運(yùn)用“兩變量、兩方法”速解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

從近幾年的全國(guó)各地的理綜試題可以看出，生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題已成為一個(gè)命題亮點(diǎn)。然而學(xué)生最害怕的也正是生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，很多學(xué)生拿到題目后不知從何著手，缺乏解答實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的一般能力，生物實(shí)驗(yàn)題成了很多學(xué)生的死穴。生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題是不是真的毫無(wú)規(guī)律可循呢?

其實(shí)，生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題也存在著實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則和規(guī)律，學(xué)生只有掌握它們才能很好地提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。為此，筆者特提出運(yùn)用“兩變量，兩方法”速解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，以期拋磚引玉。

1 “兩變量”——實(shí)驗(yàn)變量和反應(yīng)變量

實(shí)驗(yàn)變量，也稱(chēng)自變量，指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者所操縱控制的因素或條件。反應(yīng)變量，亦稱(chēng)因變量，指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化和結(jié)果。通常，實(shí)驗(yàn)變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的在于獲得和解釋這種前因后果。

例如，在驗(yàn)證溫度對(duì)酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)中，所給定的低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫(沸水浴)就是實(shí)驗(yàn)變量。而由于溫度條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應(yīng)結(jié)果也隨之變化，這就是反應(yīng)變量，該實(shí)驗(yàn)即在于獲得和解釋溫度變化(實(shí)驗(yàn)變量)與酶的活性(反應(yīng)變量)的因果關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)變量和反應(yīng)變量一般都隱藏在題干中，因此認(rèn)真審題是解答實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的關(guān)鍵。通過(guò)審題可以提取有效信息，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理，而實(shí)驗(yàn)變量和反應(yīng)變量往往都藏匿于實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理中。例如2000年全國(guó)高考理科綜合試卷的第25題，通過(guò)審題可知該實(shí)驗(yàn)的目的為驗(yàn)證鈣離子在血液凝固中的作用，分析該實(shí)驗(yàn)?zāi)康木湍苤苯拥贸觯簩?shí)驗(yàn)變量為鈣離子，反應(yīng)變量為血液凝固，該實(shí)驗(yàn)即在于獲得和解釋鈣離子(實(shí)驗(yàn)變量)與血液凝固(反應(yīng)變量)的因果關(guān)系。

又如2002年全國(guó)高考理科綜合試卷第21題，審題可知該實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑轵?yàn)證“鎂是植物生活的必需元素”，由此可知該實(shí)驗(yàn)變量為鎂離子，反應(yīng)變量則可從實(shí)驗(yàn)原理得出應(yīng)該為植物的生長(zhǎng)發(fā)育情況，該實(shí)驗(yàn)即在于獲得和解釋鎂離子(實(shí)驗(yàn)變量)與植物生長(zhǎng)發(fā)育情況(反應(yīng)變量)的因果關(guān)系。

2“兩方法”——實(shí)驗(yàn)變量的操縱方法和反應(yīng)變量的檢測(cè)方法

2．1操縱實(shí)驗(yàn)變量的方法

設(shè)法給研究對(duì)象施加干擾，造成實(shí)驗(yàn)對(duì)象的變化，從而使研究對(duì)象在被干擾狀態(tài)中反映出某種現(xiàn)象和屬性。

操縱方法包括：施加、改變、去除。

2．2檢測(cè)反應(yīng)變量的方法

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)條件確定觀察和測(cè)量的指標(biāo)和方法。在高中生物中常用的觀察和測(cè)量指標(biāo)有：顏色、溫度、pH、氣體體積變化、形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理變化、反應(yīng)所需時(shí)間、生化反應(yīng)速度、生長(zhǎng)發(fā)育速度、沉淀反應(yīng)、菌落特征等。

如：光合速度——O₂釋放量、CO₂吸收量或淀粉產(chǎn)生量；

呼吸速度——O₂吸收量、CO₂釋放量或淀粉減少量；

還原性糖——斐林試劑、班氏試劑；

細(xì)胞液濃度大小——質(zhì)壁分離；

細(xì)胞是否死亡——質(zhì)壁分離、細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)情況；

甲狀腺激素作用——?jiǎng)游锖难趿?、發(fā)育速度；

動(dòng)物活動(dòng)狀態(tài)、動(dòng)物體溫變化等；

生長(zhǎng)激素作用——生長(zhǎng)速度(體重變化、身高身長(zhǎng)變化)；

大腸桿菌——伊紅和美藍(lán)；

菌量——菌落數(shù)或亞甲基藍(lán)褪色程度等。

下面通過(guò)對(duì)一道2006年高考生物試題的分析，以期分析靈活運(yùn)用“兩變量、兩方法”解答生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題。

【練兵場(chǎng)】 (2004年全國(guó)理綜卷第3題)胰高血糖素對(duì)小白鼠和人具有相同的生理作用。為了驗(yàn)證“胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”，以小白鼠為實(shí)驗(yàn)對(duì)象設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，預(yù)測(cè)和解釋實(shí)驗(yàn)應(yīng)出現(xiàn)的結(jié)果，并寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

(一)實(shí)驗(yàn)材料和用具：

正常實(shí)驗(yàn)小白鼠2只，生理鹽水，用生理鹽水配制的適宜濃度的胰高血糖素溶液，班氏糖定性試劑，注射器，試管，燒杯等。

(二)實(shí)驗(yàn)步驟：______________________________

(實(shí)驗(yàn)提示：采用空腹注射給藥，給藥劑量不作實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求；給藥1 h后，用注射器在小白鼠膀胱處穿刺取尿液。)

(三)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)、解釋和結(jié)論：____________________________________________

參考答案：

實(shí)驗(yàn)步驟：①給一只空腹鼠注射胰高血糖素溶液，另一只空腹鼠注射等量的生理鹽水。

②取2支試管分別編號(hào)1號(hào)和2號(hào)，各加入等量的班氏糖定性試劑。

③給藥1h后，分別對(duì)實(shí)驗(yàn)鼠和對(duì)照鼠進(jìn)行采尿，并把等量的尿液分別加入1號(hào)、2號(hào)試管，搖勻。

④把2支試管同時(shí)放入盛有開(kāi)水的燒杯中加熱至沸，觀察顏色變化。

結(jié)果預(yù)測(cè)：1號(hào)試管中出現(xiàn)磚紅色沉淀，2號(hào)試管中無(wú)磚紅色沉淀。

結(jié)論：胰高血糖素具有升高血糖的生理作用。

注：“本文中所涉及的表格、注解、公式等請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>