生物實驗設(shè)計題解題方法

摘 要： 高考生物實驗設(shè)計是考查學生掌握生物學知識的一項重要手段，本文主要從解題的角度去分析如何掌握做生物實驗設(shè)計題時要注意的事項以及用文字表達時要注意的事項和運用的關(guān)鍵文字。

關(guān)鍵詞：等量 單因子變量 對照

實驗題一直是生物高考試題中一個必不可少的組成部分，但長期以來一直停留在對實驗材料、原理、目的、方法、步驟、注意事項等方面的考查，而很少涉及實驗設(shè)計、實驗分析評價等。近幾年的高考試題中，實驗設(shè)計題和實驗分析評價題所占的比例開始加大，這不僅因為它的區(qū)分能力很強，更因為它能充分體現(xiàn)學生的生物科學素質(zhì)。而很多學生在做實驗題時總找不到分析題目的重點知識，也不能很好地運用生物學中的關(guān)鍵詞去進行對實驗過程的表達。究其原因，關(guān)鍵是學生對實驗過程的理解能力、實驗設(shè)計思維能力和實驗設(shè)計步驟的表達能力的缺乏及實驗結(jié)果的歸納總能力有一定的差距。因此，在復習中應(yīng)加強對實驗的復習，完成教材規(guī)定的實驗，并重視以下方面：

一、了解實驗設(shè)計的基本原則

實驗設(shè)計的常用原則包括：1. 單因子或單一變量原則。2. 對照原則。3. 等量原則。4. 科學性原則。5. 隨機性原則。6. 平行重復原則等等。在真正進行解題的實驗設(shè)計書寫過程中，在保證科學性原則的基礎(chǔ)上，文字敘述中有三個原則即可，即：等量原則，單因子或單一變量原則，對照原則。

1. 等量原則

即在進行實驗過程中所用的材料要相同（若為動物則要考慮所取性別、年齡、體重）、所用的試劑量及總量要相同、進行實驗時的環(huán)境條件要相同、進行實驗所用的時間要相同等。例（1）：“唾液淀粉酶水解淀粉”的實驗中，取兩支試管，試管1加入2ml淀粉液，試管2加入2ml蔗糖液；后各加入2ml唾液淀粉酶。或者，取兩支試管，試管1、2各加入2ml淀粉液，試管1加入2ml唾液淀粉酶，試管2加入2ml蒸餾水。

例（2）：“驗證甲狀腺激素能促進幼小動物發(fā)育”的實驗中，在取蝌蚪進行實驗過程中，所取的蝌蚪生長狀況、大小要相同，飼喂飼料的時間、數(shù)量要相同，蝌蚪生活的外界條件（水質(zhì)、溫度等）要相同。這些相同的各種條件一定要用文字表達出來。

2. 單因子或單一變量原則

在進行實驗過程中控制其他因素不變，只改變其中一個因素（要研究的因素），觀察其對實驗結(jié)果的影響。實驗中一定要注意控制變量，即在實驗中，一般只能確定一個變量，即唯一一個對實驗產(chǎn)生影響的變量。而其它條件在實驗組和對照組中應(yīng)該是完全一樣。

A. 變量的種類

①實驗變量。實驗變量是實驗中由實驗者操縱的因素或條件，由實驗變量而引起的變化結(jié)果則為反應(yīng)變量。

例如：關(guān)于“溫度影響唾液淀粉酶水解淀粉”的實驗中，溫度就是實驗變量，而這些變量引起的實驗變化結(jié)果就是反應(yīng)變量。溫度是變量，那怎樣處理變量呢？單一的溫度無法說明溫度對酶的影響，因此應(yīng)該設(shè)計不同的溫度對酶的影響，可設(shè)計“低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫 (沸水)”，實驗旨在獲得和解釋溫度變化(實驗變量)與酶的活性(反應(yīng)變量)的因果關(guān)系。

②無關(guān)變量。無關(guān)變量是指實驗中除實驗變量外的影響實驗結(jié)果與現(xiàn)象的因素或條件。由無關(guān)變量引起的變化結(jié)果就叫額外變量。

