完整的實(shí)驗(yàn)方案一般應(yīng)包括：明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹_定實(shí)驗(yàn)變量→分析實(shí)驗(yàn)原理→提出實(shí)驗(yàn)假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟→預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果→得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本解題思路

1. 明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，分清?shí)驗(yàn)類(lèi)型

明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪且濉白鍪裁础钡膯?wèn)題，即探究或者驗(yàn)證生物學(xué)的現(xiàn)象或原理。明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟拍苊鞔_運(yùn)用哪一原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，才能明白實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中哪些因素是實(shí)驗(yàn)變量。例如在“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)是RNA而不是蛋白質(zhì)”時(shí)，此實(shí)驗(yàn)的原理或?qū)嶒?yàn)思路與教材中“肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)”、“噬菌體侵染細(xì)菌實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)原理相同。因此，學(xué)生可采用與教材中相似的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想：將煙草花葉病毒的RNA和蛋白質(zhì)分開(kāi)，單獨(dú)觀察它們的作用。再如在“探索溫度對(duì)酶活性影響的實(shí)驗(yàn)”中，探討的問(wèn)題是溫度與酶活性之間的關(guān)系，那么在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，“溫度”這一因素就是實(shí)驗(yàn)變量。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一般有兩種類(lèi)型：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具有明確的結(jié)果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證；而探究性實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果是未知的或不確定的，應(yīng)針對(duì)多種可能分別加以考慮和分析，得到相關(guān)的結(jié)論。如2012年高考全國(guó)大綱卷第33題“探究PH值對(duì)人唾液淀粉酶活性的影響”就屬于探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2. 找出兩類(lèi)變量

確定對(duì)照類(lèi)型找出兩類(lèi)變量。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，變量是指可被操縱的特定因素或條件。跟據(jù)其在實(shí)驗(yàn)中的作用，可分為兩類(lèi)：

第一類(lèi)是自變量和因變量。自變量指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者操縱的因素或條件。因變量指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量引起的變化和結(jié)果。通常自變量是原因，因變量是結(jié)果，兩者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如在“唾液淀粉酶水解實(shí)驗(yàn)”中，所給定的低溫、適溫和高溫是自變量，而由于低溫、適溫和高溫條件的變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是因變量，該實(shí)驗(yàn)可解釋溫度變化與酶的活性的因果關(guān)系。

第二類(lèi)是無(wú)關(guān)變量。無(wú)關(guān)變量指實(shí)驗(yàn)中除自變量外的影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素或條件。如：唾液淀粉酶水解實(shí)驗(yàn)中除自變量以外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、可溶性淀粉的濃度和純度、試劑溶液的劑量、實(shí)驗(yàn)操作程序、溫度處理的時(shí)間長(zhǎng)短等，都屬于無(wú)關(guān)變量。如果無(wú)關(guān)變量的任何一個(gè)或幾個(gè)因素或條件，對(duì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的給定不等同、不均衡、不穩(wěn)定，則會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾，產(chǎn)生誤差。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作中，教師應(yīng)盡量減少無(wú)關(guān)變量，而且在不同的實(shí)驗(yàn)組中，無(wú)關(guān)變量應(yīng)完全相同。這樣就會(huì)避免實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異是由于無(wú)關(guān)變量引起的可能性，便于清晰地研究自變量與因變量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量很多，教師必須嚴(yán)格控制，平衡與消除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是消除無(wú)關(guān)變量影響的有效方法。

3. 確定對(duì)照類(lèi)型

通過(guò)設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，既可排除無(wú)關(guān)變量的干擾，又增強(qiáng)了對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)服力。在一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，可包括實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組是接受自變量處理的對(duì)象組，對(duì)照組是不接受自變量處理的對(duì)象組，一般是隨機(jī)決定的。如在“探究光對(duì)種子萌發(fā)的影響”中，接受光處理的種子是實(shí)驗(yàn)組，不接受光處理的種子為對(duì)照組。設(shè)置對(duì)照通常有以下四種方法：

（1）空白對(duì)照：設(shè)計(jì)一個(gè)不加任何實(shí)驗(yàn)處理的對(duì)照組。即不給對(duì)照組做任何處理因素。

（2）自身對(duì)照：指實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組都在同一研究對(duì)象上進(jìn)行，即不另設(shè)對(duì)照組。如“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原的實(shí)驗(yàn)”是典型的自身對(duì)照實(shí)驗(yàn)，這種對(duì)照實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是比較實(shí)驗(yàn)前后的變化。

