安徽 吳志強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題的解題技巧

安徽 吳志強(qiáng)

生物實(shí)驗(yàn)是每年高考的必考內(nèi)容，隨著高考改革的深入，生物實(shí)驗(yàn)命題的趨勢(shì)呈現(xiàn)出新的發(fā)展方向。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試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)題的能力以及創(chuàng)造能力。因此成為高考理綜生物學(xué)科的壓軸試題。筆者從近幾屆高三畢業(yè)生對(duì)此類習(xí)題的解答中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有關(guān)理論知識(shí)，在考場(chǎng)中經(jīng)常出現(xiàn)各種錯(cuò)誤。為此，本文就有關(guān)生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類習(xí)題的對(duì)照原則、解題步驟和復(fù)習(xí)建議略作歸納總結(jié)，以期增加考生的理論知識(shí)，提高考生的應(yīng)試能力。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題型的對(duì)照類別

不管哪種類型的實(shí)驗(yàn)都不同程度上涉及對(duì)照原則。對(duì)照原則是在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置與實(shí)驗(yàn)組相互比較的對(duì)照組，給不同組別以不同處理，再分析比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)驗(yàn)。在設(shè)立對(duì)照時(shí)，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的一切條件應(yīng)盡量均衡一致，這種均衡一致性越好，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的可比性越強(qiáng)，這樣才能消除非處理因素所致的誤差，對(duì)試驗(yàn)觀察的項(xiàng)目得出正確的科學(xué)結(jié)論。按對(duì)照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有空白對(duì)照、自身對(duì)照、條件對(duì)照和相互對(duì)照等。

空白對(duì)照指對(duì)照組不給任何處理或干預(yù)措施的“空白”條件下進(jìn)行觀察的對(duì)照。例如，在研究某種疫苗預(yù)防傳染病效果時(shí)，必須將接種疫苗的動(dòng)物與未給任何預(yù)防措施的動(dòng)物(空白對(duì)照組)比較其血清抗體指標(biāo)。自身對(duì)照指對(duì)照組與試驗(yàn)組設(shè)置在同一實(shí)驗(yàn)對(duì)象上進(jìn)行的一種對(duì)照方式。為了使對(duì)照組和試驗(yàn)組均衡可比，一般按隨機(jī)原則分配受試對(duì)象和安排處理順序，也可以借助交叉設(shè)計(jì)等特殊的自身對(duì)照設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。自身對(duì)照方法簡(jiǎn)便，關(guān)鍵是要看清楚實(shí)驗(yàn)處理前后現(xiàn)象變化的差異,實(shí)驗(yàn)處理前的對(duì)象狀況為對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)處理后的對(duì)象變化則為實(shí)驗(yàn)組。條件對(duì)照是在某種有關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件下(與實(shí)驗(yàn)組操作條件一致的情況下)進(jìn)行觀察的對(duì)照。條件對(duì)照的設(shè)置目的是排除基礎(chǔ)處理對(duì)觀測(cè)結(jié)果所起作用的干擾，使對(duì)照組和試驗(yàn)組具有可比性。相互對(duì)照就是兩個(gè)及其以上的生物在外界環(huán)境基本相同的情況下，自身的情況不同反應(yīng)的對(duì)比。如“溫度對(duì)唾液淀粉酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)”中0℃、60℃和沸水浴，這幾組實(shí)驗(yàn)全可看做實(shí)驗(yàn)組，不同實(shí)驗(yàn)組之間相互對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同就是由溫度這一變量所引起的。pH 對(duì)酶活性的影響，設(shè)置一系列不同的pH 為單一變量，不同組實(shí)驗(yàn)均為實(shí)驗(yàn)組，不同實(shí)驗(yàn)組之間相互對(duì)比，最終說(shuō)明pH 對(duì)酶活性的影響。

【例1】為了驗(yàn)證胰島素具有降低血糖含量的作用，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果以正常小鼠注射某種藥物前后小鼠癥狀作為觀察指標(biāo)，則下列對(duì)實(shí)驗(yàn)組小鼠注射藥物的順序，正確的是 （ ）

