新课标下生物实验设计的探讨

　　新课标下生物实验设计的探讨生物学是一门以实验为基础的科学，随着新课改的实施和推进，传统实验教学类型在生物实验教学中受到了挑战，代之以自主、合作、探究的学习方式在实验教学活动中得到了广泛的应用，使实验教学发生了巨大的变革。作为一名生物教师在课堂上应如何进行实验设计教学，笔者结合亲身经历谈谈实验设计的体会。一拟定实验名称实验的名称是指关于一个什么内容的实验，一般书写为：关于××的实验或研究或探究等（也可写成探究或验证××对××的影响）。二提出问题提出问题是指通过观察、分析或从现实生活中提出与生物学相关的、可以探究的、合理的问题，一般用疑问句。如：植物向光性的原因是什么？胚芽鞘的什么部位是感受单侧光刺激的部位？三明确实验目的实验目的是指要探究或者验证的某一事实或者做了该实验后，要解决什么问题？实验目的是从提出问题演变而来的，即把提出的问题变为陈述句。一般在题干中有“验证……”、“证明……”、“探究……”，其后面的内容往往就是本实验的目的。在实验目的的表述上要体现实验的性质，使用“观察、鉴别（鉴定）、验证、探究”等关键词。如“探究温度对淀粉酶活性的影响”、“探究光照强度对光合作用强度的影响”等。四分析实验原理实验原理是实验所依据的科学道理，它既是实验方案设计的指导思想，也是预测实验结果的理论依据。分析实验原理既要依据生物学的基础知识，还要充分利用题干、实验器材、药品试剂、已有的方法步骤等信息资源的提示。如绿叶中色素的提取和分离→提取原理和分离原理。实验原理一般由两部分组成：一是关于本实验所要探究的变化的原理；二是如何用恰当的观察指标表达反应变量的原理。如，在“探究影响淀粉酶活性的条件”实验中，实验原理可分成两部分：一是关于本实验所要探究的变化的原理——淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖；二是关于用观察指标表达反应变量的原理——淀粉遇碘后，形成蓝色络合物，麦芽糖和葡萄糖遇碘后，不形成蓝色络合物；麦芽糖和葡萄糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的氧化亚铜沉淀。五提出实验假设 实验假设应依据实验目的和实验原理来进行分析、确定和作出，可用肯定的语言也可用否定的说法（注意一般验证性实验不存在假设）。六选择材料用具根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料，是保证实验成功的关键因素之一。实验材料用具包括生物材料、仪器、试剂等。如果实验已经给出材料用具，应通过思考进行选取和恰当运用（分别起什么作用？如何运用？）。必须注意的是：题中所给的材料用具一般应充分利用，否则所设计的实验步骤可能就存在错误或漏洞；除非题目条件允许，否则不能自己随意添加或更改材料用具。如果是要求自己选择材料用具，则应结合教材知识、化学反应常识等进行思考，并尽量选取实验效果好、容易获得、操作简便等的材料用具；还应注意药品和试剂等的浓度、使用的量、加入的次序、反应所需的条件（如是否需要加热）等。七设计可行的实验方案1．分析各种变量设计实验方案应首先根据实验目的确定本实验的实验变量、反应变量和无关变量；然后根据实验原理确定观察指标。具体方法如前面所述。2．分组排除无关变量根据实验的目的、实验原理、题目的要求（可能是隐藏的）等确定分组、分几个组或不分组（自身前后对照），但都要能形成对照（空白、自身、相互等）。分组时，应随机并确保每组的生物材料应相同且具有一定数量，以排除无关变量、偶然因素对实验的干扰和遵循重复性原则，使实验具有科学性和说服力，也更具有普遍性意义。3．正确操纵实验变量实验的目的就在于通过对实验对象施以实验变量处理，来观察或测量反应变量的变化，而得出相关的结论。对实验对象施以实验变量处理一般有两种方法。第一，减法。如果实验变量在正常情况下客观存在，则可以设法去除这个因素或改变它的值。如艾弗里的实验：正常情况下S型细菌体内DNA与蛋白质、多糖、RNA、脂质是同时存在的，将它们分离并提纯后分别加入培养基中对R细菌进行培养，就是用去除式减法形成单一变量的。再如，用新鲜唾液淀粉酶作材料做温度对酶活性影响时，通过改变温度值，把淀粉酶置于0℃和100℃环境中，就是用改变式减法形成单一变量的。 