學生生物實驗能力的培養

■陳國毅

學生生物實驗能力的培養

■陳國毅

縱觀近幾年浙江理綜生物高考試題及其他省市高考試題，實驗是高考必考的內容，也是命題的熱點，試題中所占的分值也較大。因此在高考復習中除了重視教材實驗，讓學生熟練掌握之外，還必須培養與實驗相關的能力。下面就從針對問題提出假設的能力，根據假說設計實驗方案的能力、預測實驗結果的能力、科學分析實驗結果從而得出合理的實驗結論的能力、對他人的實驗方法進行評價和修改的能力等五方面能力加以分析，探討學生生物實驗能力的培養。

1 針對問題提出假設的能力

假說就是對自然界或生物學實驗中的可以觀察到的現象提出一種推測或猜想，是在一定的經驗材料的基礎上，以一定的科學知識為依據而提出的尚待通過科學實驗檢驗的假說。

例 1928年，荷蘭細菌學家格里菲斯在研究肺炎球菌時，將有莢膜的肺炎球菌、高溫處理過的有莢膜菌、無莢膜菌、無莢膜菌與高溫處理過的有莢膜菌混合物分別注射到小白鼠體內，幾天后，出現如下現象：1）注射有莢膜菌→小白鼠死亡→體內分離出有莢膜菌；2）注射高溫處理過的有莢膜菌→小白鼠無恙→體內沒有分離出有莢膜菌；3）注射無莢膜菌→小白鼠無恙→體內分離出無莢膜菌；4）注射無莢膜菌與高溫處理過的有莢膜菌混合物→小白鼠死亡→體內分離出有莢膜菌；5）將注射混合物后死亡的小白鼠體內分離出的有莢膜菌進行培養，其后代均為有莢膜菌，再將其注射到小白鼠體內，則引起小白鼠死亡。

對于上述實驗現象，格里菲斯進行科學地推測，提出相應的假設：有什么物質轉移到無莢膜菌中，并遺傳給后代？后人在此基礎上對于有莢膜菌體內所含的物質加以分離，單獨與無莢膜菌進行培養，獲得相應的結論。

2 根據假說設計實驗方案的能力

實驗設計是指正式進行科學實驗之前，實驗者根據一定的目的和要求，運用有關的科學知識原理，對實驗過程中的材料、手段、方法、步驟等全部方案的制訂。實驗設計之前必須對于以下幾方面問題加以分析：1）弄清題目要求；2）明確實驗目的；3）分析實驗原理；4）確定設計思路；5）設計實驗步驟；6）預測結果和分析。

例 蝌蚪在發育過程中，前后肢的生長、頭部形態的改變、鰓的消失、尾部的消失、體形的變化等都受甲狀腺激素的影響。請根據實驗材料設計實驗步驟，驗證甲狀腺激素能促進蝌蚪的生長發育，并預測實驗結果和結論。

實驗材料：30只同時孵化的同種蝌蚪（體長均為15 mm），3個相同的玻璃缸，培養皿，小網，坐標紙（1 mm×1 mm），飼料，甲狀腺激素，甲狀腺抑制劑，清水。

題目要求：設計實驗步驟，預測實驗結果和結論。

實驗目的：驗證甲狀腺激素能促進蝌蚪的生長發育。

實驗原理：甲狀腺激素能促進蝌蚪的生長發育；甲狀腺抑制劑能抑制蝌蚪的生長發育，使蝌蚪的生長發育延遲；清水不影響蝌蚪的正常生長發育。

實驗設計思路：明確三類變量，建立對照實驗。

此實驗設計中的實驗變量是什么？甲狀腺激素、甲狀腺抑制劑。

此實驗設計中的無關變量和反應變量分別是什么？1）無關變量是同種蝌蚪30只（每組10只），適宜的相同水質、飼料、溫度等，投藥的天數。每天的藥量均相同，白天的觀察時間、次數均一致。2）反應變量是蝌蚪的體長，前、后肢和尾的變化情況。

