高中生物实验设计题常见错误剖析及应对策略

王科慧

实验设计题是高考考查形式中非常稳定的一种题型，能考查学生的实验、探究、创新、综合运用等各方面的能力以及进行科学实验的思想和方法，能较好地体现当前生物新课程标准的基本理念“倡导探究性学习”，引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑，重在培养创新精神和实践能力，在近年高考中频频出现。生物实验设计题的能力要求高，难度较大，学生往往感到比较困难，得分率较低，现根据笔者的教学经验将学生在解答实验设计题中常见的错误进行剖析。

1 实验目的书写不规范

实验目的是指要探究或者验证的问题或事实，在实验目的的称述中，一般采用叙述的形式。根据实验类型可将实验分为探究性实验和验证性实验。探究性实验的实验目的主要是探索研究对象的属性、特征以及与其他因素的关系；而验证性实验的实验目的主要是验证已知研究对象的属性、特征以及与其他因素的关系。学生往往因为不明确实验目的究竟要写什么而出现书写不规范无法得分的情况。

【例1】 为了探究某物质（X）的作用，研究者提出了以下实验思路：

（1） 实验分组：

甲组：培养液+Y细胞+3H-Tdr(3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷)+生理盐水；

乙组：培养液+Y细胞+3H-Tdr+X（用生理盐水配制）。

每组设置若干个重复样品。

（2） 分别测定两组的CRD（细胞内的放射性强度），求每组的平均值。

（3） 将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定CRD，求每组平均值并进行统计分析。（要求与说明：答题时用X、CRD、3H-Tdr表示相关名词，Y细胞是能增殖的高等动物体细胞）请回答：

（1） 实验目的：。

（2） 预测实验结果及结论：。

（3） 实验中采用3H-Tdr的原因是：。

答案：（1） 探究X对Y细胞增殖（DNA的合成）的影响

（2） 如果乙组CRD明显高于甲组，说明X对Y细胞增殖有促进作用

如果乙组CRD与甲组基本相同，说明X对Y细胞增殖无影响

如果乙组CRD明显低于甲组，说明X对Y细胞增殖有抑制作用

（3） 3H-Tdr是DNA合成的原料之一，可根据CRD变化判断细胞增殖情况

1.1 常见错误

“X物质对细胞生长的影响”；“X物质对Y细胞的作用”；“X物质对Y细胞吸收3H-Tdr的影响”；“X物质对高等动物的影响”；“X物质对CRD的影响”；“X物质能否促进细胞内CRD的合成”。

1.2 应对策略

实验目的中一般应呈现出以下三种信息：

（1） 探究因素（自变量）:X物质。

（2） 实验对象:细胞。

（3） 观察目标（因变量）:增殖情况。

所以探究性实验目的一般可以套用以下格式：探究自变量对实验对象、观察目标的影响。而该题中学生在答题时主要没有准确找到观察目标，出现了一些错误指标如“细胞的生长”、“高等动物的影响”等。确定观察目标是要根据题目中所给的信息，通过实验思路可以看出甲、乙两组分别为实验组和对照组，实验变量为X物质。但甲乙两组又同时加入了3H-Tdr（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷），根据所学的知识，3H-Tdr应该用于DNA的合成，自然观察目标也就是DNA的合成，或者发生DNA合成的时期——细胞的增殖，所以观察目标也就是因变量为细胞的增殖。

2 实验原理书写不规范

实验原理是实验设计的依据和思路，是实验进行的科学理论，同时也是检测结果的理论依据，既体现实验设计的整体思路，也包括实验现象与结果出现的原因以及重要实验步骤设计的根据等。在答题时如果学生不理解何为实验原理，很难得分。

【例2】 为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠活动状况为观察指标设计实验。

某同学的实验方案如下：

① 将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录其活动状况。② A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组注射等量生理盐水。一段时间后，A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，B组活动状况无变化。③ A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段时间后，A组小鼠低血糖症状缓解，B组活动状况无变化。

该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。

请回答：该实验的原理是什么？

答案：胰岛素具有降低血糖的作用。体内胰岛素含量过高时，引起血糖下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。

2.1 常见错误

错将实验原理写成实验原则：如单一变量原则、对照原则，没有理解实验原理的实质。

实验原理不完整：如只回答胰岛素具有降低血糖的作用。

观察指标阐述错误：本题中已经明确指出以小鼠活动状况为观察指标设计实验，但很多学生还是把观察指标写成直接检测血糖浓度。

2.2 应对策略

实验原理可以从以下3个方面来书写：

（1） 自变量作用的科学依据：实验中涉及到的科学依据必须是经人证明的科学理论，往往来源于书本。如，胰岛素能降低血糖浓度；还原糖与斐林试剂加热时产生砖红色的沉淀；淀粉遇碘变蓝。

（2） 因变量获得的原理。因变量是实验现象与结果出现的原因，如本题中胰岛素含量过高，引起血糖下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解。如在验证甲状腺具有促进动物新陈代谢的作用时，甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，从而使耗氧量和活动量加大。

（3） 因变量检测的方法：如观察特异颜色变化、溶液浑浊度、沉淀和气泡现象；观察形态结构、生理特征变化；测量生长发育速度；测量生化反应速度等。

3 实验结果分析不到位

实验结果是在实验结束时出现的，通常伴有一定的现象。在验证性实验中结果是在预料中的，无需再预测；而探究性实验的结果应该对应假设，分类讨论，而且要根据预测的不同结果得出相应的结论。以例1第二小题为例，通常有3种可能：如果出现现象①说明自变量促进因变量；如果出现现象②说明自变量抑制因变量；如果出现现象③说明自变量与因变量无关。

3.1 常见错误

学生对结果的分析不全面，不能把所有的情况都写出来，可能原因是没有真正理解题目的要求或者对于探究性实验的结果与结论不能正确把握。

在回答时学生容易将结果与结论的关系倒置，如“如果X对Y细胞增殖（DNA合成）有抑制作用，说明乙组CRD明显高于甲组”。

3.2 应对策略

一般探究性结果不是唯一，需要分类讨论，需要把所有的可能都写出来，而验证性实验的结论是已知的、确定的，不需要进行讨论。因此学生在写预期结果与结论时，应首先明确到底是验证性实验还是探究性实验。如果是验证性实验结果就是唯一的，如果是探究性实验，讨论的是所有可能发生的情况，而讨论的形式是“如果出现……现象，则说明……结论”。通过结果来得出结论，结果应该写在结论之前。

总之，在实验设计中，教师首先应该注重学生实验能力的培养，鼓励学生主动地进行实验探究，分析实验和设计实验，多进实验室，多动手实验。其次要督促学生重视课本实验的复习，掌握书本知识是提高实验设计能力的基础。最后应该在平时解题时要求学生严格遵循实验设计原则，认真确定课题名称，依据实验目的和实验原理合理设计实验步骤，规范书写实验结果。