探究性实验与解题策略四部曲

周福兵 刘宗叶 罗继虎

科学探究能力是生物科学素养的重点和核心，随着教育改革和新课程标准的不断深入，探究性学习和研究能力的考查将成为今后高考命题的总趋势。在复习备考中，我们如果加强对高考生物探究性实验题的研究，准确把握考纲要求，找出解题规律，制定切实可行的备考策略，在日常练习中养成良好的答题习惯，对我们科学备考解决这一类型的题目将十分有利。

一、解题策略——四部曲

1.取材、分组、编号及前期处理。

选择题目中提供的实验材料和用具，组装实验设备，平均、随机分组（每组材料不能单一），并做好编号，同时生物材料要相同，即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等要尽量相同；实验器具要相同，即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小、型号、洁净度等要相同，从而保证实验结果的准确性。

2.设置对比对照，创设单一变量。

合理设置对照。探究因果关系的实验通常都需要设置对照，以平衡控制和抵消无关变量的影响。实验研究的问题不同，方法各异，采用何种对照形式当然也不一样。一般来说，单组实验设置自身（前后）对照；等组及轮组实验设置相互对照和空白对照，有时还需要设置条件对照。例如：“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验，通常将做好的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞进行装片观察初始状态，然后用蔗糖溶液做质壁分离观察，接着用清水做质壁分离复原观察，这就是单组实验自身（前后）对照；“探究玉米幼苗的最适生长素浓度范围”实验，按照不同的生长素梯度、浓度设置多组实验，这就是等组实验相互对照，其中的浓度为零的那一组可看做空白对照，常说的“对照组”指的就是“空白对照”。因此在审题解题时，要时时想到有没有对照组，知道没有对照的结论，不可能是正确、全面的，这样的结论不可能经得起推敲。所以做完题后必须检验自己设计的实验有无对照组，一般评卷老师看实验设计的关键也是看有无对照组。

控制单一变量。实验组和对照组的处理，只能有一项条件不同，其他条件要相同且适宜。探究性实验强调“因果关系”在实验过程中的单线运作，即“一因一果”，否则，难以达到探究实验的最终目的。例如：在“探究温度对酶活性的影响”的实验中，温度变化即为实验自变量，被作用于实验组，此时其他变量（如pH值的变化）则不可以再被同时作用于该实验组。但是，有时我们为了达到“节约实验”的目的，会同时探究“温度和pH值”对酶活性的影响，这样实验就有了“温度”和“pH值”两个实验自变量，此时在实验操作中，我们就得强调：须设置“温度相同适宜，而pH值不同的”实验对照说明“pH值”的影响，再设置“pH值相同适宜，而温度不同的”实验对照说明“温度”的影响。在语言的表述上，要注意能体现“单一变量”词语的准确使用，例如：“等量”、“相同”、“适宜”等。

3.将各组放在条件相同且适宜的环境中培养（饲养、反应），观察和记录。

处理方法和实验环境条件要相同，如：处理程度、时间、温度、光照等控制都要保持一致。

4.预测实验结果，分析得出结论。

依据实验原理指出怎样观察实验结果或者观察何种现象、记录何种实验数据。根据实验观察、数据统计，进行试验分析，对于验证性实验，其实验结果只能是一种，即支持实验目的、原理的结果；而对于探究性实验，则应尽可能分析可能出现的各种结果，并根据各种实验结果作出相应的实验结论。结果一般有三种：①实验组等于对照组，说明研究的条件对实验无影响；②实验组大于对照组，说明研究的条件对实验有影响，且影响是正相关；③实验组小于对照组，说明研究的条件对实验有影响，且影响是负相关。

二、解题示例

例1：据新华社报道，英国研究人员发现人体中有一种重要激素，即所谓的“瘦素”，这种激素能够控制人的食欲，注射后，食欲会下降，从而对人体是否发胖起到至关重要的作用。某校生物兴趣小组想利用以下材料，设计实验探究“瘦素”能否控制动物的食欲，以及是否具有减肥作用，请你帮他们完成下列实验设计，并预测和分析实验结果。实验题目：“瘦素”能否控制动物的食欲及是否具有减肥作用。

