安徽 吳志強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計類試題的解題技巧

安徽 吳志強(qiáng)

生物實(shí)驗(yàn)是每年高考的必考內(nèi)容，隨著高考改革的深入，生物實(shí)驗(yàn)命題的趨勢呈現(xiàn)出新的發(fā)展方向。實(shí)驗(yàn)設(shè)計類試題由于能較全面地考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)知識和基本技能、分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)造能力。因此成為高考理綜生物學(xué)科的壓軸試題。筆者從近幾屆高三畢業(yè)生對此類習(xí)題的解答中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)設(shè)計的有關(guān)理論知識，在考場中經(jīng)常出現(xiàn)各種錯誤。為此，本文就有關(guān)生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計類習(xí)題的對照原則、解題步驟和復(fù)習(xí)建議略作歸納總結(jié)，以期增加考生的理論知識，提高考生的應(yīng)試能力。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計題型的對照類別

不管哪種類型的實(shí)驗(yàn)都不同程度上涉及對照原則。對照原則是在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置與實(shí)驗(yàn)組相互比較的對照組，給不同組別以不同處理，再分析比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)驗(yàn)。在設(shè)立對照時，實(shí)驗(yàn)組與對照組的一切條件應(yīng)盡量均衡一致，這種均衡一致性越好，實(shí)驗(yàn)組與對照組的可比性越強(qiáng)，這樣才能消除非處理因素所致的誤差，對試驗(yàn)觀察的項(xiàng)目得出正確的科學(xué)結(jié)論。按對照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有空白對照、自身對照、條件對照和相互對照等。

空白對照指對照組不給任何處理或干預(yù)措施的“空白”條件下進(jìn)行觀察的對照。例如，在研究某種疫苗預(yù)防傳染病效果時，必須將接種疫苗的動物與未給任何預(yù)防措施的動物(空白對照組)比較其血清抗體指標(biāo)。自身對照指對照組與試驗(yàn)組設(shè)置在同一實(shí)驗(yàn)對象上進(jìn)行的一種對照方式。為了使對照組和試驗(yàn)組均衡可比，一般按隨機(jī)原則分配受試對象和安排處理順序，也可以借助交叉設(shè)計等特殊的自身對照設(shè)計來實(shí)現(xiàn)。自身對照方法簡便，關(guān)鍵是要看清楚實(shí)驗(yàn)處理前后現(xiàn)象變化的差異,實(shí)驗(yàn)處理前的對象狀況為對照組,實(shí)驗(yàn)處理后的對象變化則為實(shí)驗(yàn)組。條件對照是在某種有關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件下(與實(shí)驗(yàn)組操作條件一致的情況下)進(jìn)行觀察的對照。條件對照的設(shè)置目的是排除基礎(chǔ)處理對觀測結(jié)果所起作用的干擾，使對照組和試驗(yàn)組具有可比性。相互對照就是兩個及其以上的生物在外界環(huán)境基本相同的情況下，自身的情況不同反應(yīng)的對比。如“溫度對唾液淀粉酶活性的影響的實(shí)驗(yàn)”中0℃、60℃和沸水浴，這幾組實(shí)驗(yàn)全可看做實(shí)驗(yàn)組，不同實(shí)驗(yàn)組之間相互對比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不同就是由溫度這一變量所引起的。pH 對酶活性的影響，設(shè)置一系列不同的pH 為單一變量，不同組實(shí)驗(yàn)均為實(shí)驗(yàn)組，不同實(shí)驗(yàn)組之間相互對比，最終說明pH 對酶活性的影響。

【例1】為了驗(yàn)證胰島素具有降低血糖含量的作用，在設(shè)計實(shí)驗(yàn)時，如果以正常小鼠注射某種藥物前后小鼠癥狀作為觀察指標(biāo)，則下列對實(shí)驗(yàn)組小鼠注射藥物的順序，正確的是 （ ）

