淺談提高學生實驗分析和設計能力的方法

胡雪梅

摘 要 通過用問題串對課本實驗分析和深入探討，提高學生對實驗的認識和形成科學思維。通過對變量的分析和實驗設計思路的分析，提高學生完成各種實驗題的能力，以提高學生的實驗能力和成績。

關鍵詞 問題串 實驗分析 實驗設計思路

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

獨立完成實驗和設計簡單實驗是生物高考考查能力要求之一。在近幾年的生物高考試卷中常有生物實驗設計題出現。如何才能解答好生物實驗設計題呢？首先是實驗基礎知識的掌握。對高中學生來說，生物實驗知識的掌握主要包括常見的儀器、器具、藥品的使用能力，對實驗程序的理解能力，對實驗結果的分析能力，以及對實驗中出現的異常情況的處理能力等；其次是實驗設計的基本思路。在實際教學中，教師可以用問題串來提高學生的實驗分析能力和成績。

1 詳盡細致地分析課本中的實驗，讓學生形成實驗思維

1.1 課本中的科學史的分析

關于科學史的教學，教師提出問題或利用課本討論題讓學生分析。比如：對恩格爾曼的實驗，教材列出了要討論的問題，而學生此時對實驗已有一定的認識，可以討論完成。在學生不能回答時，教師用問題引導。學生通常不能把巧妙之處都答出來，教師可以引導學生從材料、操作，對照、排除無關變量的干擾等方面思考，讓學生明白巧妙之處。

但有些科學史的發現實驗，教材中并沒有給出討論題，教師就需要自己設計問題，讓學生理解實驗的思路。比如：針對肺炎雙球菌的轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗，筆者設計了如下問題：關于肺炎雙球菌，你知道什么？通過格里菲斯的第一組實驗、第二組、第三組實驗，我們分別知道什么？第四組實驗的S型活細菌從何而來？關于“轉化”，你的理解是什么？實驗最終得出了什么結論？格里菲斯又作了什么推論？艾弗里的實驗思路是什么？如何分開蛋白質和DNA？實驗結果說明什么？既然艾弗里的實驗已能說明DNA是遺傳物質，為什么還要設計噬菌體侵染細菌的實驗？如何解決艾弗里的遺憾，排除一些科學家的疑慮？噬菌體是什么生物，有怎樣的結構和物質組成及特點？噬菌體如何侵染，如何增殖？如何讓噬菌體帶上標記，為什么？實驗過程，你能理解嗎？你能提出什么問題？實驗如何對照？攪拌和離心的目的分別是什么？為什么表述為放射性低而不是無放射性？第二組實驗上清液的放射性升高，可能的原因是什么？實驗得出了什么結論？能否得出蛋白質不是遺傳物質這一結論？綜合肺炎雙球菌的轉化實驗和噬菌體侵染細菌實驗，能說明作為遺傳物質需滿足的條件是什么？

1.2 教材中學生實驗的分析

學生實驗分為驗證型和探究型兩種。教師對驗證型實驗的分析從實驗原理、實驗材料、實驗試劑、實驗操作、實驗結果、實驗結論等方面進行，幫助學生知其然，也知其所以然。比如生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質的檢測實驗中，教師提出問題：實驗原理分別是什么？為什么還原糖檢測的描述是“產生磚紅色沉淀”，脂肪檢測的描述是“被染成橘黃色或紅色”，而蛋白質檢測的描述是“產生紫色反應”，為什么？還原糖檢測的實驗材料用蘋果汁或梨汁，脂肪的檢測用花生，而蛋白質的檢測用蛋清或豆漿，為什么？甘蔗汁和番茄汁可用于檢測還原糖嗎？觀察顏色反應的實驗，選材都需要注意什么？比較斐林試劑和雙縮脲試劑，相同點和不同點分別是什么？實驗步驟如何？實驗如何對照？需要顯微鏡的是什么實驗？實驗結果如何？又比如綠葉中色素的提取和分離實驗，實驗原理是什么？分析看出如何書寫實驗原理？實驗材料是什么？為什么？可用其他材料代替嗎？實驗試劑有哪些，作用分別是什么？實驗步驟如何？為什么如此操作？如果得到的色素提取液顏色太淺，可能的原因是什么？為什么要塞住試管口？還可以用什么方法得到色素提取液？為什么濾紙條要剪去兩個角？為什么用鉛筆畫橫線，其他筆行嗎？畫濾液細線時，為什么待濾液干后，再重復一兩次？可用其他方法畫濾液細線嗎？為什么分離色素時，避免層析液沒及濾液細線？實驗的結果如何？為什么呈現這樣的結果（色素帶的分布、顏色、寬窄和色素帶之間的距離等）？如果色素帶不清楚，可能的原因是什么？如果只有最上面的兩條色素帶，可能的原因又是什么？如此就可以讓學生不但知道實驗的操作，也明白為什么如此選材，各種試劑的用途，為什么如此操作，為什么得出這樣的結果和結論。