明確上述相應知識點后，很自然地進行實驗設計，具體設計方案：1）將3個相同的玻璃缸分別編為1、2、3號；2）將30只同時孵化的同種蝌蚪（體長均為15 mm）隨機分為3組（每組10只），分別放入3個玻璃缸中，在適宜的相同水質、飼料、溫度等條件下飼養；3）1號玻璃缸中加入甲狀腺激素5 mg，2號缸中加入甲狀腺抑制劑5 mg，3號缸中不加任何藥物；4）向1號和2號玻璃缸中連續投藥7天，每天一次，藥量相同；5）實驗期間，每天按時觀察一次，觀察時用小網將蝌蚪撈出，放在培養皿中，再將培養皿放在坐標紙上，觀察并測量蝌蚪的體長，觀察前肢、后肢和尾的變化，并做好記錄。

3 預測實驗結果的能力

3.1 對探究性實驗的預測 探究性實驗是探索研究對象的未知屬性、特征以及與其他因素的關系的實驗方法。

3.2 對驗證性實驗的預測 驗證性實驗是指在講授有關概念和原理之后，通過實驗來驗證有關知識。上例預測實驗結果：1號玻璃缸中的蝌蚪前后肢、頭部形態改變，尾部及體長變化等較快；2號玻璃缸中的蝌蚪身體部位無明顯變化；3號玻璃缸中的蝌蚪變化情況介于1號玻璃缸和2號玻璃缸中的蝌蚪之間。注意：已知知識點的驗證，不能作三方面的預測，只能作與已知知識點相符的預測。

4 科學分析實驗結果，得出合理的實驗結論的能力

生物學實驗的結果和結論是兩種不同性質的認識。實驗結果是通過實驗過程對人們肉體感官所難以感覺的事實或現象的呈現，它是一種通過實踐活動而得到的感性認識。而結論則是將這些零散的、表面看起來沒有聯系的事實經過分析、綜合、抽象、概括等科學思維過程而判斷出的理性認識。

例 為了驗證胰島素具有降低血糖的作用，以小鼠活動狀況為觀察指標設計實驗。某學生將正常小鼠隨機分成A、B兩組，觀察并記錄其活動狀況。A組小鼠注射適量胰島素溶液，B組注射等量生理鹽水。一段時間后，A組小鼠會出現四肢無力、活動減少、甚至昏迷等低血糖癥狀，B組活動狀況無變化。A組小鼠出現低血糖癥狀后，分別給A、B兩組小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段時間后，A組小鼠低血糖癥狀緩解，B組活動狀況無變化。

該實驗方案可以說明胰島素具有降低血糖的作用。

請回答：分析小鼠注射胰島素溶液后出現低血糖癥狀的原因。

答案：注射胰島素溶液后，血糖含量下降，小鼠組織細胞特別是腦組織細胞因血糖供應減少，導致能量供應不足而發生功能障礙，從而引起低血糖癥狀。

5 對他人的實驗方法進行評價和修改的能力

先指出原實驗方法中的錯誤之處，然后提出合理的修改意見。

例 為了探究“甲狀腺激素及甲狀腺抑制劑對蝌蚪生長發育的影響”，某學生制訂下列實驗設計方案，請作出正確的評價。

1）取2個玻璃缸分別編號，1號、2號。

2）在2個玻璃缸中分別加入等量（且適量）的水和新鮮水草，然后在每個玻璃缸中分別放入10條發育狀態不同的蝌蚪。

3）向1號缸中投放含甲狀腺激素的飼料，向2號缸投放含甲狀腺抑制劑的飼料。

4）每天分別向各缸中投放一些飼料。

5）每隔一定時間觀察一次，觀察時用小網將蝌蚪撈出放在培養皿中，再將培養皿放在坐標紙上（1 mm×1 mm），觀察并且測量蝌蚪的體長變化。

該實驗設計只有實驗組而沒有對照組，應該增加一個玻璃缸，放入常規飼料。另外，蝌蚪的數目應相等，大小、種類應相同。投放的飼料也應該是等量的。還有甲狀腺激素的功能是促進蝌蚪的發育，因此觀測指標應該是蝌蚪發育成青蛙所需的時間的長短，而不是體長的變化，觀測生長激素對蝌蚪發育的影響可用蝌蚪的體長變化做指標。

總之，生物實驗既是理綜試題的難點又是重點，要提高實驗的得分率，需要平時反復的訓練，并具備一定的分析能力，舉一反三，達到理想的效果。

（作者單位：浙江省臺州市黃巖區靈石中學）

10.3969 /j.issn.1671-489X.2010.11.144