高中生物实验设计题的设计与解答方法初探

刘志华

摘要：高中生物《考试大纲》和《考试说明》中明确要求考生要具备验证简单生物学事实的能力，对一些生物学问题进行初步探究的能力。实验设计题注重对学生实验能力的考查，这类试题思维量大，信息和情境新颖，设问角度多样，综合性强，能力要求高，能较好地反映学生对基础知识和基本技能的掌握情况，能发挥学生的创新意识，体现学生的思维水平。

关键词：高中生物;实验设计

笔者就如何指导学生设计与解答实验设计题的方法归纳如下：

一、认真审题，弄清实验的性质和目的

解题先要认真审题，抓住关键的有效信息点，弄清该实验的性质是验证性还是探究性实验，其次要明确该实验的目的是什么？

二、分析原理，回顾实验设计的原则

实验原理是设计性实验的基础，只有明确实验的原理，才能掌握实验的关键，进而进行实验的设计。实验原理一方面可来源于题干，另一方面也可来源于书中的知识，即可通过阅读题干或联想书中知识来获取原理。

三、明确实验变量，确定平衡无关变量的方法

变量是指实验中由实验者所操纵的因素或条件，据其在实验中的作用，可分为实验变量与反应变量、无关变量与干扰变量两类。

1.实验变量与反应变量

实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，也称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如，在“探究温度对酶活性的实验”中，所给定的低温、适温、高温就是实验变量，而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是反应变量，该实验即在于获得和解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）的因果关系。

2.无关变量与干扰变量

无关变量，是指实验中除实验变量（即自变量）以外的影响实验结果的因素或条件。也称控制变量。通常最有效、最简便的方法是设计对照实验来对其进行控制。如空白对照、条件对照、自身对照、相互对照等，干扰变量，指实验中由于无关变量而引起的变化和结果。显然，干扰变量会对实验变量（即自变量）有干扰作用。例如，上述实验中实验变量（低温、适温、高温）以外，试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、可溶性淀粉的纯度、试剂溶液的剂量、实验操作程度、温度处理的时间长短等等，都属于无关变量，要求对低温、适温、高温三组实验是等同、均衡、稳定的。如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件，对三个实验组的给定条件不等同，不均衡，不稳定，则会在实验结果中产生干扰变量，对实验结果产生干扰，造成误差。

四、分析、选择实验材料用具，设计实验步骤

1.若题中已提供实验材料和用具

可認真分析题中所提供的器材在实验中的作用？如何使用？是否必须用到？通常题中给出的实验材料和试剂一般应充分利用，不能随意增加。如题中说明了从所提供的器材中选取所需的进行实验，就要准确地选取用具和材料。其实这也相当于隐含条件，只要你分析判断准确，就不会有所遗漏。若让学生自行确定实验材料和用具，这就需要根据实验步骤与要求等，联系相关的生物学原理，迁移运用教材相关实验中的实验用具，选择好器材才能准确地设计好实验。

2.设计实验步骤

不同的生物实验，其步骤不一，但大多数常规实验可按照下列步骤进行设计。

（1）第一步：选取材料，分组编号。

即就是选取题干提供的实验材料用具，对实验对象进行平均分组并编号，注意相应的无关变量要保持一致。

（2）第二步：施加实验变量，平衡无关变量。

对实验组与对照组进行不同处理，即对实验组要施加实验变量。

（3）第三步：认真观察，如实记录现象和数据。

细心观察实验现象，如实记录数据。科学描述结果。

五、预测实验结果与结论

实验结果是由实验变量而引起的变化，实验结论是根据实验结果作出的一种推论。预测实验结果与结论又可分为两种情况来分析：

（1）若为验证性实验验证性实验是设计一个实验来验证、检测实验结果能否达到实验原理所描述的结论的一类实验。这类实验在实验前其实验结果是已知的，实验过程在于努力获取预期的结论，重在结果的获得，因而验证性实验的实验结果是唯一的，即实验原理所描述的结果，预期实验结果时的表述方式为“A组……”，“B组……”。

（2）若为探究性实验探究性实验是指在假设前提下，获取支持假说或推翻假说的一类实验。这类实验在实验前并不知道实验结果，实验过程在于努力探索实验结论。因而探究性实验的实验结果与结论是未知的，实验前需对实验结果进行预测，并分析出现该结果的原因，预测实验结果不唯一，大多有三种可能：变量促进结果，变量抑制结果，变量与结果无关。预期实验结果时的表述方式为“若……，则说明……

六、例题赏析

某科研单位研制出一种新型药物X，据说对某种肿瘤有较好的疗效，请你设计一个实验加以验证并简要写出实验步骤和结论。

答案：（1）在无菌条件下，将适宜的动物细胞培养液均分为两等份，注入两个洁净的试管中并分别编号为1号、2号。1号试管加入少量的X药物，2号试管加入等量的蒸馏水。

（2）将等量且少量的动物肿瘤细胞分别移入1号、2号试管中，在适宜的条件下培养。

（3）培养一段时间后，分别从1号、2号试管中取一滴培养液制成装片，观察肿瘤细胞的生长情况。结果加X药物的1号试管中肿瘤细胞数目少，增长慢。

若此实验为探究性实验，实验步骤一样，只是结果和结论要进行讨论：若1号试管中的肿瘤细胞数目比2号试管少，则说明X药物对肿瘤细胞有较好的疗效。

若1号试管中的肿瘤细胞数目比2号试管多，则说明X药物能促进肿瘤细胞的增殖。

若1号试管中的肿瘤细胞数目与2号试管无明显差异，则说明X药物对肿瘤细胞没有疗效或无影响。

总而言之，生物实验设计要求学生在充分理解和掌握生物学基本知识的情况下，还要具备生物学的基本实验技能。在不同的实验设计中灵活采用各种方法才能获得实验设计与解答的最佳方案。