對基本實驗原則和實驗方法的掌握是進行探究實驗的基礎

實驗教學貫穿整個生物教學過程，實驗是進行科學探究活動的重要途徑之一，以科學探究為目的的實驗被稱為探究性實驗。實施探究性實驗教學有助于實現課程改革目標，是當前教學的重要方式和任務之一。課改以前，生物教學注重生物理論知識的傳授，實驗主要起到驗證強化生物學知識的作用。課改之后，實驗教學逐漸成為生物教學的重心，期望學生通過實驗探究活動來發現科學知識。新一輪生物課程改革強調：面向全體學生，提高生物科學素養，倡導探究性學習。探究性學習是學生在一種好奇心驅使下，以問題為導向，通過類似于科學家探究性活動的方式獲取科學知識，并在此過程中學會科學的方法和技能、科學的思維方式，形成科學觀點、樹立科學精神的一種十分豐富的學習活動。它的基本研究方法是實驗操作。新課程標準特別強調，教師要通過探究式實驗教學讓學生親自嘗試和體驗。探究性實驗教學是探究性學習的一種手段，是學生運用所學習的知識解決一些未知領域的生物學問題。它的實施，便于培養學生的創新思維和創新能力，更能增強學生的整體素質。因此，新課程改革要求學校實施探究性教學。新課標實施以來，對學生能力的要求越來越高，對能力考查的一個主要手段，就是通過探究性實驗的設計來體現。2017年高考理綜全國一卷第29題確定新病毒的類型（DNA病毒或RNA病毒）就是一個典型例子。

目前絕大多數普通高中的實驗室條件、實驗經費等方面投入嚴重不足，幾乎無專職的實驗教師，這在一定程度上也影響了教師和學生對生物實驗的開設和學習的積極性。絕大多數學生對生物實驗具有濃厚的興趣，大部分學生樂于親自動手開展實驗，利用業余時間開展課外探究活動，但大部分學校對生物實驗教學的指導仍不夠重視，部分教師仍僅將生物實驗教學作為理論教學的輔助形式，實驗開出率和實驗課時嚴重不足，開設的實驗多為驗證性的經典實驗，探究性實驗開設極少，實驗仍主要是通過講授、演示和模擬等方式來完成。這都極大地限制了學生通過動手操作來獲取知識并提高其實驗探究的能力。還有相當多的學生對探究性實驗及驗證性試驗區分不清，對探究性實驗設計的一般步驟還不了解，有相當一部分學生對一些課中涉及到的基本實驗方法、設計實驗所遵循的的基本原則都很模糊，背實驗的情況仍然存在。一些教師對新課標所要求的要提高生物學素養、領悟科學研究方法的指導不到位，存在只顧眼前，不管長遠發展的功利主義思想，對于學生科學探究能力的培養只停留在口頭上，很少落實在平常的教學實踐中，這與新課改的目標是格格不入的。如果不提高認識，不落實在教學實踐中，在未來的高考中學生必將被淘汰，這種教法隨著社會發展必將落伍。

學生要進行探究性實驗設計，必須對教材中的實驗方法和實驗遵循的原則熟練掌握，充分理解并且有深厚的實驗動手能力。

生物學常用的實驗方法有：（1）顯微觀察法：如“觀察細胞有絲分裂”、“觀察葉綠體和細胞質流動”、“用顯微鏡觀察多種多樣的細胞”等。（2）觀色法：如“生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質的鑒定”、“細胞中DNA和RNA的分布”等。（3）同位素標記法（同位素示蹤法）：如“噬菌體侵染細菌”的實驗、“美國科學家魯賓和卡門證明光合作用的氧氣全部來自水”的實驗等。（4）補充法：如“用飼喂法研究甲狀腺激素”、“用注射法研究動物胰島素和生長素”、“用移植法研究性激素的作用”等。（5）摘除法：如“用閹割法、摘除法研究性激素、甲狀腺激素或生長激素的作用”。（6）雜交法：如“植物雜交實驗”、“測交實驗”等。（7）理論分析法：如“植物向性運動的研究”。（8）模擬實驗法：如“滲透作用的實驗裝置”、“分離定律的模擬實驗”等。（9）假說演繹法：如“孟德爾遺傳定律的提出”、“摩爾根果蠅雜交實驗證明基因在染色體上”等。（10）類比推理法：薩頓提出基因在染色體上的假設。（11）實驗條件的控制方法：如增加溶液中的氧可通過泵入空氣或放入綠色植物、曝光或遮光等。