第二，加法。如果实验变量在正常情况下不存在，则可以额外施加这个变量（或在原有的基础上添加使之超出正常范围），如在“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”的实验中，在插条正常生活的土壤中一般是不存在生长素的，通过配制一定浓度梯度的一系列生长素类似物对插条进行处理，就是用加法造成单一变量的。4．严格控制无关变量在任何一个实验中，无关变量总是大量存在的，而且类型繁多。只有严格地控制无关变量，消除了无关变量的影响，才能真正确定实验变量与反应变量之间的因果关系，体现生物实验设计的科学性原则、单一变量原则。常用的控制无关变量的方法主要有以下四个方面：第一，恒定法。在整个实验期间，尽量使除了实验变量以外的其他所有因素，如实验材料、实验用具、处理方法等各个方面保持一致和不变；再如可用饱和的NaHCO3溶液保持容器中CO2量的恒定，以避免其对密闭空间气体体积的干扰。第二，平衡法。设置对照组，使无关变量对实验组和对照组的影响保持相同而适宜，从而使实验结果在相同的条件下显示出来。第三，消除法。如在探究种子呼吸作用时，应用对种子生命活力基本无影响的表面消毒剂对种子进行消毒，就是消除微生物的呼吸作用对种子呼吸作用的影响；在探究绿色幼苗的呼吸作用时，可进行遮光以消除光合作用对呼吸作用的影响；再如，可用NaOH溶液（或KOH溶液）除去容器中的CO2。第四，校正法。如在探究生物（如种子、酵母菌、幼苗等）的某一生理作用（呼吸作用、光合作用等）时，无法消除环境温度和大气压力等非生物因素（物理因素）对密闭空间的气体压力的影响，可用等量的、消毒的、死亡的生物材料（如种子、酵母菌、幼苗等）进行校正（其他条件和处理与实验组相同）。5．科学观察反应变量实验的反应变量并不都是显而易见或可以测量的，这就需要根据实验原理选择一个合理的、明显的、易于检测的观察指标来准确反映反应变量变化。如检测光合作用的强度可用单位时间内O2释放量或CO2吸收量或淀粉产生量等作为观察指标（对于水生植物可用单位时间内气泡的产生时作指标；而对于离体叶片可用单位时间内上浮的叶片数量或全部叶片上浮所需的时间来作指标）。八记录、处理或发布实验结果实验结果的记录、处理或发布的形式有表格、坐标曲线、坐标柱形图、饼图等。九预期结果和分析 首先要弄清实验是“验证型的”还是“探究型的”。一般验证性实验的实验结果无需预测，其结果与实验目的是一致的而且是唯一的。而探究性实验的结果不唯一，一般有三种可能：变量促进结果、变量抑制结果、变量与结果无关；或A>B、A＜B、A＝B或“全肯定、全否定、一肯定一否定”等；也可能是多种结果，这要根据具体题目分析而定，但都应科学合理。十实验结论通过现象、结果的分析，概括出规律性的结论（是由特殊上升到一般的提炼归纳过程）。一般有以下两种表述句式：验证性实验，一般为是什么或证明什么，如实验目的是验证甲状腺激素的生理作用，则结论就应是：甲状腺激素能促进新陈代谢，加速体内物质的氧化分解，提高神经系统的兴奋性。探究性实验，由于结果不唯一，所以一般不会（题目不会这样问）也不可能下一个肯定的结论，而是采取讨论的方式进行叙述。一般叙述的格式是：如果变量促进结果则说明……如果变量抑制结果则说明……如果变量与结果无关则说明……等（或写成如果出现××，则××。如，如果正反交实验结果一致，则××基因在细胞核的染色体上；如果正反交实验结果不一致，则××基因位于在细胞质中）。需特别注意的是决不能先说结论，再说结果。如用装置中的红色液滴移动情况检测酵母菌呼吸作用类型时，应写成：若液滴向左移动则推出什么结论，若液滴向右移动则推出什么结论（或甲装置液滴向左移动、乙装置液滴向右移动，则得出什么结论等），而不能描述为：“若为有氧呼吸，则液滴向哪移动”。十一提出进一步探究的问题对于探究型实验在题目的最后有时会出现这样的问题：一般性原则是从原实验的无关变量中选择一个因素作为实验变量进一步探究，而原实验的该实验变量则成为无关变量。以上是高中生物实验活动中，所涉及的基本内容，但任何一个实验或探究活动都不大可能全部涵盖这些要求，而只是其中的部分内容。教者应帮助学生理解掌握实验设计基本步骤，让这些内容内化为学生学习实验的基本规律，这样就会在实验考试中胸有成竹，提高实验的得分率。