新课改生物实验设计之我见

叶继慧

摘要：高考实验题的设计，正在由验证性实验向探究性实验的方向发展。本文主要讨论了实验设计的基本解题思路，希望可以为学生学习生物实验提供良好的借鉴。

关键词：生物实验；实验设计；解题思路

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）09-0103

高考实验题的设计，正在由验证性实验向探究性实验的方向发展。那么，学生如何才能答好生物实验设计题，取得满意的分数呢？这就要求学生了解完整的实验方案的设计，掌握实验设计的基本思路和技巧，在理科综合实验能力测试中做到有据可依、有法可循、总体考虑、综合分析，从而达到事半功倍、获得高分的效果。笔者结合自己近几年的教学实践，谈谈生物实验设计题的基本解题方法和思路。

一、实验设计的内涵

实验设计是要求学生设计实验原理、选择实验器材、安排实验步骤、设计数据处理的方法及分析实验的现象等。在高中理科卷中由于受时间和卷面的限制，实验设计能力考查无法面面俱到，往往呈现出的是考查实验步骤的设计、续写或修改，或者是实验现象的观察和分析，或者是实验数据的加工和实验结果的分析，或者是考查实验结果的预期与讨论，或者是实验装置的检验或改进等。

二、实验设计的基本内容

一个较完整的实验方案一般应包括：明确实验目的→确定实验变量→分析实验原理→提出实验假设→设计实验步骤→预测实验结果→得出实验结论。

三、实验设计的基本解题思路

1. 明确实验目的，分清实验类型

明确实验目的就是要弄清“做什么”的问题，即探究或者验证生物学的现象或原理。明确实验目的才能明确运用哪一原理进行实验设计，才能明白实验设计中哪些因素是实验变量。例如在“设计实验验证烟草花叶病毒的遗传物质是RNA而不是蛋白质”时，此实验的原理或实验思路与教材中“肺炎双球菌转化实验”、“噬菌体侵染细菌实验”的实验原理相同。因此，学生可采用与教材中相似的实验设计思想：将烟草花叶病毒的RNA和蛋白质分开，单独观察它们的作用。再如在“探索温度对酶活性影响的实验”中，探讨的问题是温度与酶活性之间的关系，那么在实验设计中，“温度”这一因素就是实验变量。

实验设计一般有两种类型：验证性实验设计和探究性实验设计。验证性实验具有明确的结果，通过实验加以验证；而探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的，应针对多种可能分别加以考虑和分析，得到相关的结论。如2012年高考全国大纲卷第33题“探究PH值对人唾液淀粉酶活性的影响”就属于探究性实验设计。

2. 找出两类变量

确定对照类型找出两类变量。在实验过程中，变量是指可被操纵的特定因素或条件。跟据其在实验中的作用，可分为两类：

第一类是自变量和因变量。自变量指实验中由实验者操纵的因素或条件。因变量指实验中由于实验变量引起的变化和结果。通常自变量是原因，因变量是结果，两者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如在“唾液淀粉酶水解实验”中，所给定的低温、适温和高温是自变量，而由于低温、适温和高温条件的变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是因变量，该实验可解释温度变化与酶的活性的因果关系。

第二类是无关变量。无关变量指实验中除自变量外的影响实验现象和实验结果的因素或条件。如：唾液淀粉酶水解实验中除自变量以外，试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、可溶性淀粉的浓度和纯度、试剂溶液的剂量、实验操作程序、温度处理的时间长短等，都属于无关变量。如果无关变量的任何一个或几个因素或条件，对三个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会对实验结果造成干扰，产生误差。在实验设计和操作中，教师应尽量减少无关变量，而且在不同的实验组中，无关变量应完全相同。这样就会避免实验结果的差异是由于无关变量引起的可能性，便于清晰地研究自变量与因变量的关系。实验中的无关变量很多，教师必须严格控制，平衡与消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。

