劉志華

摘要：高中生物《考試大綱》和《考試說明》中明確要求考生要具備驗證簡單生物學事實的能力，對一些生物學問題進行初步探究的能力。實驗設(shè)計題注重對學生實驗能力的考查，這類試題思維量大，信息和情境新穎，設(shè)問角度多樣，綜合性強，能力要求高，能較好地反映學生對基礎(chǔ)知識和基本技能的掌握情況，能發(fā)揮學生的創(chuàng)新意識，體現(xiàn)學生的思維水平。

關(guān)鍵詞：高中生物;實驗設(shè)計

筆者就如何指導學生設(shè)計與解答實驗設(shè)計題的方法歸納如下：

一、認真審題，弄清實驗的性質(zhì)和目的

解題先要認真審題，抓住關(guān)鍵的有效信息點，弄清該實驗的性質(zhì)是驗證性還是探究性實驗，其次要明確該實驗的目的是什么？

二、分析原理，回顧實驗設(shè)計的原則

實驗原理是設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)，只有明確實驗的原理，才能掌握實驗的關(guān)鍵，進而進行實驗的設(shè)計。實驗原理一方面可來源于題干，另一方面也可來源于書中的知識，即可通過閱讀題干或聯(lián)想書中知識來獲取原理。

三、明確實驗變量，確定平衡無關(guān)變量的方法

變量是指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件，據(jù)其在實驗中的作用，可分為實驗變量與反應變量、無關(guān)變量與干擾變量兩類。

1.實驗變量與反應變量

實驗變量，也稱為自變量，指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。反應變量，也稱因變量，指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果。通常實驗變量是原因，反應變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如，在“探究溫度對酶活性的實驗”中，所給定的低溫、適溫、高溫就是實驗變量，而由于低溫、適溫、高溫條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的反應結(jié)果也隨之變化，這就是反應變量，該實驗即在于獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應變量）的因果關(guān)系。

2.無關(guān)變量與干擾變量

無關(guān)變量，是指實驗中除實驗變量（即自變量）以外的影響實驗結(jié)果的因素或條件。也稱控制變量。通常最有效、最簡便的方法是設(shè)計對照實驗來對其進行控制。如空白對照、條件對照、自身對照、相互對照等，干擾變量，指實驗中由于無關(guān)變量而引起的變化和結(jié)果。顯然，干擾變量會對實驗變量（即自變量）有干擾作用。例如，上述實驗中實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，試管的潔凈程度、唾液的新鮮程度、可溶性淀粉的純度、試劑溶液的劑量、實驗操作程度、溫度處理的時間長短等等，都屬于無關(guān)變量，要求對低溫、適溫、高溫三組實驗是等同、均衡、穩(wěn)定的。如果無關(guān)變量中的任何一個或幾個因素或條件，對三個實驗組的給定條件不等同，不均衡，不穩(wěn)定，則會在實驗結(jié)果中產(chǎn)生干擾變量，對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾，造成誤差。

四、分析、選擇實驗材料用具，設(shè)計實驗步驟

1.若題中已提供實驗材料和用具

可認真分析題中所提供的器材在實驗中的作用？如何使用？是否必須用到？通常題中給出的實驗材料和試劑一般應充分利用，不能隨意增加。如題中說明了從所提供的器材中選取所需的進行實驗，就要準確地選取用具和材料。其實這也相當于隱含條件，只要你分析判斷準確，就不會有所遺漏。若讓學生自行確定實驗材料和用具，這就需要根據(jù)實驗步驟與要求等，聯(lián)系相關(guān)的生物學原理，遷移運用教材相關(guān)實驗中的實驗用具，選擇好器材才能準確地設(shè)計好實驗。

2.設(shè)計實驗步驟

不同的生物實驗，其步驟不一，但大多數(shù)常規(guī)實驗可按照下列步驟進行設(shè)計。

（1）第一步：選取材料，分組編號。

即就是選取題干提供的實驗材料用具，對實驗對象進行平均分組并編號，注意相應的無關(guān)變量要保持一致。

（2）第二步：施加實驗變量，平衡無關(guān)變量。

對實驗組與對照組進行不同處理，即對實驗組要施加實驗變量。

（3）第三步：認真觀察，如實記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。

細心觀察實驗現(xiàn)象，如實記錄數(shù)據(jù)?？茖W描述結(jié)果。

五、預測實驗結(jié)果與結(jié)論

實驗結(jié)果是由實驗變量而引起的變化，實驗結(jié)論是根據(jù)實驗結(jié)果作出的一種推論。預測實驗結(jié)果與結(jié)論又可分為兩種情況來分析：

（1）若為驗證性實驗驗證性實驗是設(shè)計一個實驗來驗證、檢測實驗結(jié)果能否達到實驗原理所描述的結(jié)論的一類實驗。這類實驗在實驗前其實驗結(jié)果是已知的，實驗過程在于努力獲取預期的結(jié)論，重在結(jié)果的獲得，因而驗證性實驗的實驗結(jié)果是唯一的，即實驗原理所描述的結(jié)果，預期實驗結(jié)果時的表述方式為“A組……”，“B組……”。

（2）若為探究性實驗探究性實驗是指在假設(shè)前提下，獲取支持假說或推翻假說的一類實驗。這類實驗在實驗前并不知道實驗結(jié)果，實驗過程在于努力探索實驗結(jié)論。因而探究性實驗的實驗結(jié)果與結(jié)論是未知的，實驗前需對實驗結(jié)果進行預測，并分析出現(xiàn)該結(jié)果的原因，預測實驗結(jié)果不唯一，大多有三種可能：變量促進結(jié)果，變量抑制結(jié)果，變量與結(jié)果無關(guān)。預期實驗結(jié)果時的表述方式為“若……，則說明……

六、例題賞析

某科研單位研制出一種新型藥物X，據(jù)說對某種腫瘤有較好的療效，請你設(shè)計一個實驗加以驗證并簡要寫出實驗步驟和結(jié)論。

答案：（1）在無菌條件下，將適宜的動物細胞培養(yǎng)液均分為兩等份，注入兩個潔凈的試管中并分別編號為1號、2號。1號試管加入少量的X藥物，2號試管加入等量的蒸餾水。

（2）將等量且少量的動物腫瘤細胞分別移入1號、2號試管中，在適宜的條件下培養(yǎng)。

（3）培養(yǎng)一段時間后，分別從1號、2號試管中取一滴培養(yǎng)液制成裝片，觀察腫瘤細胞的生長情況。結(jié)果加X藥物的1號試管中腫瘤細胞數(shù)目少，增長慢。

若此實驗為探究性實驗，實驗步驟一樣，只是結(jié)果和結(jié)論要進行討論：若1號試管中的腫瘤細胞數(shù)目比2號試管少，則說明X藥物對腫瘤細胞有較好的療效。

若1號試管中的腫瘤細胞數(shù)目比2號試管多，則說明X藥物能促進腫瘤細胞的增殖。

若1號試管中的腫瘤細胞數(shù)目與2號試管無明顯差異，則說明X藥物對腫瘤細胞沒有療效或無影響。

總而言之，生物實驗設(shè)計要求學生在充分理解和掌握生物學基本知識的情況下，還要具備生物學的基本實驗技能。在不同的實驗設(shè)計中靈活采用各種方法才能獲得實驗設(shè)計與解答的最佳方案。