A. 先注射胰島素溶液，后注射葡萄糖溶液

B. 先注射胰島素溶液，再注射胰島素溶液

C. 先注射胰島素溶液，后注射生理鹽水

D. 先注射生理鹽水，后注射胰島素溶液

【解析】在本實(shí)驗(yàn)就涉及自身對照。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證胰島素是否具有降低血糖含量的作用，因而有無胰島素應(yīng)該是本實(shí)驗(yàn)中的唯一變量，也就是說，對照組中沒有胰島素，而實(shí)驗(yàn)組中應(yīng)該有胰島素，且注射胰島素后血糖濃度應(yīng)該與實(shí)驗(yàn)前發(fā)生變化，其一般做法是：給對照組注射一定量的生理鹽水，給實(shí)驗(yàn)組注射等量的用生理鹽水溶解的胰島素溶液，一段時間后觀察兩組小鼠的癥狀表現(xiàn)，可見對照組小鼠正常，而實(shí)驗(yàn)組小鼠出現(xiàn)血糖降低的癥狀，再給實(shí)驗(yàn)組小鼠注射一定濃度的葡萄糖溶液，可見實(shí)驗(yàn)鼠的癥狀得以恢復(fù)，所以本題應(yīng)該選A。

【答案】A

關(guān)于對照實(shí)驗(yàn)的考查內(nèi)容主要是學(xué)生關(guān)于對照實(shí)驗(yàn)的目的和原理、條件設(shè)置、過程設(shè)計、現(xiàn)象觀察和結(jié)論分析等的認(rèn)識和掌握。其中，任何一個科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論都是從反應(yīng)變量所表現(xiàn)出的數(shù)量、質(zhì)量或狀態(tài)的事實(shí)中推導(dǎo)或分析出來的。因此，反應(yīng)變量的確定至關(guān)重要。這就要求考生在以對照實(shí)驗(yàn)為方法的學(xué)習(xí)過程中，考生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)原理來確定并控制對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響的反應(yīng)變量，從而控制變量設(shè)置的對照原則，最終得出其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。要想達(dá)到這樣的水平，要求學(xué)生更多地挖掘課本實(shí)驗(yàn)背后的隱藏信息，深入剖析對照實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵,理清對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計原則，掌握對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計方法，從而更徹底地解決實(shí)際問題，以達(dá)到提高解決問題能力和科學(xué)素養(yǎng)的目的。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計題型的解題步驟

【例2】保溫桶內(nèi)安裝溫度計可以檢測保溫桶內(nèi)溫度變化。某研究小組以該裝置探究酵母菌在不同條件下呼吸作用的情況。材料用具：保溫桶（500 mL）、溫度計、活性干酵母、質(zhì)量濃度0.1 g/mL的葡萄糖溶液、棉花、石蠟油。

實(shí)驗(yàn)假設(shè)：酵母菌在有氧條件下呼吸作用比無氧條件下呼吸作用放出熱量更多。

（1）取A、B兩裝置設(shè)計實(shí)驗(yàn)如下，請補(bǔ)充下表中內(nèi)容：

（2）B裝置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是________，這是控制實(shí)驗(yàn)的________變量。

（3）要測定B裝置因呼吸作用引起的溫度變化量，還需要增加一個裝置C。請寫出裝置C的實(shí)驗(yàn)步驟：

（4）實(shí)驗(yàn)預(yù)期：在適宜條件下實(shí)驗(yàn)，30分鐘后記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，若裝置A、B、C溫度大小關(guān)系是：_______（用“＜、=、＞”表示），則假設(shè)成立。

【解析】本題考查酵母菌在有氧條件下和無氧條件下呼吸作用放出熱量的情況。分析表中相關(guān)內(nèi)容，考慮到實(shí)驗(yàn)要遵循對照性原則、科學(xué)性原則和單一變量原則這幾個原則，因此①處應(yīng)填：不加入石蠟油。②處應(yīng)填：加入10 g活性干酵母。B裝置葡萄糖溶液煮沸的主要目的是去除氧氣，這樣來控制實(shí)驗(yàn)的自變量。要測定B裝置因呼吸作用引起的溫度變化量，還需要增加一個裝置C，因此應(yīng)設(shè)計成空白對照，即：③加入240 mL煮沸后冷卻的葡萄糖溶液；④不加入活性干酵母。因?yàn)橛醒鯒l件下比無氧條件下呼吸作用放出熱量多，因此，裝置A、B、C溫度大小關(guān)系是A＞B＞C。

