基于高中生物設計型實驗的有效教學策略

顏炳穩

近幾年實驗題在高考題的份額呈逐年增加的趨勢，而生物設計型實驗題又是生物試卷和理綜卷生物部分最重要的題型。但高考閱卷和模考分析均顯示，學生對實驗設計的基本理念，基本“套路”了解不明，對答題時應考慮的細節和用規范術語表述不夠貼切，因而考生得分率普遍較低。究其深層原因在于課堂實驗教學和備考實驗題訓練中沒有切入要點、抓住關鍵，未能從不同實驗設計題的特點出發，總結歸納出共同的規律，構建答題的基本模式。筆者認為，可從以下三方面探討提高設計型實驗教學的有效途徑。

1對考綱必做實驗，強化規范操作，能力培養

海南考綱生物實驗部分含必修1-3教材中的15個實驗，其中“檢測生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質”、“探究影響酶活性的因素”等8個實驗涉及實驗步驟的設計。但教材編寫實驗教學內容時，有的實驗如“檢測生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質”、“觀察細胞的有絲分裂”等實驗的方法步驟敘述詳細，取材方法、藥品用量、操作順序、時間分配等描述清楚，老師在教學時可指導學生按教材內容或稍微加工成板書，引導學生按步操作即可。但有些實驗，如“探究影響酶活性的因素”、“探究酵母菌的呼吸方式”等探究性實驗，教材只是提供相關的信息，并未寫出詳細可供操作的步驟，此時需要師生共同解讀探討，提取出有效信息后，編寫出合乎規范的設計方案。

如在“影響酶活性的條件”實驗教學時，老師先組織學生分組討論產生幾個子課題，如“探究溫度對酶活性的影響”、“探究pH對酶活性的影響”、“探究光照有無或光照強度對酶活性的影響”等，然后各課題組每位成員按具體實驗步驟寫出設計方案，通過組內和老師評價修改，最終選出一份最佳方案供全組使用。這樣對教材深刻思考，創新加工，真正把實驗教學目標落到實處，既培養了學生設計和操作技能，又培養了學生創新精神。

對考綱未列入的重要實驗因其潛在的價值也應列入必做范圍。如必修1“探究環境因素對光合作用強度的影響”，因該實驗與2006年全國卷高考實驗題內容相近，有利于培養學生實驗設計能力，我將它改為一個驗證性半設計實驗“驗證光照強度對光合作用強度的影響”，發給學生一份精心設計的實驗題作業，提供給學生以下信息：材料用具(打孔器、注射器、3盞40W臺燈、燒杯若干只、NaHCO₃溶液、菠菜葉片、清水、吸管、鑷子等所需實驗器材)和實驗步驟1(用打孔器打出小圓葉片30片；用注射器抽出小圓葉片內氣體后，將小圓葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。此時，全部葉片沉在水底)，然后要求學生按標準實驗報告寫出實驗原理，補全實驗步驟，寫出實驗現象和結論，并啟發學生思考：①若將課題改為“探究不同光質對光合作用強度的影響”，則該選用哪幾種顏色燈泡進行對照更合適?此時燈泡與燒杯間距離如何?②你還可以確定什么課題進行探究或驗證?如此一改，學生的思維打開了，興趣濃厚，思做結合，新課改的理念得到充分的體現。

2對經典必講實驗，注重還原再現，演繹推理

教材中有幾處著名的經典實驗，如光合作用的發現系列實驗、生長素的發現、證明DNA是遺傳物質等實驗，這些內容是作為相關章節的導引部分或拓展、訓練內容，教學時老師一般是把它們作為知識點來略講，不會以實驗的原貌用于實驗教學。正確的教學理念應當是將經典實驗還原為實驗過程，并酌情輔以少量材料用具來講解，雖是“紙上談兵”，但這種從“實驗原理——材料用具——實驗步驟——結果分析——得出結論”的探究或驗證，與演繹推理式的教學過程一樣，同樣使學生得到一次身臨其境的實驗歷程。