3. 确定对照类型

通过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又增强了对实验结果的可信度和说服力。在一个对照实验中，可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组，对照组是不接受自变量处理的对象组，一般是随机决定的。如在“探究光对种子萌发的影响”中，接受光处理的种子是实验组，不接受光处理的种子为对照组。设置对照通常有以下四种方法：

（1）空白对照：设计一个不加任何实验处理的对照组。即不给对照组做任何处理因素。

（2）自身对照：指实验组与对照组都在同一研究对象上进行，即不另设对照组。如“植物细胞质壁分离和复原的实验”是典型的自身对照实验，这种对照实验的关键是比较实验前后的变化。

（3）条件对照：给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理。如在“验证甲状腺激素促进幼小动物的个体发育”的实验中，存在以下实验组和对照组：

甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）

乙组：饲喂甲状腺素抑制剂（条件对照组）

丙组：对蝌蚪不做任何处理（空白对照组）

（4）相互对照：指不另设置对照组，而是利用几个实验组相互对照。如在“证明植物根向地生长实验”中不同方向放置的玉米种子之间的对照。

根据实验要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照实验。了解常用对照的类型，有利于学生在实验设计时针对不同的情况加以设置。

4. 理解实验原理

实验原理决定着实验中主要实验步骤的设计及相应实验试剂的选择。如在“验证唾液淀粉酶是蛋白质”的实验中，这一实验的原理同教材中常规实验“生物组织中蛋白质的鉴定”实验原理相同。因此，学生可用双缩脲试剂与唾液呈紫色的反应来验证这一问题，明确了这一原理之后，也就明确了其主要的实验步骤与“蛋白质成分的鉴定”的实验步骤类似。

5. 选取恰当的实验材料

如孟德尔选择豌豆作为实验材料是其遗传实验成功的原因之一（豌豆是自花闭花传粉，自然情况下都是纯合子）。所以正确的选材决定着实验的成败。实验的选材是受实验原理、实验目的制约的。如“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验目的是鉴定组织中存在可溶性还原糖，因而，取材应注意含糖量要高并且能与斐林试剂产生着色反应，选择甘蔗做这个实验的材料效果就不甚理想（甘蔗虽然无色，含糖量也很高，但蔗糖不能和斐林试剂发生颜色反应）。鉴定的原理是“还原性糖与斐林试剂呈砖红色反应”，为使砖红色反应易于观察，所选材料最好无色透明，避免材料本身色素的影响。又如“叶绿体中色素的种类及颜色”实验，所选材料应当是色素含量高的材料（新鲜菠菜）；“植物细胞质壁分离与复原实验”的选材应注意三点：一是所选材料必须有大液泡存在（成熟的植物细胞）；二是为了便于观察，所选材料的细胞液最好有颜色；三是一定要保证所用的细胞是活的。

6. 合理设计实验步骤

实验步骤有一定的顺序，学生要注意实验步骤的关联性和实验操作的程序性。实验步骤的前后顺序一般不能颠倒，特别是关键环节。不同的操作顺序导致的结果不同并会影响实验的严密性。如在“PH值对酶活性的影响”实验中，学生操作时必须先将酶分别置于不同的PH值中，再加入淀粉溶液。又如在“还原性糖鉴定实验”中，应先将斐林试剂甲液和乙液混合以形成Cu（OH）2后，再加入组织样液中。而在“蛋白质的鉴定实验”中，应先加入双缩脲试剂A液（NaOH）以创造碱性环境，再加入B液（CUSO4）。再如利用碘液检测淀粉酶是否将淀粉完全水解，如果操作顺序为：淀粉+碘液+淀粉酶，在水里加热一段时间。这样操作碘与淀粉结合呈蓝色络合物将影响淀粉酶对淀粉的水解，同时碘液会影响酶的活性。即使蓝色褪去也只能说明淀粉酶将络合物水解，无法排除碘对实验的影响，使实验的严密性欠缺。

另外，在实验步骤的构思或表述中，学生一定要遵循科学性原则、可操作性原则、对照性原则、单因子变量原则。

（作者单位：河南省三门峡义马市高级中学 472000）