魯華

在高三復習“實驗變量的分析及應用”一課中，筆者通過問（Asking）、想（Thinking）、做（Doing）、評（Evaluation）等訓練，不僅“授人以魚”、“授人以漁”，更是“授人以漁場”，發(fā)展了學生的高階思維能力，取得了較好的教學效果。

1 實驗變量的分析——自主學習

教師要求學生自主學習變量的定義、種類，并以例子進行變量的識別。

（1） 變量的定義：變量是指在實驗過程中可以變化的因素。

（2） 變量的種類：

自變量：實驗中要研究的因素，可以人為改變。

因變量：實驗中由于自變量變化而引起的現(xiàn)象變化或結(jié)果。

無關(guān)變量：實驗中除自變量以外的影響實驗結(jié)果的因素。

（3） 變量的識別：教師利用例1，引導學生識別變量。

【例1】 請根據(jù)表1分析“探究酶的高效性”中的自變量、因變量和無關(guān)變量。

師：本例可以換成“催化劑種類對H2O2分解速率的影響”。

生：自變量是催化劑的種類，因變量是H2O2分解速率，無關(guān)變量有溫度、pH、催化劑的量、肝臟的新鮮程度等。

師：單位時間氣泡產(chǎn)生速率不能說成因變量，只是因變量的檢測指標，還可以用點燃但無明火的衛(wèi)生香復燃程度檢測。

（4） 師生總結(jié)規(guī)律——歸納提升。

① 自變量的識別：來自于對實驗目的的分析，如探究什么、驗證什么、證明什么等。其中“什么”就是自變量。

② 因變量的識別：因變量是自變量的結(jié)果，通過實驗現(xiàn)象體現(xiàn)，是觀察的指標。

③ 無關(guān)變量的識別：對實驗結(jié)果有影響，但又不是所要研究的因素。

（5） 教師引導學生構(gòu)建三種變量之間關(guān)系的模型，如圖1所示。

（6） 教師引導學生學習變量的處理。

師：自變量必須是一個可操縱的因素，具有可控性。如何正確操縱自變量？在觀察SO2對植物的影響、探究甲狀腺激素對小白鼠生命活動的影響、溫度對酶活性的影響的實驗中，如何操作自變量？

教師提出正確操作自變量的方法——加法原理或減法原理。包括施加、改變、去除，即采用“有”與“無”、“多”與“少”、“濃度、pH、數(shù)量或位置的變化”等方法。

學生小結(jié)常見自變量的操作方法：

① 增加水中的氧氣——泵入空氣或吹氣或放入綠色植物。

② 減少水中的氧氣——容器密封或油膜覆蓋或用涼開水。

③ 除去容器中的二氧化碳——氫氧化鈉溶液。

④ 增加水中二氧化碳——NaHCO3。

⑤ 除去葉片中原有淀粉——置于黑暗環(huán)境中暗處理。

⑥ 除去葉片中葉綠素——酒精脫色。

⑦ 除去光合作用對細胞呼吸的干擾———遮光。

⑧ 添加蛋白質(zhì)、多肽類激素——注射。

⑨ 添加固醇類激素——飼喂。

師：無關(guān)變量并非與實驗無關(guān)，只不過不是本實驗要研究的對象，要保證實驗得出科學的結(jié)論，一定嚴格控制無關(guān)變量——隨機分組、設(shè)置對照（空白對照、條件對照、自身對照、相互對照等）、條件相同且適宜、重復實驗等。

教師提出問題：在“探究甲狀腺激素對小白鼠影響”實驗中，如何控制無關(guān)變量？

學生小結(jié)控制無關(guān)變量的方法：

① 通過“生長狀況一致;大樣本取樣;隨機分組”等，排除因?qū)嶒瀸ο髠€體差異帶來的影響。

② 設(shè)置對照實驗，以排除對實驗現(xiàn)象的干擾。

③ 提供相同且適宜的適宜條件，排除不利環(huán)境因素對實驗結(jié)果的影響。

④ 通過重復實驗，如多次測量求平均值排除偶然性，減少實驗誤差，增強實驗的可信度。

師：因變量具有可測性?？茖W地獲取因變量——根據(jù)實驗原理和實驗條件確定觀察和測量的指標及方法。

① 觀察特定顏色變化;

② 觀察形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理、特征變化;

