高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的入門訓(xùn)練

梁芳

摘 要：主要針對(duì)學(xué)生較難把握的方法步驟的設(shè)計(jì)及書寫等難點(diǎn)問題歸納了一些基本模式及訓(xùn)練方法，以提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)習(xí)題的分析及解題能力。

關(guān)鍵詞：原則；解題思路；實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，要做好該專題的復(fù)習(xí)，就得理清思路，抓住實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵部分，總結(jié)規(guī)律，找對(duì)方法及訓(xùn)練措施。現(xiàn)將基本策略總結(jié)如下：

一、貫徹兩個(gè)基本原則

1.單一變量原則

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)常用控制變量法。變量是實(shí)驗(yàn)中變化的因素或條件，是實(shí)驗(yàn)最關(guān)鍵的部分，無論是原理的確定、器材的選擇、步驟的設(shè)計(jì)還是結(jié)果的討論都是圍繞變量進(jìn)行的。變量主要分為自變量與因變量、無關(guān)變量。

如，“探究溫度對(duì)酶促反應(yīng)的影響”這個(gè)實(shí)驗(yàn)中有很多變量。其中溫度是要探究的因素，稱自變量（原因）。而酶促反應(yīng)的速度會(huì)因溫度這個(gè)自變量而變化，是因變量（結(jié)果）。其他的條件如pH、底物等也可以引起酶促反應(yīng)的速度變化，因此在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中應(yīng)保持一致，保證這些條件不會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化，所以稱無關(guān)變量（其他原因）。這就是單一變量原則。

2.對(duì)照原則

對(duì)照實(shí)驗(yàn)是指除所控因素外其他條件與被對(duì)照實(shí)驗(yàn)完全相等的實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)照的建立，達(dá)到對(duì)變量的控制。通常，實(shí)驗(yàn)會(huì)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組，即通常說的接受自變量處理的組。對(duì)照組，是不接受自變量處理的組。例如，“探究H2O2酶高效性”的實(shí)驗(yàn)，加入H2O2酶的組就是實(shí)驗(yàn)組，而加入FeCl3的組就是對(duì)照組。這樣，從理論上說，由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無關(guān)變量的影響是相等的，故實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組兩者之間的差異，則可認(rèn)定為是來自自變量的影響，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的。對(duì)照通常有以下類型：空白對(duì)照、條件對(duì)照、自身對(duì)照、相互對(duì)照。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序及解題思路

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（特別是探究實(shí)驗(yàn)）的程序可歸納為提出課題→作出假設(shè)→確定原理→設(shè)計(jì)步驟→預(yù)期結(jié)果→觀察收集數(shù)據(jù)→得出結(jié)論等。解題時(shí)可按以下順序進(jìn)行分析討論：

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼页龈鞣N變量。

（2）運(yùn)用所學(xué)知識(shí)或題目信息確定實(shí)驗(yàn)原理，明確自變量如何操縱、無關(guān)變量如何控制、因變量如何檢測等。

（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，初步形成大致方案?/p>

（4）結(jié)合實(shí)驗(yàn)所給的條件，選取適當(dāng)?shù)姆椒ǎO(shè)計(jì)具體步驟。

（5）分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。

下面通過舉例來說明。

如，血液中鈣離子在血液凝固過程中起重要作用，鈣離子缺乏則血液不能凝固，草酸鉀溶液能與血液中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，形成草酸鈣沉淀，起抗凝作用。請(qǐng)根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)材料和用具，簡要寫出第二步及以后的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以驗(yàn)證鈣離子在血液凝固中的作用，并回答問題：

（1）實(shí)驗(yàn)材料和用具：家兔、生理鹽水、酒精棉、適宜濃度的草酸鉀溶液、適宜濃度的氯化鈣溶液、試管、注射器

（2）提出實(shí)驗(yàn)課題

（3）寫出實(shí)驗(yàn)原理

（4）實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

第一步：在A、B試管中分別加入等量的草酸鉀溶液和生理鹽水

第二步：

第三步： ；結(jié)果

第四步： ；結(jié)果

讓我們以上面提到的順序來解答這道試題。

①分析這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的：即本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的生物學(xué)事實(shí)是什么？（驗(yàn)證鈣離子在血液凝固中的作用）

②確定變量：這個(gè)實(shí)驗(yàn)的自變量是鈣離子的有無，因變量是血液凝固與否，無關(guān)變量是影響血液凝固的其他因素，如溫度、草酸鉀溶液的濃度、試管的干凈程度等。

③確定實(shí)驗(yàn)原理：從題干所給信息獲得（草酸鉀能與血液中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，形成草酸鈣沉淀，起抗凝作用）。

④該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)組為哪支試管？對(duì)照組為哪只試管？該實(shí)驗(yàn)為何種對(duì)照？

加草酸鉀的A試管為實(shí)驗(yàn)組，加生理鹽水的B試管為對(duì)照組。本實(shí)驗(yàn)既有空白對(duì)照（A與B），又有自身對(duì)照（A試管先加了草酸鉀形成了沉淀，后又加入CaCl2溶液）。

⑤該實(shí)驗(yàn)采用哪種方法排除無關(guān)變量的干擾？（主要采用對(duì)照原則和單一變量原則）

通過以上分析，我們基本上就掌握了該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序要求的各要素，之后再將以上分析內(nèi)容形成文字，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的主要問題就解決了。

三、實(shí)驗(yàn)步驟的書寫

書寫實(shí)驗(yàn)步驟一般采取“三部曲”模式：

（1）選材、分組、編號(hào)。

（2）對(duì)照實(shí)驗(yàn)的處理。

（3）觀察記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

下面通過例題說明如何訓(xùn)練學(xué)生書寫實(shí)驗(yàn)方法步驟。

例：已知2H2O2=2H2O+O2↑，可以通過觀察反應(yīng)過程中O2的生成速度（即氣泡從溶液中釋放的速度）來判斷H2O2分解反應(yīng)的速度。請(qǐng)用所給的實(shí)驗(yàn)材料和用具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使其能同時(shí)驗(yàn)證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問題。

實(shí)驗(yàn)材料與用具：適宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，3.5%FeCl3溶液，0.01%過氧化氫酶溶液，恒溫水浴鍋，試管。實(shí)驗(yàn)步驟：

（1） （2）（3）略

分析：本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖且瑫r(shí)驗(yàn)證酶具有催化作用和高效性，因此需要設(shè)置A組“在H2O2溶液中滴加0.01%過氧化氫酶”、B組滴加“蒸餾水”、C組滴加“3.5%FeCl3溶液”。通過比較A組和B組、A組和C組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論。再完善實(shí)驗(yàn)步驟，這里要提醒學(xué)生注意遵循單一變量、對(duì)照等原則。最后用文字表達(dá)：

①取3支試管，分別編號(hào)A、B、C，各加入等量且適量的H2O2溶液，放入37℃恒溫水浴鍋中保溫適當(dāng)時(shí)間。

②分別向上述3支試管加入等量且適量的蒸餾水、FeCl3溶液和過氧化氫酶溶液。

③觀察各試管中釋放氣泡的快慢。

總之，在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí)，把握住對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的關(guān)鍵點(diǎn)知識(shí)，再通過對(duì)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)習(xí)題的分析訓(xùn)練，相信學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方面的解題能力會(huì)舉一反三，逐步提高。

（作者單位 陜西省西安市第八中學(xué)）

編輯 薛直艷