A. 先注射胰島素溶液，后注射葡萄糖溶液

B. 先注射胰島素溶液，再注射胰島素溶液

C. 先注射胰島素溶液，后注射生理鹽水

D. 先注射生理鹽水，后注射胰島素溶液

【解析】在本實(shí)驗(yàn)就涉及自身對(duì)照。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證胰島素是否具有降低血糖含量的作用，因而有無(wú)胰島素應(yīng)該是本實(shí)驗(yàn)中的唯一變量，也就是說(shuō)，對(duì)照組中沒(méi)有胰島素，而實(shí)驗(yàn)組中應(yīng)該有胰島素，且注射胰島素后血糖濃度應(yīng)該與實(shí)驗(yàn)前發(fā)生變化，其一般做法是：給對(duì)照組注射一定量的生理鹽水，給實(shí)驗(yàn)組注射等量的用生理鹽水溶解的胰島素溶液，一段時(shí)間后觀察兩組小鼠的癥狀表現(xiàn)，可見(jiàn)對(duì)照組小鼠正常，而實(shí)驗(yàn)組小鼠出現(xiàn)血糖降低的癥狀，再給實(shí)驗(yàn)組小鼠注射一定濃度的葡萄糖溶液，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)鼠的癥狀得以恢復(fù)，所以本題應(yīng)該選A。

【答案】A

關(guān)于對(duì)照實(shí)驗(yàn)的考查內(nèi)容主要是學(xué)生關(guān)于對(duì)照實(shí)驗(yàn)的目的和原理、條件設(shè)置、過(guò)程設(shè)計(jì)、現(xiàn)象觀察和結(jié)論分析等的認(rèn)識(shí)和掌握。其中，任何一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論都是從反應(yīng)變量所表現(xiàn)出的數(shù)量、質(zhì)量或狀態(tài)的事實(shí)中推導(dǎo)或分析出來(lái)的。因此，反應(yīng)變量的確定至關(guān)重要。這就要求考生在以對(duì)照實(shí)驗(yàn)為方法的學(xué)習(xí)過(guò)程中，考生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理來(lái)確定并控制對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響的反應(yīng)變量，從而控制變量設(shè)置的對(duì)照原則，最終得出其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。要想達(dá)到這樣的水平，要求學(xué)生更多地挖掘課本實(shí)驗(yàn)背后的隱藏信息，深入剖析對(duì)照實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵,理清對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則，掌握對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，從而更徹底地解決實(shí)際問(wèn)題，以達(dá)到提高解決問(wèn)題能力和科學(xué)素養(yǎng)的目的。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題型的解題步驟

【例2】保溫桶內(nèi)安裝溫度計(jì)可以檢測(cè)保溫桶內(nèi)溫度變化。某研究小組以該裝置探究酵母菌在不同條件下呼吸作用的情況。材料用具：保溫桶（500 mL）、溫度計(jì)、活性干酵母、質(zhì)量濃度0.1 g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蠟油。

實(shí)驗(yàn)假設(shè)：酵母菌在有氧條件下呼吸作用比無(wú)氧條件下呼吸作用放出熱量更多。

（1）取A、B兩裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下，請(qǐng)補(bǔ)充下表中內(nèi)容：

（2）B裝置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是________，這是控制實(shí)驗(yàn)的________變量。

（3）要測(cè)定B裝置因呼吸作用引起的溫度變化量，還需要增加一個(gè)裝置C。請(qǐng)寫出裝置C的實(shí)驗(yàn)步驟：

（4）實(shí)驗(yàn)預(yù)期：在適宜條件下實(shí)驗(yàn)，30分鐘后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，若裝置A、B、C溫度大小關(guān)系是：_______（用“＜、=、＞”表示），則假設(shè)成立。

【解析】本題考查酵母菌在有氧條件下和無(wú)氧條件下呼吸作用放出熱量的情況。分析表中相關(guān)內(nèi)容，考慮到實(shí)驗(yàn)要遵循對(duì)照性原則、科學(xué)性原則和單一變量原則這幾個(gè)原則，因此①處應(yīng)填：不加入石蠟油。②處應(yīng)填：加入10 g活性干酵母。B裝置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是去除氧氣，這樣來(lái)控制實(shí)驗(yàn)的自變量。要測(cè)定B裝置因呼吸作用引起的溫度變化量，還需要增加一個(gè)裝置C，因此應(yīng)設(shè)計(jì)成空白對(duì)照，即：③加入240 mL煮沸后冷卻的葡萄糖溶液；④不加入活性干酵母。因?yàn)橛醒鯒l件下比無(wú)氧條件下呼吸作用放出熱量多，因此，裝置A、B、C溫度大小關(guān)系是A＞B＞C。

