生物探究性实验设计题的基本内容，本文主要内容关键词为：探究性论文,生物论文,内容论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
[中图分类号]G633.91[文献标识码]A[文章编号]1008-9144(2008)11-0054-03
高考生物实验设计试题主要有两种基本类型，一类是验证性实验设计，一类是探究性实验设计。探究性实验设计是目前生物学高考中的常见题型，要求根据题目提供的条件，自行设计实验方案。大多数学生在解答探究性实验设计试题时，不知从何处入手，不知该写些什么、该怎么写，存在许多困难。但是，探究性实验设计中探究类型多种多样，探究程度也各不相同，不可能存在一个完整的模式以供直接借用。那么，讲探究性为什么还要讲模式、讲程序呢？“尽管在教学中存在自发的成分，有效的教学却是系统的科学观的产物，每天的课堂活动必须加以规划、确定和评价。这一过程可确保序列性地掌握目标。”[1]为此，笔者通过对高考生物探究性实验设计基本内容的探讨，初步构建了一个学生值得借鉴的模式，该模式对学生完成探究性实验设计有一定帮助。
“探究影响鼠妇分布的环境因素”是我国全日制义务教育《生物课程标准》中典型的探究性实验案例，展现了生物课程中探究性实验设计的基本内容，其内容如表1。[2]
依据《生物课程标准》中探究性实验设计的基本内容，结合高考生物探究性实验设计的典型试题，提出高考生物探究性实验设计包括七方面的基本内容。
一、理解实验题目，明确实验目的
通过阅读，理解实验题目的含义，画出题目中的关键词句，了解研究的对象、研究的范围、研究的目的和意义。明确目的要求，说明你做这个实验的理由是什么，你为什么要做这个实验。实验目的是完成实验的根本所在。实验目的不同，实验设计也就不同，要求到达的结果也不相同。
二、了解材料用具
根据实验目的选择适合的实验材料，选择适当的实验材料对完成实验具有重要意义，如孟德尔选择豌豆、摩尔根选择果蝇作遗传实验的材料，对发现遗传的基本规律具有重要意义。中学生物学实验材料和用具一般是给定的，要严格并充分依据给定的材料用具进行实验设计，不能随意增加或减少，而且实验给定的材料一般都是有用的，这就是所谓的充分占有原则。要了解材料用具的用途和特点，材料用具的使用要符合科学性原则。
三、找出实验自变量，提出实验假设
找出实验自变量，对实验假设的提出有重要意义。自变量指实验中由实验者人为操纵的、给定的因素或条件，是作用于实验对象的刺激变量。因变量指实验中由于自变量变化而产生反应或产生的变化结果。通常，自变量是原因，因变量是结果，二者具有因果关系。如在“温度对唾液淀粉酶水解淀粉的影响”的实验中，所给定的低温(冰块)、适温(37℃)、高温(沸水浴)就是自变量，而由于低温、适温、高温条件变化而引起的唾液淀粉酶活性的变化情况(以水解淀粉的反应速率来表示)就是因变量。
通常，科学实验肇端于假设。实验假设是对实验现象作出的能自圆其说的解释，是对自变量与因变量之间因果关系的初步的概括性的假定。实验假设中的自变量与因变量之间的关系，建议采用促进、加强、提高、能够等肯定性词语作为连接词。通常采用的句式是：自变量(X)对某生物的因变量(Y)起促进作用。如“光照对植物种子的萌发有影响的实验”中，自变量是光照，因变量是种子的萌发，提出的实验假设是：“光照(X)对植物种子的萌发(Y)有促进作用”，或者“光照(X)能促进植物种子的萌发(Y)”，该实验假设建立了光照与植物种子萌发之间的因果关系。提出假设的依据主要有三种：实验原理、实验目的(目的不同，假设肯定不同)、事先给定(注意分析自变量是什么，因变量是什么)。
四、设计实验方案，作出实验预期
设计实验方案，就是根据提出的实验假设，选择合适的实验材料、实验器具和实验试剂，依据自变量设置实验组和对照组，然后在人的头脑中进行思想实验，对可能产生的实验结果(因变量)作出实验预期。
