如何借助觀測指標設計探究實驗

戴舒玥

(江蘇省常州市教科院附屬中學 213001)

在初中生物學階段的科學探究中，主要包括提出問題、作出假設、實驗、得出結論、表達和交流等幾個環節。通過實際教學，發現學生進行科學探究時，往往表現出不知道如何設計對照實驗。因此，在“探究： 植物的光合作用需要二氧化碳”一節教學中，就嘗試以觀測指標為突破口，引導學生完成對照實驗的設計。

1 觀測指標的概念

觀測指標是學生在進行探究實驗時，對實驗結果評判的一個標準，是在探究問題、假設的基礎上，根據已有知識、經驗判別得到的，并作為觀測及記錄實驗現象、數據的依據[1]。換句話說，一個探究實驗結論的得出是建立在對觀測指標的分析、判斷、檢測的基礎上的。在不同的實驗中，觀測指標可以定性的檢驗，也可以定量的檢測，是根據實驗結果呈現的需要來進行選擇的。

2 觀測指標的作用

從實驗設計的角度來看，觀測指標的確定將會直接影響實驗設計中的實驗操作流程。一個好的觀測指標將簡化實驗的操作設計，一個不佳的觀測指標將會增加實驗操作設計的難度，一個錯誤的觀測指標將使得整個實驗的操作設計都是錯誤的。

從實驗現象呈現的角度來看，觀測指標的確定將決定現象呈現的直觀性以及結論得出的準確性。一個好的觀測指標可以以最簡單直接的方式呈現實驗的現象從而判斷實驗結果，一個不佳或者錯誤的觀測指標會影響現象呈現進而可能誤導正確結論的得出。

3 觀測指標的設計

3.1 實驗設計思路 在設計實驗方案時首先需要明確的就是實驗設計的思路。探究實驗一般需要設計對照實驗、控制單一變量，這是實驗設計的基礎。在此基礎上圍繞實驗探究的目的明確設計思路。

(1) 按照正向思維的方式 探究的很多問題都是現實生活中所存在的，所以對照組的實驗條件就確定了，根據變量再確定實驗組的條件。例如，“探究： 光合作用需要二氧化碳”的實驗中，自然條件下的光合作用發生的環境是空氣，含有“二氧化碳”。設置對照組是“有二氧化碳”的環境，而實驗組就是“無二氧化碳”的環境。

(2) 按照逆向思維的方式 根據假設推測實驗的結果，在依據實驗的結果倒推實驗的需要條件。例如，在實驗設計中，根據假設——植物光合作用需要二氧化碳，可以推測出實驗的結果： 有二氧化碳的植物能進行光合作用，沒有二氧化碳的植物不能進行光合作用。因此，需要設置兩個不同的環境，一個是“有二氧化碳”的環境，另一個是“無二氧化碳”的環境。

3.2 確定觀測指標 確定觀測指標能讓實驗思路變得具體、可操作化。觀測指標的選擇與確定是建立在對實驗可能結果評估的基礎上。例如，在實驗設計中，以“有無二氧化碳”為實驗變量，實驗可能出現的結果是： 有二氧化碳植物能光合作用；沒有二氧化碳，植物不能進行光合作用。所以確定的觀測指標就應該是： 能夠準確判斷出植物是否光合作用的指標——光合作用的產物淀粉與氧氣的量。

在實驗設計中，觀測指標可以是定性的，如檢測淀粉的有無；也可以是定量的，如氧氣含量多少的檢測。

3.3 制定實驗方案 在觀測指標確定的基礎上，就可以將實驗設計的思路具體化。例如，以“探究： 植物光合作用需要二氧化碳”實驗為例： ①取A、B兩株植物進行暗處理一晝夜；②設置兩個密閉的空間(A空間內是空氣，B空間內是處理過的不含二氧化碳的空氣)，將暗處理后的A、B兩株植物分別放入A、B兩個空間中，進行光照處理；③光照充分后對A、B空間中的氧氣含量或者葉片中的淀粉進行檢測。

3.4 檢測觀測指標 觀測指標的準確檢測對最終結論的得出起著關鍵的作用。在實驗中，以“有無二氧化碳”為變量，觀測指標有兩種： 淀粉的有無和氧氣含量的多少。

(1) 淀粉的有無 光照后A、B兩株植物各取一片葉片，經酒精脫色處理、清水漂洗后，滴加碘液，A植株葉片顏色變藍色，B植株葉片顏色未變藍。由此分析得出結論： 植物的光合作用需要二氧化碳。

(2) 氧氣含量的多少 氧氣的含量可以使用兩種方法進行檢測： ①借助氧氣傳感器、電腦對A、B兩個空間中氧氣含量進行較為準確的數據分析，發現A的數值明顯高于B；②A、B兩個空間中同時各放入一個點燃的蠟燭，A中蠟燭燃燒時間比B中蠟燭燃燒時間長。無論是哪一種檢測的方法，都能得出結論： 植物的光合作用需要二氧化碳。

(基金項目：江蘇省教育科學“十二五”規劃重點課題“生物學科關鍵能力的培養與評價研究”，No.B-b/2015/02/021)