如必修2“噬菌體侵染細菌”實驗，我們的教學思路是還原為實驗設計，要求學生閱讀教材后，完成下列學習任務：①寫出實驗原理及相關的實驗材料用具。②實驗應分幾組?③如何培養并標記大腸桿菌?如何培養并標記噬菌體?其理論依據分別是什么?④如何控制變量設置對照?⑤根據噬菌體侵染細菌的5個過程，理論上預期實驗結束后在上清液和沉淀物中何處出現放射性?由此得出什么結論?⑥為什么理論預期數據和實驗數據(教材中內容)出現較大的誤差?請對實驗過程進行誤差分析。

再如光合作用的發現歷程中有一系列實驗，如海爾蒙特的柳樹實驗、普利斯特利的植物更新空氣實驗、恩格爾曼的水綿實驗、薩克斯的天竺葵實驗、魯賓和卡門的同位素標記法實驗等，我們建議學生尊重科學家的首創精神，還原經典實驗，再現實驗步驟，逐一設計各個實驗方案。原本單調的說教變成了學生創新思考，學生對光合作用內容有了全面深刻的理解，收到了知其然且知其所以然的效果，同時對學生自主創新設計能力的提高得到了加強。

3對已考備考實驗，總結“六步口訣”，指點迷津

老師精選近幾年考過的實驗設計題并將其納入實驗備考內容，巧思妙用，可收到事半功倍的效果。老師分析這些實驗設計題的參考答案及評分細則，引導學生共同歸納出適用于一般驗證性實驗設計步驟的“六步口訣”，如下：A．材料等同先編號；B．設置對照單變量；C．條件適宜且相同；D．觀察檢測說具體；E．注意前測和后測；F．重復三次求均值。

簡要說明：A句指實驗材料及器具、化學藥品的規格力求相同、相近；材料數量、化學試劑用量相等；對所用器具先編號標注再分組。B句指實驗組和對照組控制在一個變量，減少無關變量的干擾。C句指對照設置后的培養或反應所需的條件適宜且相同。D句指過一段時間后，需要觀察具體對象(顯色反應、氣體或沉淀物生成等)或檢測具體的生化生理指標。以上四句高度概括了常規實驗基本步驟，學生若能照此思考設計，準確表述，可以得到實驗步驟的大多數分值。為了進一步方便學生理解記記，常規四步可用表1表示。

有些實驗需增加E句前測(檢)和后測(檢)，如2007年海南卷“驗證促性腺激素有促進蟾蜍排卵的作用”實驗設計有4步，其中第2步是“前檢”，檢查兩組每只蟾蜍的泄殖腔孔有無卵并記錄，第3步分組對照設置后再行“后檢”。“前檢”的目的是排除實驗誤差，力求實驗初的材料生理狀況相同，而很多考生未寫此項而致失分。再如2004年廣東卷“驗證甲狀腺激素的生理作用”，需在對照設置前測與記錄大白鼠的耗氧量和活動量；2007年廣東卷“研究動物下丘腦與其他內分泌腺之間的功能關系”，同樣需前測，即在實驗手術前連續3天每天1次測定和記錄12只家兔血液中四種激素的含量及12h內的尿量，以此作為對照數值。

F句是指有的定量性實驗需通過數據的變化來說明問題，因此在測量數據時要做3次以上的重復性實驗，這樣獲得的數據精確可靠，減少誤差，如前段所述的2007年廣東卷實驗題中連續3天測定4種激素的含量和尿量，就是用同種材料做重復性實驗，力求數據準確。2008年北京理綜卷第31題是關于藍藻爆發引發水華的一道實驗題，第(4)問中將溶藻細菌侵染藍藻時需進行3個重復實驗，具體做法是在每個培養皿中選擇三個不同位置各滴加等量的菌液，然后再做三個對照實驗。2008年四川非延考區理綜卷第30Ⅱ題是關于不同運動狀態下呼出的CO₂濃度引起pH變化的實驗，同樣需要進行多次重復性實驗后方能獲得比較精確的數據。

應當引起教師思考的是，學生失分點正是教學的薄弱點。考生失去的不單是分數，缺失的是科學嚴謹的實驗設計能力。