正确设置实验组和对照组是实验方案设计成功的关键。通常是一个实验分为实验组和对照组。实验组，是接受自变量处理的对象组；对照组亦称控制组，是实验组的对照或参照，对实验假设而言，是不接受自变量处理的对象组。实验组与对照组之间，除自变量这一控制因素以外，其他因素尽量保持完全相同，至于哪个实验材料作为实验组，哪个作为对照组，一般是随机决定的。这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的、被平衡了的，故实验组与对照组两者之差异，可以认定是由于自变量造成的结果。
实验预期是实验假设的具体化。根据实验假设，确定实验材料设计实验方案，通过推理，对自变量(X)作用于实验组后可能产生的实验结果(因变量Y)，作出可测量、可验证判断。在高考生物探究性实验设计中，实验预期建议作出肯定性判断，当然也可以作出否定性推断，只要符合实验假设就可。实验预期可能被证实，也可能被证伪。如果以后通过具体的实验过程，预期结果得到实现，说明实验假设是正确的；如果以后通过具体的实验过程，预期结果不能实现，说明实验假设是一个假命题，实验假设是不成立的。
实验预期应具有可测性，为检测实验预期是否实现，还必须提出实验预期的观察指标，作为实验预期是否实现的判断标准。观察指标，必须是能够通过一定的观察和测量工具，可操作的、具体的、可验证的测定指标。如在“温度对唾液淀粉酶水解淀粉的影响”的实验中，观察指标是滴加碘液后，试管中的溶液有无显示蓝色。
如“光照对植物种子的萌发有影响的实验”的实验方案中，实验材料是小麦种子，实验组是适宜的光照，对照组是黑暗条件。该实验的观察指标是小麦种子的萌发率，该实验预期是光照(X)对小麦种子的萌发率的提高具有促进作用，或者光照(X)能提高小麦种子的萌发率。该实验预期与实验假设的明显不同在于，种子的萌发是比较抽象的概念，不能验证，而小麦种子的萌发率是可操作的、具体的、可验证的观察指标。注意：实验预期应该与实验假设相一致，如果实验假设是光照对植物种子的萌发有抑制作用，那么实验预期是光照能抑制小麦种子的萌发率。
五、实施实验方案，得到实验结果
实施实验方案，得到实验结果，也就是完成实验步骤的过程。实验步骤是验证实验假设是否正确的关键，在此过程中，应该关注如何操纵自变量、检测因变量和控制无关变量。因此，实验设计的基本原则(对照原则、单一变量原则、等量控制原则等)、方法、注意事项(所用生物材料要相同，所用实验器具要相同，所用实验试剂要相同，所用处理方法要相同)都要在这里实现，然后再通过一个有序的具体的步骤实施实验方案，得到实验结果。不同的实验者实验步骤可以是不同的，没有一个统一的模式，为了给初次实验者撰写步骤提供一个参考和借鉴，将实验步骤分为四项内容。
1.实验准备。包括实验材料、实验装置的准备和分组。实验材料和实验装置有些可以直接使用，有些实验材料还要经过一定形式的培养，有些实验装置还要经过自己的设计和组装；分组时要编上具体的号码，如A、B两组；然后加入适量的相同材料。注意各组的实验材料和实验装置必须尽可能保持相同，加入材料的量不能过少，以减少无关变量的干扰。通常采用的句式是：取两个大小相同的装置，编为A、B两组，分别加入相同材料。如“光照对植物种子的萌发有影响的实验”的实验方案中，取两个大小相同的培养皿(实验装置相同)，铺上适量的湿润滤纸(实验装置的准备)，编为A和B两组(分组)，分别加入健康饱满大小一致的小麦种子各100粒(实验材料相同)。又如实验过程中强调“选取生长状况相同的幼苗各20株”、“同期孵化的大小相同的蝌蚪各20只”等。