【答案】（1）①不加入石蠟油 ②加入10 g活性干酵母（2）去除氧氣 自 （3）③加入240 mL煮沸后冷卻的葡萄糖溶液 ④不加入活性干酵母 （4）A＞B＞C

實(shí)驗(yàn)設(shè)計往往是解答實(shí)驗(yàn)題的難點(diǎn)，但只要理清思路，找準(zhǔn)方法和突破口，也能化難為易。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計可遵循以下思路和方法進(jìn)行。（1）首先確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ζ淙ゴ秩【?，提煉要點(diǎn)，確定是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)。（2）運(yùn)用所學(xué)知識，找準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)原理，并要做到對原理理解透徹。理解實(shí)驗(yàn)原理對實(shí)驗(yàn)設(shè)計有重要作用，每一個生物實(shí)驗(yàn)材料的選擇、實(shí)驗(yàn)裝置的確定、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)方法的安排都不是隨意的、盲目的，而是有其實(shí)驗(yàn)原理作為依據(jù)的。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期也是依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理而做出的。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，對照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，通過初步分析，在頭腦中搜尋教材上或曾做過的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，初步形成大致方案，?shí)驗(yàn)設(shè)計大多與單因子變量和對照實(shí)驗(yàn)有關(guān)。（4）結(jié)合實(shí)驗(yàn)所給的條件，選取適當(dāng)?shù)姆椒ǎê啽阈栽瓌t），開始草擬具體步驟方案，設(shè)計具體步驟后，要順藤摸瓜，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果（現(xiàn)象）的判斷，分析綜合得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（5）回歸檢驗(yàn)?？纯醋约涸O(shè)的實(shí)驗(yàn)是否存在科學(xué)性原則，緊扣實(shí)驗(yàn)原理來進(jìn)行分析；是否有遺漏的地方；是否還有其他可能性存在，即檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密性、科學(xué)性問題。實(shí)驗(yàn)設(shè)計的檢驗(yàn)過程最終應(yīng)該對照實(shí)驗(yàn)原理，回歸實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?）實(shí)驗(yàn)設(shè)計中反應(yīng)變量的確定和控制。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計題型的復(fù)習(xí)建議

針對目前高考形勢和近幾年的情況，在平時的備考中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)。

1. 對教材要求完成實(shí)驗(yàn)中的有些內(nèi)容尤其是實(shí)驗(yàn)原理、方法和技能等，要求學(xué)生準(zhǔn)確記住，比如顏色反應(yīng)，葉綠體中色素分離和提取的試劑等。培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，比如有絲分裂臨時裝片的制作等實(shí)驗(yàn)。

2. 通過實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，不但可以獨(dú)立完成課本上的實(shí)驗(yàn)，還應(yīng)該有舉一反三的能力，并運(yùn)用自己學(xué)到的知識和技能設(shè)計簡單的實(shí)驗(yàn)，并且說出設(shè)計原理和方法，評價自己的實(shí)驗(yàn)。也就是說，考生要能從所學(xué)的實(shí)驗(yàn)中提煉、歸納可以應(yīng)用到生活的知識。如建立模型進(jìn)行研究的方法等，并能遷移到新的情境中，運(yùn)用其解決問題。這不但要求學(xué)生能夠設(shè)計實(shí)驗(yàn)的思想，比如要驗(yàn)證甲狀腺激素的作用，如果只是會實(shí)驗(yàn)方法，可以設(shè)計實(shí)驗(yàn)，而不懂得甲狀腺激素的作用，那么設(shè)計出來也不會太完美，這類實(shí)驗(yàn)往往依托于教材已知的實(shí)驗(yàn)，是課本實(shí)驗(yàn)的拓展和外延。

3. 新課標(biāo)要求培養(yǎng)學(xué)生探究能力，一般步驟包括觀察現(xiàn)象→提出假設(shè)→設(shè)計實(shí)驗(yàn)→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)→結(jié)果和結(jié)論→進(jìn)行交流，從近幾年的高考來看，考生往往在這部分失分較多，這部分內(nèi)容考查學(xué)生的綜合分析能力，設(shè)計方案，歸納總結(jié)能力等方面的能力，考查比較廣泛，在平時應(yīng)該多注意培養(yǎng)。

（作者單位：安徽省蕪湖市第十二中學(xué)）