探究性实验思路设计问题解决模型的构建

文/东莞市第一中学

胡 超

探究性实验设计题是近年高考热点题型，设问新颖、逻辑性强、区分度好，全面考查了学生的实验探究能力、信息处理能力、知识迁移能力、语言表达能力等多种能力，成为生物试题中的亮点之一，是最能体现生物学科核心素养中“科学探究”评价导向的题目。

一、高考生物探究性实验思路设计类试题的特点

许多学生易将实验思路当作实验方案(步骤)对待，事实上两者是不同的。实验方案(步骤)设计关注的是具体的方案，例如，如何分组、实验组和对照组如何处理、因变量如何检测、无关变量如何平衡和消除等。实验方案设计特别强调的是条件控制，通常要写出无关变量。实验思路(偏宏观)与实验方案设计类似，但并不过分关注细节。实验思路关注的是自变量的确定、因变量的确定以及预期结果与结论的关系。

实验思路设计类试题，大都有共同的特点：紧扣教材基础知识、基础实验或经典科学实验，实验目的清晰、方法明确、材料具体，要求学生写出实验思路，指出预期的实验结果及结论。能力要求方面，都对学生的实验探究能力、迁移能力、信息加工能力、语言表达能力提出了较高的要求。

二、探究性实验思路设计题的核心思想与解决原则

教师在教给学生基础知识的同时，还应教给学生解决问题的原则、方法与技巧，才能真正提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。

1.探究性实验思路设计题的核心思想

“假说——演绎”法是现代科学研究中常用的思想方法，也是解决探究性实验思路设计类问题的核心思想方法。“假说——演绎”思想明确了现代科学研究的基本思路：发现问题→提出假说→演绎推理→实验验证→得出结论，同时指出了“假说与预期实验结果”“实验结果与实验结论”之间的相互关系。高考试题中的探究性实验思路设计类问题，大都以此为命题主线。以“假说——演绎”思想为指导，能站在高处审视问题，从总体上把握问题解决的思路，有利于培养学生的全局观念与大局意识。

2.解决探究性实验思路设计题遵循的基本原则

探究性实验思路设计题通常以验证假说为目的来设计实验思路，逻辑思想是差异归纳法，往往需要设计一组或几组进行了共性处理和差异处理的对照实验，通过分析各组的条件异同，得出影响实验结果的因素。设计对照实验，通常需要遵循一定的原则，如单一变量原则、对照原则、平行重复原则、科学性原则等。共性处理是指对实验组和对照组采取相同的处理措施，即除自变量以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。而差异处理是指对实验组和对照组采取不同的处理措施，使实验组与对照组的自变量不同(其余因素都相同)，以便为得出影响实验结果的具体因素提供依据。共性处理与差异处理实际上是“单一变量原则”和“对照原则”在实验方案设计中的具体运用。在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。在设计实验时必须有充分的科学依据，即实验目的明确、实验原理正确、实验研究的材料和实验方法的选择恰当、整个实验设计的思路和实验方法的确定都不偏离实验原理、有关的生物学知识及其他学科领域的基本知识。

三、探究性实验思路设计解题模型的构建

在总结出探究性实验思路设计题的特点、遵循的思想方法、解题原则的基础上，总结出此类问题的具体答题套路，构建解决此类问题的模型，才能更加有效地指导学生进行规范答题，从容应对高考。

探究性实验目的是实验所要发现或解决“生物学事实”是什么，或要解决该“生物学事实”的哪一方面，通常以“探究(研究)……对……的影响”“探究(研究)……的最适温度(浓度)”等形式呈现。而实验原理则分析实验所依据的科学原理是什么、涉及的生物学及相关学科中的方法和原理有哪些等问题。

2.确定实验变量，设置对照实验

依据实验目的和实验原理，找出自变量和因变量，确定实验研究的因素，以及对实验结果可能造成影响的无关变量，同时构思实验变量的控制方法和实验结果的获得手段。自变量是实验中可以认为改变的实验条件，改变该条件，将引起实验结果发生相应的改变，往往“探究什么”，“什么”就是自变量。自变量的控制通常采用“加减法”，加法就是加入自变量(或添加多一点)，减法就是去掉自变量(或添加少一点)。因变量是实验观测的指标，是实验者在进行探究性实验时对实验结果评价的一个标准，可以是通过实验者主体感官获取到的颜色、形状、气味等现象所展现的主观指标，也可以是通过工具或仪器定量测得的数据所表现的客观指标。探究实验中，应尽可能选择具体的、有效的、不带有个人主观意愿的、可操作性强的指标作为因变量。

3.确定实验方法，设计实验步骤

在具体的问题中，需要根据试题的要求，依据实验目的、实验原理和所提供的材料，严格遵循实验设计的原则，确定具体的实验方法，设计科学可行的实验步骤。一般情况下，常规实验步骤的设计可归纳如下：分组与编号→放置相同的实验对象→创设不同的影响因素→相同环境条件下进行培养→观察和收集数据。

4.分析预期的实验结果，得出实验结论

探究性实验研究的是自变量与因变量之间的关系，在答题过程中，可依据现有科学理论对实验结论提出一种或几种假设，实验结果预测一般与假设相对应：若实验结果与预期结果一致，则得出与先前的假设一致的结论，即假设成立；反之，假设不成立。探究性实验的结果与结论不唯一时，需进行分情况讨论。