2.设置对照。目前高考生物探究性实验设计主要是通过设置对照实验，探究自变量和因变量之间的因果关系，验证实验假设是否成立。依据自变量对实验组、对照组进行处理，这是完成设计的关键，是实验步骤的核心环节。设置对照，一般先设立实验组，再设立对照组。一般来说，对照组是指已知的、正常的、自然的那个组，实验组是指处理过的、未知的、非常的那个组。注意各组使用的实验试剂和用量必须尽可能保持相同，以减少无关变量的干扰。如“光照对植物种子的萌发有影响的实验”的实验方案中，将A培养皿置于40 W的灯泡下，将B培养皿置于不透光的纸盒内。又如在A组中加入适量适宜浓度的生长素溶液，B组中加入等量的蒸馏水。
3.实施实验。在相同的适宜条件下，经过一段时间培养。注意一：培养条件一定要适宜，如果不适宜生物的生长，培养条件可能成为生物生长的限制条件。这样，实验结果的产生，不是由于自变量变化产生的结果，而是由于生物生长的条件没有得到满足造成的，从而影响自变量和因变量因果关系的建立。因此，不同的实验需要不同的适宜条件，需要根据具体情况写出。注意二：此时必须遵循实验设计的基本原则，除自变量这一控制因素以外，其他因素尽量保持完全相同，尽量减少无关变量的干扰。如“光照对植物种子的萌发有影响的实验”的实验方案中，将A和B两组放在相同的温度、湿度、空气状况等适宜条件下，经过一段时间的培养。又如将A和B两组大肠杆菌放在37℃的环境条件下，培养24h，或在25℃的环境条件下，培养5～7d。高考生物探究性实验设计中并不一定单列为一个步骤，有时放在设置对照之后，或放在观察记录之前。
4.观察记录。有些直接观察记录实验结果；有些实验的结果不易观察，应该通过一定的实验手段呈现观察指标，并忠实、客观、准确、详细地记录实测的实验结果。如“光照对植物种子的萌发有影响的实验”的实验中，观察统计两组小麦种子的萌发数量，并计算小麦种子各自的萌发率。又如用测量光合作用强度的装置测量光合作用的强度并记录。
六、分析实验结果，得到实验结论
根据所学的理论知识，对观察得到的数据、实验现象进行科学的分析、解释，找出自变量与因变量之间的因果关系，归纳出一般性的结论。注意，实际的实验结果，可以与实验预期相符，也可以与实验预期不符，但在这里一定要遵循科学实验的客观性原则。所谓的科学精神，很重要的一点就是要忠实于实验本身，实验结果是怎么样就是怎么样，绝不能根据实验预期推导出实验结果，而必须严格遵循、尊重实验结果。
在解答高考生物探究性实验设计试题时，实验结论必须与实验假设相对应，而因变量与自变量的关系，可以从正相关、负相关、零相关三个方面来分析，因此分析实验结果，得出实验结论的一般模式是：(1)A与B相比，实验现象明显增强，说明自变量(X)对某种生物的因变量具有促进作用。(2)A与B相比，实验现象明显减弱，说明自变量(X)对某种生物的因变量具有抑制作用。(3)A与B相比，实验现象差异不显著，说明自变量(X)对某种生物的因变量作用不明显。
如“光照对植物种子的萌发有影响的实验”中的实验结果和实验结论。1)如果A与B相比，小麦种子萌发率明显提高，说明光照对小麦种子的萌发有促进作用。2)如果A与B相比，小麦种子萌发率明显下降，说明光照对小麦种子的萌发有抑制作用。3)如果A与B相比，小麦种子萌发率差异不显著，说明光照对小麦种子萌发的作用不明显。
七、讨论与反思
为提高生物实验设计试题解答的正确性和完整性，建议先在草稿上确定实验设计的基本框架。实验设计的基本框架是：先确定自变量和因变量，再设置实验组和对照组，然后根据实验材料和实验假设，推断实验预期，得出实验结论。设计要求打草稿，打草稿有利于对实验设计的基本内容进行反思，反思可以从三方面入手：(1)检查文字是否流畅，语法是否正确，生物学术语使用是否规范，能用题目中的词语尽量使用题目中的词语，能用教材中的词语尽量使用教材中的词语；(2)检查是否很好地遵循对照原则、单一变量原则、控制等量原则等；(3)检查实验设计的注意事项(所用生物材料要相同，所用实验器具要相同，所用实验试剂要相同，所用处理方法要相同)是否完成。