蔡煒

摘 ? ?要： 對(duì)于高中學(xué)習(xí)生物的學(xué)生來(lái)說(shuō)，從掌握一些基本的實(shí)驗(yàn)方法，到學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路，最終形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)思想，能力要求不斷提升，這一點(diǎn)在近年來(lái)的高考中得到充分體現(xiàn)。由于大部分學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有關(guān)理論知識(shí)，遇到這類(lèi)題型，就會(huì)感到茫然，無(wú)所適從。

關(guān)鍵詞： 高中生物 ? ?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 ? ?一般方法

生物作為一門(mén)自然科學(xué)，在其發(fā)展過(guò)程中，科學(xué)家們是通過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)探究而一步步接近并掌握事實(shí)真相的?？v觀生物科學(xué)發(fā)展史，每一次重大的發(fā)現(xiàn)中，實(shí)驗(yàn)都是獲取真理的至關(guān)重要的手段。因此，在課程改革不斷深入的今天，在高中生物教材中最大的變化是不再單純地鋪敘前人總結(jié)發(fā)現(xiàn)的結(jié)論，而是更側(cè)重介紹他們科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法和探究歷程，由此不難發(fā)現(xiàn)，科學(xué)發(fā)展史是實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)不斷進(jìn)步的發(fā)展史。

而對(duì)于高中學(xué)習(xí)生物的學(xué)生來(lái)說(shuō)，從掌握一些基本的實(shí)驗(yàn)方法，到學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路，最終形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)思想，能力要求不斷提升，這一點(diǎn)在近年的高考中得到充分體現(xiàn)。尤其是“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題”由于能較全面地考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和基本技能、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)造能力，因此成為高考生物中的的“壓軸題目”。但由于大部分學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有關(guān)理論知識(shí)，遇到這類(lèi)題型，就會(huì)感到茫然，無(wú)所適從。因?yàn)楫吘顾^實(shí)驗(yàn)要親身體驗(yàn)，而不是紙上談兵，可惜現(xiàn)階段學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間緊張，很難有充裕的時(shí)間參與其中，且一個(gè)人的探究能力與其從小所受教育方式和個(gè)人成長(zhǎng)經(jīng)歷，思考方式均有關(guān)系，故本文僅從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則和一般的思路方法角度，對(duì)高考中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)題型作出一些歸納和總結(jié)，找到解題思路，并規(guī)范答題。

一、對(duì)實(shí)驗(yàn)理論的理解

“實(shí)驗(yàn)，指的是科學(xué)研究的基本方法之一。根據(jù)科學(xué)研究的目的，盡可能地排除外界的影響，突出主要因素并利用一些專(zhuān)門(mén)的儀器設(shè)備，而人為地變革、控制或模擬研究對(duì)象，使某一些事物（或過(guò)程）發(fā)生或再現(xiàn)，從而去認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象、自然性質(zhì)、自然規(guī)律”。由此我們不難看出一個(gè)實(shí)驗(yàn)是有很強(qiáng)的目的性的，突出主要因素，排除無(wú)關(guān)因素，并最終發(fā)現(xiàn)規(guī)律，得出結(jié)論的一個(gè)過(guò)程，這點(diǎn)理解對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)至關(guān)重要。

具體來(lái)說(shuō)一個(gè)比較完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，一般包括以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)用具、實(shí)驗(yàn)假設(shè)、實(shí)驗(yàn)預(yù)期、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、觀察和收集數(shù)據(jù)、分析、推論、交流等。因此在設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要綜合考慮以上幾點(diǎn)，并遵循以下原則。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則

在生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，第一要遵循科學(xué)性原則，即明確生物實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⑹褂谜_的實(shí)驗(yàn)原理，選擇科學(xué)的實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)方案要符合生物學(xué)科的基本原理。一般設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是建立在觀察到的一些客觀世界的現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，利用一些已知的知識(shí)儲(chǔ)備探究未知或驗(yàn)證推論的過(guò)程。

第二是可行性，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)要人為操控并付諸實(shí)施。

第三是嚴(yán)謹(jǐn)性，這一點(diǎn)是很多學(xué)生在答題時(shí)容易疏漏的地方，即設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該盡量沒(méi)有漏洞，保持實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