例如：“溫度影響唾液淀粉酶水解淀粉”中，除實驗變量(溫度)外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、淀粉濃度、pH值、溫度處理的時間長短等等就屬于無關(guān)變量。 如無關(guān)變量中的任何一個或幾個對三組實驗不等同、不均衡，就會產(chǎn)生不同的結(jié)果（即額外變量），影響實驗的真實結(jié)果。因此，在一個實驗設(shè)計中，所有的無關(guān)變量原則上一定要相同。

B. 變量的控制

變量的控制，是指控制其他因素不變，只改變其中一個要研究因素的變化，保證實驗不受干擾或?qū)⒏蓴_因素降低到最低程度，常用方法有：改變某條件、去除某物質(zhì)、施加某種條件等。而控制其他因素的不變，只要運用等量原則即可。例如：“溫度影響唾液淀粉酶水解淀粉”實驗中，要控制其他因素不變，只要所用試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、淀粉濃度、pH值、溫度處理的時間長短相同就達到目的了。

3. 對照性原則

一般情況下，一個實驗設(shè)計里要有實驗組和對照組。實驗組，是接受實驗變量（改變某條件）處理的對象組；對照組，是不接受實驗變量（不改變某條件）處理的對象組。從理論上說，由于實驗組與對照組的無關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之差異可認定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結(jié)果是可信的。

在實驗中，為了排除無關(guān)條件的干擾，常常要設(shè)立對照實驗。所謂對照實驗是指有一個關(guān)鍵條件不同，而其他實驗條件都相同的情況下所進行的一組實驗，以此了解條件與結(jié)果之間的關(guān)系，增強實驗結(jié)論的可靠性。其中，直接用于論證結(jié)果的一組稱之為實驗組，用于對比的一組稱之為對照組。

（1）對照實驗組通常包括以下四種類型：

①空白對照：設(shè)計一個不加任何處理的實驗，但要保證等量原則的存在。

例：“唾液淀粉酶催化淀粉”的實驗中，實驗組滴加了唾液淀粉酶，而對照組只加了等量的蒸餾水，起空白對照。

②條件對照：給實驗組某種處理，給對照組另一種條件的處理。

例：“驗證甲狀腺激素促進幼小動物發(fā)育”實驗中，可存在以下實驗組和對照組：

甲組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）

乙組：飼喂甲狀腺素抑制劑（條件對照組）

丙組：對蝌蚪不做任何處理（空白對照）

③自身對照： 實驗組和對照組在同一個對象上進行，不另設(shè)對照組。

例：“植物質(zhì)壁分離和復原實驗”就是典型的自身對照，關(guān)鍵是觀察實驗前后的動態(tài)變化。

④相互對照：不設(shè)對照組，而另設(shè)實驗組相互對照。

例1：“胚芽鞘向光性實驗”中，利用若干組燕麥胚芽鞘受不同條件處理的實驗組之間的對照，說明了生長素與植物生長彎曲的關(guān)系。

例2：“證明玉米根的生長方向與地心引力的關(guān)系”實驗，利用在垂直方向上，不同方向放置的玉米種子之間根的生長相互對照，說明了根的生長與地心引力的關(guān)系。

（2）如何設(shè)置對照實驗?zāi)兀?/p>

對照實驗設(shè)置的正確與否，關(guān)鍵就在于如何盡量去保證“除一關(guān)鍵條件與實驗組不同外，其它實驗條件與實驗組完全相同”。具體來說有如下四個方面：

①所有用生物材料要相同，即所用生物材料的數(shù)量、質(zhì)量、長度、體積、來源和生理狀況等方面特點要盡量相同或至少大致相同。

②所用實驗器具要相同，即試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小型號要完全一樣。

③所用實驗試劑要相同，即試劑的成分、濃度、體積要相同。尤其要注意體積上等量的問題。

④所用處理方法要相同，如保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌或振蕩都要一致。

有時盡管某種處理對對照實驗來說，看起來似乎是毫無意義的，但最好還是要作同樣的處理。所有的處理最終均體現(xiàn)在語言表達上。

二、生物實驗設(shè)計解題技巧

1. 實驗設(shè)計題一般分為兩種類型：

驗證類實驗設(shè)計：對于實驗現(xiàn)象可以由要驗證的結(jié)論直接得出，不用討論。

例：驗證甲狀腺激素的作用；驗證胰島素的作用；驗證酶的專一性；驗證植物的向光性；驗證溫度對酶催化性的影響等待。

探究研究類實驗設(shè)計：對于實驗現(xiàn)象一般要討論并得出相應(yīng)的結(jié)論。（一般從正、反、中間去討論，例：溫度對甲狀腺激素的作用是否有影響。）