而對探究型實驗，教師要從實驗題目入手教會學生進行變量分析，并進行自變量的設置、因變量的檢測和無關變量的干擾排除的分析；之后進行實驗假設、實驗材料、實驗原理、實驗試劑的分析；再后分析實驗步驟或設計實驗步驟；最后結果預測及得出結論。比如有關酶的實驗——比較過氧化氫在不同條件下的分解。筆者設計的問題如下：實驗材料是什么？過氧化氫有什么特點？FeCl3溶液和新鮮的肝臟研磨液分別有什么作用？為什么要研磨？為什么要新鮮？什么叫變量、自變量、因變量、無關變量、實驗組、對照組？實驗的自變量是什么？如何設置的？因變量是什么？如何檢測的？無關變量有哪些？如何排除其對實驗結果的干擾？實驗的對照組是誰？實驗組又是誰？實驗可提出怎樣的假設？實驗的步驟順序可否變動？實驗的結果如何？第一組與第二組比較可以說明什么？第一組與第三組比較又說明什么？第一組與第四組比較呢？第三組和第四組比較呢？寫出實驗的原理（原理能解釋實驗的操作和結果）。對探究溫度對酶活性的影響的實驗，筆者設計的問題如下：實驗選擇何種材料？為什么不能用過氧化氫作材料？作出什么樣實驗假設？實驗的自變量是什么？應如何設置？因變量是什么？如何檢測？能用斐林試劑作為檢測試劑嗎？為什么？無關變量有哪些？如何排除其對結果的干擾？寫出實驗原理。討論寫出實驗步驟。實驗步驟的順序能調換嗎？為什么？最佳的實驗方案是怎樣的？預測實驗最可能的結果和結論。通過這樣的分析，教師可以教會學生選材和選用試劑，更重要的是教會學生進行變量分析和書寫實驗步驟及檢驗實驗步驟，也教會學生進行結果預測等。

1.3 多讓學生進實驗室操作實驗

如此不但能加深學生的印象，也能活躍他們的思維，提高其創新能力。

2 通過對實驗變量的分析和實驗各要素關系的分析，提高學生設計實驗和解答實驗的能力

2.1 實驗變量的分析

2.1.1 根據實驗目的，分析實驗變量

實驗目的就是研究自變量與因變量的關系。所以一般來說，實驗目的中就隱含了實驗的自變量和因變量。學生通過所學知識分析除自變量外，還有什么因素影響因變量呢。這些因素就是實驗的無關變量。無關變量通常可從實驗材料、實驗試劑的用量、環境條件等方面入手分析。通過課本實驗或生活常識或題干中的介紹，教師教學生能確定自變量的設置方式、因變量的檢測手段。比如：探究生長素類似物溶液促進扦插枝條生根的最適濃度的實驗中，自變量是生長素類似物溶液的濃度。教師要求學生設置成自變量的濃度梯度。為了更精確，筆者先設置一個梯度大的濃度梯度的生長素類似物溶液做個預實驗，根據預實驗的結果，再取一個范圍設置這個范圍內梯度小的濃度梯度的實驗。同時提出以下問題因變量是什么？扦插枝條的生根情況如何。如何檢測？（數根的數目，求取平均值）無關變量有哪些？（插條的種類、數目、生長狀況、插條上芽的位置和數目等，生長素類似物溶液的用量，完全培養液的用量，生長素類似物溶液處理插條的時間，插條在培養液中培養的時間，環境溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度等，培養液的pH等）如何排除無關變量對實驗結果的干擾？（材料選擇要一致，時間和環境條件、培養條件要相同且適宜；試劑的用量要相等）

2.1.2 通過實驗操作或其他進行變量分析

有些實驗未告知題目，但給出了實驗的部分或大致操作或一些介紹，教師通過比較給出的不同組的不同處理可得出自變量，通過其檢測的項目得出因變量，或者通過所介紹的找出自變量和因變量。之后再分析出無關變量。比如：油菜素內酯水溶液對芹菜的實驗（表1）。

該實驗中的自變量是油菜素內酯水溶液的濃度；因變量是芹菜的生長情況。無關變量包括實驗前所選芹菜的株高一致，生長狀況一致；油菜素內酯水溶液的用量相同，與組一蒸餾水的用量也相同；培養時間相同；培養環境溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度等適宜且相同。并且還能根據所分析出的變量寫出實驗課題：探究（研究）不同濃度的油菜素內酯水溶液對芹菜生長的影響。

2.2 實驗各要素的關系

明確實驗各要素的關系也是解答好實驗題的關鍵。實驗目的：研究或驗證自變量對因變量的影響。實驗假設：對實驗目的的回答。自變量：實驗組與對照組或實驗組之間不同的處理。因變量：實驗中通過檢測或觀察來確定的量。實驗步驟：第一步通常為分組編號；第二步通常體現自變量的處理；最后一步通常為檢測因變量。結果為檢測或觀察到的現象。結論為通過對結果分析后對實驗目的的回答。實驗原理：為解釋實驗操作、實驗試劑使用和實驗結果所提供的依據。

3 學生易忽略之處

實驗是否體現對照原則；是否體現單一變量原則；實驗材料的選擇是否合理；實驗試劑的使用是否合理；實驗步驟的安排是否合理（比如文字描述的科學性和準確性、步驟的順序、對無關變量排除的體現和因變量的檢測手段）；實驗結果的描述是否正確；結果與結論是否對應；如果涉及測量，是否前測、是否測多次或多個，求取平均值等。教師在平時要讓學生多練習，問題早暴露，早糾正。

通過上述手段，學生就不再懼怕實驗題，能較有效地理解課本知識和完成實驗題。