第四是簡(jiǎn)便性，材料的選取，實(shí)驗(yàn)操作在滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性的前提下，要盡可能地簡(jiǎn)便，縮短時(shí)間，提高效率。

第五是可重復(fù)性，即實(shí)驗(yàn)結(jié)果不應(yīng)該是偶然的，應(yīng)該可以多次重復(fù)體現(xiàn)。

第六是隨機(jī)性，主要體現(xiàn)在取樣上要排除主觀影響，盡量隨機(jī)取材，保證實(shí)驗(yàn)的精確性，減少實(shí)驗(yàn)誤差。

第七是實(shí)驗(yàn)條件前后要保持一致性，即在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，除主控因素外，不應(yīng)隨意變換條件。

第八是單一變量性，在高中生物課本中提到三個(gè)變量，“自變量”、“因變量”和“無(wú)關(guān)變量”，所謂單一變量指的是人為操控的變量即“自變量”，在一次實(shí)驗(yàn)中可以涉及多個(gè)“自變量”。這通常是為了探究更多問(wèn)題，但是在實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)自變量的變化只能對(duì)應(yīng)觀測(cè)它所引起的因變量變化?？刂谱宰兞浚^察因變量是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲取結(jié)論的主要過(guò)程。需要注意的是自變量應(yīng)緊扣實(shí)驗(yàn)題目與目的，如“探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響”這個(gè)實(shí)驗(yàn)題目中，自變量應(yīng)該是“光照強(qiáng)度”，而“光質(zhì)”和“光照時(shí)間”則為無(wú)關(guān)變量，應(yīng)該排除，答題時(shí)應(yīng)該注意，不應(yīng)籠統(tǒng)地說(shuō)“光照”，遵循嚴(yán)謹(jǐn)性原則。

第九要設(shè)置對(duì)照組，以對(duì)照得出結(jié)論并排除無(wú)關(guān)變量帶來(lái)的未知的影響。一般高中生物中涉及的有空白對(duì)照，條件對(duì)照，以及自身對(duì)照（實(shí)驗(yàn)前后個(gè)體自身對(duì)照，如切除法探究甲狀腺激素對(duì)大鼠代謝的影響實(shí)驗(yàn)），等等，無(wú)論哪種對(duì)照，都不改變實(shí)驗(yàn)涉及的自變量。而是通過(guò)對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的比對(duì)，獲取結(jié)論。需要注意的是，對(duì)比實(shí)驗(yàn)和對(duì)照實(shí)驗(yàn)的區(qū)別，對(duì)比試驗(yàn)沒(méi)有對(duì)照組，而是通過(guò)各實(shí)驗(yàn)組之間的比較得出結(jié)論，如“探究生長(zhǎng)素促進(jìn)扦插生根的最適濃度”這一實(shí)驗(yàn)中各組均為實(shí)驗(yàn)組，是對(duì)比實(shí)驗(yàn);而“探究生長(zhǎng)素對(duì)植物生根的影響”則要設(shè)置空白對(duì)照組，是對(duì)照實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的問(wèn)題是不同的。

三、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程

在掌握以上原則以后應(yīng)用到具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路簡(jiǎn)單如下：

首先要確定實(shí)驗(yàn)的目的，并確定實(shí)驗(yàn)的標(biāo)題，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦麄€(gè)實(shí)驗(yàn)的中心思想，所有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都要圍繞它進(jìn)行，而實(shí)驗(yàn)的題目是因?qū)嶒?yàn)?zāi)康亩_定的，無(wú)論是觀察類(lèi)提取類(lèi)實(shí)驗(yàn)，還是驗(yàn)證性探究性實(shí)驗(yàn)，都要在實(shí)驗(yàn)的標(biāo)題中得到體現(xiàn)，如“觀察葉綠體和線粒體的分布”、“提取和分離綠葉中的色素”和“探究酵母菌的呼吸方式”等。從題目可以看出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，并且最終結(jié)論要體現(xiàn)出這一目的的實(shí)現(xiàn)情況，進(jìn)而做好記錄，分析討論，總結(jié)。