材料用具：大鼠若干只、普通饲料、一定剂量的“瘦素”溶液、生理盐水，其他所需条件均满足。

步骤设计：（请简要写出）

第一步：？摇 ？摇；

第二步：？摇 ？摇；

第三步：？摇 ？摇；

第四步：一段时间后，观察大鼠的食欲状况，称量并统计各组大鼠的体重。

实验结果预测与分析：（至少写出三种情况）

①？摇 ？摇；

②？摇 ？摇；

③？摇 ？摇。

解析：本题属于探究性实验设计题，探究性实验与验证性实验在实验目的上是不同的，验证性实验是验证研究对象的已知属性、特征及与其他因素的关系，而探究性实验是探索研究对象的未知属性、特征及与其他因素的关系，因而在实验假设上，探究性实验一般采用“如果A，则B”的形式表述，是根据现有的科学理论、事实，对所要研究的对象设想出一种或几种可能的答案和解释。对应假设，探究性实验的实验预期应分类讨论，往往有三种可能性（即正相关、负相关和不相关）。在实验结果预测与分析上，要分“如果甲组的大鼠食欲下降，体重比乙组轻”、“如果甲组的大鼠食欲旺盛，体重比乙组重”、“如果甲、乙两组的大鼠食欲和体重差别不大”三种情况进行讨论，并得出相应的结论。

答案：第一步：选取身体健康、发育正常、体重相当的大鼠若干只，随机平均分成两组，并编号为甲、乙。第二步：甲组每天注射一定剂量的“瘦素”溶液；乙组每天注射等量的生理盐水。第三步：在相同且适宜的条件下，分别饲养一段时间。实验结果预测与分析：①如果甲组的大鼠食欲下降，体重比乙组轻，说明“瘦素”能控制动物的食欲及具有减肥作用；②如果甲组的大鼠食欲旺盛，体重比乙组重，说明“瘦素”能增强动物的食欲及具有增肥作用；③如果甲、乙两组的大鼠食欲和体重差别不大，说明“瘦素”对动物的食欲和体重都无影响。

例2：某医院病理室为了确诊一患者的肿瘤是良性还是恶性，切取了一小块肿瘤组织进行培养。某科研单位研制出一种新型药物X，请设计实验：探究新型药物对抑制肿瘤细胞的增殖是否有疗效，并预测可能的实验结果，得出相应的结论。

实验器材：锥形瓶2个、显微镜、载玻片、盖玻片、培养箱、培养液、新颖药物X等。

实验步骤：

①取两个消毒后的洁净锥形瓶，标号A、B；

②（一）分别在两个锥形瓶中加入？摇 ？摇；

（二）在A中加？摇 ？摇，B中？摇 ？摇；

（三）？摇？摇？摇 ？摇；

（四）？摇？摇？摇 ？摇；

③制成装片在显微镜下观察？摇 ？摇。

可能的实验结果与相应的结论：

A：？摇？摇？摇？摇 ？摇；

B：？摇？摇？摇？摇 ？摇；

C：？摇？摇？摇？摇 ？摇。

解析：本题属于探究性的实验题。判断的依据是题目中已经明确交代：探究新型药物对抑制肿瘤细胞的增殖是否有疗效。由于实验结果是未知的，因此，可以有多种假设，解答时要尽量列出各种可能的假设类型。在表述假设时，一般采用“如果A，则B”的形式。

答案：②（一）等量的培养液；（二）加入药物X、不加；（三）将等数量的肿瘤细胞置于两份培养液中；（四）放在培养箱中在相同条件下培养一段时间。③肿瘤细胞的数目。可能的结果与相应的结论：A：如果A和B中的肿瘤细胞数目差不多，说明新颖药物对肿瘤没有疗效；B：如果A中的肿瘤细胞数目比B多，说明药物对肿瘤没有疗效，可能有促进增殖的作用；C：如果A中的肿瘤细胞数目比B少，说明药物对肿瘤有一定的疗效。