【答案】（1）①不加入石蠟油 ②加入10 g活性干酵母（2）去除氧氣 自 （3）③加入240 mL煮沸后冷卻的葡萄糖溶液 ④不加入活性干酵母 （4）A＞B＞C

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往是解答實(shí)驗(yàn)題的難點(diǎn)，但只要理清思路，找準(zhǔn)方法和突破口，也能化難為易。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)可遵循以下思路和方法進(jìn)行。（1）首先確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，并?duì)其去粗取精，提煉要點(diǎn)，確定是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)。（2）運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，找準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)原理，并要做到對(duì)原理理解透徹。理解實(shí)驗(yàn)原理對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有重要作用，每一個(gè)生物實(shí)驗(yàn)材料的選擇、實(shí)驗(yàn)裝置的確定、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)方法的安排都不是隨意的、盲目的，而是有其實(shí)驗(yàn)原理作為依據(jù)的。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期也是依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理而做出的。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)照實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄟ^(guò)初步分析，在頭腦中搜尋教材上或曾做過(guò)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，初步形成大致方案，?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大多與單因子變量和對(duì)照實(shí)驗(yàn)有關(guān)。（4）結(jié)合實(shí)驗(yàn)所給的條件，選取適當(dāng)?shù)姆椒ǎê?jiǎn)便性原則），開(kāi)始草擬具體步驟方案，設(shè)計(jì)具體步驟后，要順藤摸瓜，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（現(xiàn)象）的判斷，分析綜合得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（5）回歸檢驗(yàn)?？纯醋约涸O(shè)的實(shí)驗(yàn)是否存在科學(xué)性原則，緊扣實(shí)驗(yàn)原理來(lái)進(jìn)行分析；是否有遺漏的地方；是否還有其他可能性存在，即檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性、科學(xué)性問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)過(guò)程最終應(yīng)該對(duì)照實(shí)驗(yàn)原理，回歸實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中反應(yīng)變量的確定和控制。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題型的復(fù)習(xí)建議

針對(duì)目前高考形勢(shì)和近幾年的情況，在平時(shí)的備考中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)。

1. 對(duì)教材要求完成實(shí)驗(yàn)中的有些內(nèi)容尤其是實(shí)驗(yàn)原理、方法和技能等，要求學(xué)生準(zhǔn)確記住，比如顏色反應(yīng)，葉綠體中色素分離和提取的試劑等。培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，比如有絲分裂臨時(shí)裝片的制作等實(shí)驗(yàn)。

2. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，不但可以獨(dú)立完成課本上的實(shí)驗(yàn)，還應(yīng)該有舉一反三的能力，并運(yùn)用自己學(xué)到的知識(shí)和技能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，并且說(shuō)出設(shè)計(jì)原理和方法，評(píng)價(jià)自己的實(shí)驗(yàn)。也就是說(shuō)，考生要能從所學(xué)的實(shí)驗(yàn)中提煉、歸納可以應(yīng)用到生活的知識(shí)。如建立模型進(jìn)行研究的方法等，并能遷移到新的情境中，運(yùn)用其解決問(wèn)題。這不但要求學(xué)生能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思想，比如要驗(yàn)證甲狀腺激素的作用，如果只是會(huì)實(shí)驗(yàn)方法，可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，而不懂得甲狀腺激素的作用，那么設(shè)計(jì)出來(lái)也不會(huì)太完美，這類實(shí)驗(yàn)往往依托于教材已知的實(shí)驗(yàn)，是課本實(shí)驗(yàn)的拓展和外延。

3. 新課標(biāo)要求培養(yǎng)學(xué)生探究能力，一般步驟包括觀察現(xiàn)象→提出假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)→結(jié)果和結(jié)論→進(jìn)行交流，從近幾年的高考來(lái)看，考生往往在這部分失分較多，這部分內(nèi)容考查學(xué)生的綜合分析能力，設(shè)計(jì)方案，歸納總結(jié)能力等方面的能力，考查比較廣泛，在平時(shí)應(yīng)該多注意培養(yǎng)。

（作者單位：安徽省蕪湖市第十二中學(xué)）