其次，明確實(shí)驗(yàn)中涉及的各種變量，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，確定變量關(guān)系，即自變量，因變量和無(wú)關(guān)變量的分布。如“探究酵母菌的呼吸方式”這一實(shí)驗(yàn)中，呼吸方式即有氧和無(wú)氧呼吸，這是原理，那么氧氣就是我們要控制的自變量，而這一變量變化帶來(lái)的結(jié)果是產(chǎn)物的不同，這就是因變量，要注意因變量不是唯一的，如酒精的有無(wú)，二氧化碳的產(chǎn)量，這都是因變量。而與之無(wú)關(guān)的其他會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的因素，則是無(wú)關(guān)變量，如溫度、光照與葡萄糖溶液的濃度等，則必須設(shè)法排除干擾，保持實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的一致。

然后就是根據(jù)以上分析，具體設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)步驟，這是大部分學(xué)生最為頭疼的部分，其實(shí)只要很好地完成前兩步，接下來(lái)就可以遵從前面所說(shuō)基本的實(shí)驗(yàn)原則，將實(shí)驗(yàn)步驟寫(xiě)出來(lái)。如一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，可以按以下步驟設(shè)計(jì)。

第一步，遵從隨機(jī)性原則取材，并分組，排除無(wú)關(guān)變量的影響，如“選取大小長(zhǎng)勢(shì)相同的葉片若干，分為A，B，C三組”，設(shè)置好實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組并進(jìn)行編號(hào)。在語(yǔ)言描述時(shí)要注意規(guī)范文字，不要用口頭語(yǔ)，而應(yīng)用科學(xué)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)用語(yǔ)，保證實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，盡量不要用模棱兩可的語(yǔ)言。

第二步，對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組做不同處理，突出實(shí)驗(yàn)組中自變量的變化，這一步仍要注意排除無(wú)關(guān)變量的影響，如加入液體引起體積的變化、發(fā)生反應(yīng)引起溫度的變化等。在對(duì)操作的描述過(guò)程中，用語(yǔ)要簡(jiǎn)潔準(zhǔn)確，避免畫(huà)蛇添足，并根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)原理，合理控制實(shí)驗(yàn)時(shí)間等條件。

第三步，觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，即因變量的不同變化。

第四步，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，找出因變量變化與自變量改變之間的關(guān)系，得出結(jié)論。

四、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)

在確定了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模O(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)步驟之后，要對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)，這是近年來(lái)經(jīng)?？疾閷W(xué)生的內(nèi)容。在預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是一定要“點(diǎn)題”。我們的預(yù)測(cè)結(jié)果一定要體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)的標(biāo)題和目的，并規(guī)范用語(yǔ)，注意實(shí)驗(yàn)中控制的條件范圍等，如“探究生長(zhǎng)素對(duì)植物生根的影響”這一實(shí)驗(yàn)中，我們使用的生長(zhǎng)素是什么樣的濃度范圍之間的，要在結(jié)論和預(yù)測(cè)中體現(xiàn)出來(lái)，如“在一定濃度范圍內(nèi)，生長(zhǎng)素對(duì)植物的生根有促進(jìn)作用”。如果是驗(yàn)證類(lèi)實(shí)驗(yàn)，則結(jié)論中應(yīng)該體現(xiàn)出所驗(yàn)證理論的準(zhǔn)確性。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)或結(jié)論中，要注意各種可能性分析全面，如在“促進(jìn)”“抑制”的同時(shí)，不應(yīng)忽略“既不促進(jìn)，又不抑制”這一種結(jié)果等。

以上幾點(diǎn)，是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的一般原則和思路，在具體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)或是解決實(shí)驗(yàn)類(lèi)問(wèn)題時(shí)，還需要具體問(wèn)題、具體分析和具體處理。實(shí)驗(yàn)科學(xué)是一門(mén)剖析自然規(guī)律的科學(xué)，其本身是一門(mén)科學(xué)，相信通過(guò)高中生物教材實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類(lèi)試題的訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生獲取知識(shí)的興趣，完善嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的思維，不再局限于從書(shū)本上獲取現(xiàn)成的理論，而是自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并具備解決問(wèn)題的能力，這是新的課程改革所希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)之一，本文只就應(yīng)試作答稍作總結(jié)，具體問(wèn)題還要將理論應(yīng)用于實(shí)際，適當(dāng)訓(xùn)練，摸清規(guī)律，從而形成成熟的解題思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]史華波.高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則和方法.

[2]陳清霞.例析高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的解題方法.