實驗設計的基本原則主要有：（1）對照原則：在實驗設計中，為排除無關條件的干擾，常需要設置對照實驗。通過干預或控制研究對象，消除或減少實驗誤差。鑒別實驗中處理因素與非處理因素的差異，除所控制因素外，其他條件與被對照實驗完全相同。常見對照方法主要有：自身對照、條件對照、空白對照、相互對照等。（2）單一變量原則：控制其他因素不變，只改變其中一個因素，觀察其對實驗結果的影響。（3）等量性原則：對于無關變量要注意：①所用生物材料要相同，②所用實驗試劑要相同，③所用處理方法要相同等。（4）平行重復原則：對所做的實驗在同樣條件下進行足夠次數的重復，不能只進行1—2次便輕易得出結論，任何一項生物實驗，都必須能夠重復，都必須經得起重復。（5）科學性原則：設計實驗時，必須要有充分的科學依據，也就是要以前人的實驗為基礎，而不是憑空設想，主觀臆造。（6）簡便經濟原則等。

很多學生對驗證性實驗和探究性實驗的根本區別還弄不清楚。探究性實驗是指實驗者在不知道實驗結果的前提下，通過自己進行實驗探索、分析、研究得出結論，從而形成概念的一種認識活動；驗證性實驗指實驗者針對已知的實驗結果而進行的以驗證實驗結果、鞏固和加強有關知識內容、培養實驗操作能力為目的的重復性實驗。就實驗目的而言，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；驗證性實驗是驗證已知對象的已知屬性、特征以及與其他因素的關系。探究性實驗要根據現有的科學理論、事實，對所要研究的對象設想出一種或幾種可能的答案、解釋；驗證性試驗結論是已知的，故不存在假設問題。

如果說驗證實驗是對已有的實驗進行重復，或對已知的結論進行驗證，那么探究性實驗就是一個全新的、結果未知的實驗，需要確定實驗目的、做出實驗假設、確定實驗原理、設計實驗步驟、預測實驗結果、具體進行實驗操作、觀察記錄實驗結果、對試驗結果進行分析得出實驗結論。例如“探究唾液淀粉酶催化的適宜溫度”的實驗，題目就反映了實驗的目的，原理是溫度影響酶的活性。在設計實驗步驟時，要確定溫度是自變量，根據自變量設置若干實驗組或對照組。實驗時間、加酶的量等是無關變量，無關變量必須相同，即遵循等量性原則。因變量即淀粉分解的多少是通過加碘液后藍色深淺來反映的，在這里涉及生物學常用實驗中的觀色法、實驗條件的控制法（如水浴溫控等方法）。最后通過比較藍色最淺的對應溫度即是酶催化的比較適宜的溫度。該實驗的順利實施，離不開對基本實驗方法、實驗基本原則、基本生物學原理的牢固掌握。同時我們也可以提出一些讓學生進一步思考的問題，例如我們得到的是不是酶催化的最適溫度？如果不是，怎樣才能得到更接近真實值的結論呢？不斷拓展學生的思維空間，使學生設計實驗的能力、思維的縝密程度都不斷提高。

隨著社會的發展，對創新能力的要求越來越高，對創新型人才的培養，是教育的主要目標和方向。高中一線教師首先要有這樣的意識，要從基本的實驗方法、實驗原則抓起，特別是科學發展過程中的一些經典實驗，引領學生從中領悟前人科學研究的方法。推動教師探究性實驗教學，提高學生進行科學探究的興趣，使學生在進行探究性實驗的過程中有章可循，在高考中對探究類題型的解決胸有成竹，在將來的科研工作中一定會碩果累累，從而推動社會的快速發展，我們的國家必將成為引領世界發展的創新型國家。