（3）條件對(duì)照：給實(shí)驗(yàn)組某種處理，給對(duì)照組另一條件的處理。如在“驗(yàn)證甲狀腺激素促進(jìn)幼小動(dòng)物的個(gè)體發(fā)育”的實(shí)驗(yàn)中，存在以下實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組：

甲組：飼喂甲狀腺激素（實(shí)驗(yàn)組）

乙組：飼喂甲狀腺素抑制劑（條件對(duì)照組）

丙組：對(duì)蝌蚪不做任何處理（空白對(duì)照組）

（4）相互對(duì)照：指不另設(shè)置對(duì)照組，而是利用幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照。如在“證明植物根向地生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)”中不同方向放置的玉米種子之間的對(duì)照。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，凡是涉及確定變化因素之間的因果關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，一般都需要設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。了解常用對(duì)照的類(lèi)型，有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)不同的情況加以設(shè)置。

4. 理解實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理決定著實(shí)驗(yàn)中主要實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)試劑的選擇。如在“驗(yàn)證唾液淀粉酶是蛋白質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)中，這一實(shí)驗(yàn)的原理同教材中常規(guī)實(shí)驗(yàn)“生物組織中蛋白質(zhì)的鑒定”實(shí)驗(yàn)原理相同。因此，學(xué)生可用雙縮脲試劑與唾液呈紫色的反應(yīng)來(lái)驗(yàn)證這一問(wèn)題，明確了這一原理之后，也就明確了其主要的實(shí)驗(yàn)步驟與“蛋白質(zhì)成分的鑒定”的實(shí)驗(yàn)步驟類(lèi)似。

5. 選取恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)材料

如孟德?tīng)栠x擇豌豆作為實(shí)驗(yàn)材料是其遺傳實(shí)驗(yàn)成功的原因之一（豌豆是自花閉花傳粉，自然情況下都是純合子）。所以正確的選材決定著實(shí)驗(yàn)的成敗。實(shí)驗(yàn)的選材是受實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹萍s的。如“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖氰b定組織中存在可溶性還原糖，因而，取材應(yīng)注意含糖量要高并且能與斐林試劑產(chǎn)生著色反應(yīng)，選擇甘蔗做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的材料效果就不甚理想（甘蔗雖然無(wú)色，含糖量也很高，但蔗糖不能和斐林試劑發(fā)生顏色反應(yīng)）。鑒定的原理是“還原性糖與斐林試劑呈磚紅色反應(yīng)”，為使磚紅色反應(yīng)易于觀察，所選材料最好無(wú)色透明，避免材料本身色素的影響。又如“葉綠體中色素的種類(lèi)及顏色”實(shí)驗(yàn)，所選材料應(yīng)當(dāng)是色素含量高的材料（新鮮菠菜）；“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原實(shí)驗(yàn)”的選材應(yīng)注意三點(diǎn)：一是所選材料必須有大液泡存在（成熟的植物細(xì)胞）；二是為了便于觀察，所選材料的細(xì)胞液最好有顏色；三是一定要保證所用的細(xì)胞是活的。

6. 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)步驟有一定的順序，學(xué)生要注意實(shí)驗(yàn)步驟的關(guān)聯(lián)性和實(shí)驗(yàn)操作的程序性。實(shí)驗(yàn)步驟的前后順序一般不能顛倒，特別是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。不同的操作順序?qū)е碌慕Y(jié)果不同并會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性。如在“PH值對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生操作時(shí)必須先將酶分別置于不同的PH值中，再加入淀粉溶液。又如在“還原性糖鑒定實(shí)驗(yàn)”中，應(yīng)先將斐林試劑甲液和乙液混合以形成Cu（OH）2后，再加入組織樣液中。而在“蛋白質(zhì)的鑒定實(shí)驗(yàn)”中，應(yīng)先加入雙縮脲試劑A液（NaOH）以創(chuàng)造堿性環(huán)境，再加入B液（CUSO4）。再如利用碘液檢測(cè)淀粉酶是否將淀粉完全水解，如果操作順序?yàn)椋旱矸?碘液+淀粉酶，在水里加熱一段時(shí)間。這樣操作碘與淀粉結(jié)合呈藍(lán)色絡(luò)合物將影響淀粉酶對(duì)淀粉的水解，同時(shí)碘液會(huì)影響酶的活性。即使藍(lán)色褪去也只能說(shuō)明淀粉酶將絡(luò)合物水解，無(wú)法排除碘對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，使實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性欠缺。

另外，在實(shí)驗(yàn)步驟的構(gòu)思或表述中，學(xué)生一定要遵循科學(xué)性原則、可操作性原則、對(duì)照性原則、單因子變量原則。

（作者單位：河南省三門(mén)峽義馬市高級(jí)中學(xué) 472000）