③ 測量生長發(fā)育速度;

④ 測量生化反應速度。

教師提出問題：在“探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用”實驗中，應如何檢測因變量？

生：加斐林試劑水浴加熱后，是否出現(xiàn)磚紅色沉淀。

師：為什么不能用碘液檢測？

生：蔗糖和蔗糖的水解產(chǎn)物都不能與碘液發(fā)生顏色反應。

學生小結(jié)常見的因變量的檢測方法：

① 光合速率——O2釋放速率或CO2吸收速率或有機物積累速率。

② 呼吸速率——O2吸收速率或CO2釋放速率或有機物減少速率。

③ 原子途徑——放射性同位素示蹤。

④ 新陳代謝速度——動物耗氧量。

⑤ 生長發(fā)育——動物身高、體重變化。

⑥ 胰島素作用——動物活動狀態(tài)。

教師引導學生分析例2。

【例2】 為了驗證甲狀腺激素的生理作用，試以大白鼠的耗氧量和活動量為觀察指標，根據(jù)給出的實驗材料和用具，如何處理變量？

材料和用具：日齡相同體重相近的雄性成年大白鼠若干，甲狀腺激素溶液，生理鹽水，灌胃器，耗氧量測定裝置，小動物活動測定儀等。（實驗提示：給藥途徑為每日灌胃，給藥劑量和儀器操作不作考試要求，室溫恒定。）

答案：自變量為有無甲狀腺激素。

操作方法：實驗組：灌甲狀腺激素溶液;對照組：灌等量生理鹽水。

無關(guān)變量是大白鼠的日齡體重，飼養(yǎng)條件等?？刂品椒ǎ捍髽颖?、均分、相同且適宜條件。

因變量是耗氧量和活動量。檢測方法：用相應的儀器測定耗氧量，觀察活動量。

師生總結(jié)規(guī)律：

通常自變量是原因，因變量是結(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。自變量是指實驗中由實驗者根據(jù)實驗目的所操縱的因素或條件，具有可控性。因變量是指實驗中由于自變量而引起的變化和結(jié)果，具有可測性。無關(guān)變量是指實驗中除自變量以外的影響實驗現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件，具有可控性，無關(guān)變量應完全相同且適宜。

2 變量分析在實驗設(shè)計題型中的應用

【例3】 為了驗證甲狀腺激素的生理作用，試以大白鼠的耗氧量和活動量為觀察指標，根據(jù)給出的實驗材料和用具和例2中的變量分析，自主完善實驗步驟。

材料和用具：日齡相同體重相近的雄性成年大白鼠若干，甲狀腺激素溶液，生理鹽水，灌胃器，耗氧量測定裝置，小動物活動測定儀等。（實驗提示：給藥途徑為每日灌胃，給藥劑量和儀器操作不作考試要求，室溫恒定。）

第一步：取日齡相同體重相近的雄性成年大白鼠若干，均分為等量的兩組，編號為A、B。

第二步：A組每日用灌胃器灌一定量的甲狀腺激素溶液，B組灌以等量的生理鹽水。

第三步：將兩組大白鼠置于相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)，并定期同時用儀器測定兩組大白鼠的耗氧量，同時對比兩組大白鼠的活動強度。

教師提供該題型的解題步驟。

（1） 實驗步驟書寫的基本原則：

① 實驗步驟中必須能夠反映出對自變量的控制手段、因變量的檢測方法和標準以及無關(guān)變量的控制方法。

② 實驗步驟必須分步書寫，每一步驟中一般包含一個操作的主題。

（2） 實驗步驟書寫的一般格式：

簡單的實驗一般可以分為3～4步書寫。

① 分組，控制與分組有關(guān)的無關(guān)變量。

② 實驗組和對照組中自變量的控制。

③ 實驗過程的控制以及實驗過程中的無關(guān)變量的控制。

④ 因變量的檢測方法和標準。

注意：具體書寫方式應該根據(jù)實驗具體內(nèi)容相應調(diào)整，而不能機械地套用該格式。

學生利用規(guī)律，解題：

（1） 取材、分組、編號，控制與分組有關(guān)的無關(guān)變量。

① 選材：“選取年齡、性別相同，健康且發(fā)育狀況相同的同種動物”“選取長勢相同、大小相似的同種植物”等。

② 分組：“隨機均分（或等分）為X組”。

③ 編號：“編號為A、B……組”或“編號為甲、乙……組”。

（2） 實驗組和對照組中自變量的控制以及實驗過程中無關(guān)變量的控制。

例如，實驗組“用適量的某溶液”處理，對照組“用等量的蒸餾水（或生理鹽水或清水）”處理，且“每組都在相同且適宜的條件下培養(yǎng)（或飼養(yǎng)）”或“觀察相同的時間”。