得到題目后仔細閱讀，從題干內(nèi)容確定實驗屬于哪種類型，確定該題的結(jié)論是直接得出還是要進行討論得出。

2. 解題思路：實驗?zāi)康摹鷮嶒炞兞俊鷮嶒灢襟E→實驗結(jié)論

（1）明確實驗?zāi)康模煌ㄟ^實驗?zāi)康拇_定實驗變量；（題中可變的單一因素）找到實驗變量是整個解題的關(guān)鍵。

（2）設(shè)計對照實驗應(yīng)遵循：單一因素不同；其他因素相同且最適。

3. 實驗設(shè)計過程中實驗步驟的一般文字描述（步驟設(shè)計一般不宜連續(xù)描述，需要分段敘說，并加以編號）；一般方案如下：

實驗步驟：

（1）取樣本材料數(shù)量n或?qū)嶒炂餍禂?shù)量n，編號1、2、……（或A、B、……/或甲、乙）

（在這里實驗材料包含實驗中用到的各種動植物，取材時要注意數(shù)量和生理及發(fā)育狀態(tài)相同；一般要用的文字：生長狀況、大小相似、發(fā)育狀態(tài)相同等。實驗用具有燒杯、培養(yǎng)皿、飼養(yǎng)動物的容器等等。這些材料用具在試題中都會給出，注意要結(jié)合實驗的目的、原理合理利用。）

（2）設(shè)置實驗組和對照組，兩組所取的材料數(shù)量要相同（可用n株或n只），或兩組加入的物質(zhì)總量要相同（可用“等量”）。

（3）實驗組和對照組在除一關(guān)鍵條件不同外，其它條件相同，并在適宜條件下進行實驗，實驗所用的時間要相同。

（4）觀察實驗組和對照組出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象或結(jié)果并記錄。

（預(yù)測）實驗結(jié)果：若為驗證性實驗，根據(jù)相關(guān)原理解題，結(jié)果唯一。若為探究性實驗，將所有的可能符合實際的結(jié)果排列出來。

分析實驗結(jié)果：（1）先寫原理。（2）運用原理進行分析怎樣得出相應(yīng)的結(jié)果。

三、簡明地組織語言文字

1. 敘說中盡量要用規(guī)范的實驗術(shù)語，不能用含糊的口語，如：“蓋玻片”不能說是“薄的玻璃片”；“等量的”不宜說成“一樣多的”；“振蕩”不宜說成“晃動”、“搖動”等等。

2. 準確地預(yù)測實驗結(jié)果，實驗設(shè)計的最后往往還需要預(yù)測實驗結(jié)果，在結(jié)果預(yù)測上要全面、準確。而在這一環(huán)節(jié)上，學生往往會出現(xiàn)各種各樣的錯誤。例如：

（1）測交結(jié)果預(yù)測，除了全黑、有白有黑外，還有全白。

（2）加碘后，“不變藍”不等于“無色”或“沒有顏色變化”；另外“不變”也不能說成“無現(xiàn)象”。

（3）用亞甲基藍做菌量檢測時，不能把“褪色”說成“無色”。

（4）在驗證甲狀腺激素對促進幼小動物發(fā)育的作用時，不能把“發(fā)育”說成“生長”。

（5）研究光對種子萌發(fā)的影響時，不能把“有無光照”說成“陽光”、“陰暗”。

3. 常用的表達詞匯：適宜、適應(yīng)、等、相同、等量、各、分別、顯著差異、相同一段時間、依次等詞。

總的來說，要在每一次考試中做好實驗題，在平時的練習中要注意使用準確的生物學名詞，注意上面所提到的各種注意事項，這樣，經(jīng)過一段時間正確的訓練，相信學生都能較好地做好實驗題。