（3） 因變量的檢測方法和標準。如“一段時間后，觀察（現(xiàn)象）或測量（數(shù)據(jù)），做好記錄（并計算出平均值）”。

3 學以致用

教師要求學生請根據(jù)以下提供的實驗材料，設(shè)計生物制劑W對動物不同細胞的分裂具有促進作用的實驗步驟。

實驗材料：培養(yǎng)液、正常體細胞、癌細胞、W、胰蛋白酶，培養(yǎng)瓶、血細胞計數(shù)板、顯微鏡（要求與說明：答題時不考慮加入W后的體積變化等誤差。提供的細胞均具有分裂能力，只進行原代培養(yǎng)且培養(yǎng)條件適宜）。

學生以小組為單位開展討論，組長組織成員互相幫助，寫出實驗步驟，并推薦小組代表向全班同學講解。

教師設(shè)計引導學生思考的問題串：

（1） 實驗的目的是什么？

（2） 實驗材料和用具有什么用？

（3） 該實驗要設(shè)幾組？怎么設(shè)計，每組幾個樣品？

（4） 找出自變量是什么？（如何變？）無關(guān)變量有哪些？（如何控制？應設(shè)置怎樣的對照來排除無關(guān)變量的影響？）

（5） 觀察指標是什么？

（6） 實驗步驟必須包含哪些內(nèi)容？要體現(xiàn)哪些原則？

（7） 步驟的順序應怎樣？

（8） 如果您是評卷老師，如何評價考生設(shè)計的實驗步驟？

學習小組展示交流：

生1：實驗分二組：一組加正常體細胞和W，另一組加癌細胞和W。

生2：實驗分四組：一組加正常體細胞;一組加正常體細胞并加W;一組加癌細胞;一組加癌細胞并加W。

師：哪組方案更合理，為什么？

學生分析：二組的實驗方案不能確定細胞分裂是自身現(xiàn)象，還是W造成，實驗分四組更合理。

師：四組怎么設(shè)計，每組幾個樣品？

生3：取4個培養(yǎng)瓶，分別加入適量且等量的培養(yǎng)液。

生4：取培養(yǎng)瓶若干個，隨機均分為4組，標號為A、B、C、D。在各組中加入適量且等量的培養(yǎng)液。

師：哪種設(shè)計更合理，為什么？

分析：若干個重復樣品才能排除偶然因素的干擾，體現(xiàn)平行重復原則。

師：請繼續(xù)完善你的實驗步驟。

生5：展示交流。

學生質(zhì)疑討論，并對照參考答案，自查自糾自評。

參考答案：

（1） 取培養(yǎng)瓶若干個，隨機均分為4組，標號為A、B、C、D。每組設(shè)置若干個重復樣品。在各組中加入適量且等量的培養(yǎng)液。

（2） A、B組中加入適量且等量的正常體細胞，C、D組中加入等量的癌細胞。A、C中加入適量且等量生物制劑W，B、D中不加。

（3） 各組樣品放在相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)一段合適的時間后，各取其中的幾個樣品，加入胰蛋白酶，搖勻，在顯微鏡下用血細胞計數(shù)板分別計數(shù)并記錄細胞數(shù)。

（4） 重復3若干次，統(tǒng)計并分析所得數(shù)據(jù)。

4 教學反思

該節(jié)課運用“ATDE”教學模式，通過“問—想—做—評”，“問—做—想—問—想—做—評”等，強調(diào)“把思考還給學生”。學生以原有的知識和經(jīng)驗為基礎(chǔ)，通過自己動腦、動口，動手，充分發(fā)揮了學習的積極性、主動性。互動方式走向多元：師生交流、生生交流、生本交流、小組交流、班級交流等等。該教學模式改變傳統(tǒng)的教學方式，突出了學科的特點，提供適宜的環(huán)境以發(fā)展學生的高階思維能力，有利于學生的長期發(fā)展，非常適用于高中學生。