解答生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的技巧

閆然 趙榮全

生物高考的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ笾忻鞔_指出具備驗(yàn)證簡(jiǎn)單生物學(xué)事實(shí)的能力，并能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行解釋、分析和處理；具有對(duì)一些生物學(xué)問(wèn)題進(jìn)行初步探究的能力，包括運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)與調(diào)查，假說(shuō)演繹、建立模型與系統(tǒng)分析等科學(xué)研究方法；能對(duì)一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案作出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)和修訂等.這要求學(xué)生要有一定的實(shí)驗(yàn)與探究的能力和較高的生物科學(xué)素養(yǎng).這也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)和易失分的知識(shí)點(diǎn).下面根據(jù)自己的教學(xué)實(shí)際情況總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類試題的解題思路和方法.

1.明確實(shí)驗(yàn)類型

看實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn).一般在 題干中有“驗(yàn)證……”、“證明……”、“探究……”，其后內(nèi)容就是實(shí)驗(yàn)的目的.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具有明確的結(jié)果；探究性實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果是未知的或不確定的，應(yīng)針對(duì)各種可能性分別加以考慮和分析，得到相關(guān)結(jié)論.如“（2009全國(guó)理綜Ⅰ）已知H2O2H2O+O2可以通過(guò)反應(yīng)過(guò)程中O2的生成速度（即氣泡從溶液中釋放的速度）來(lái)判斷H2O2的分解速度，請(qǐng)用所給的材料和用具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使其同時(shí)驗(yàn)證過(guò)氧化氫酶具有催化作用和高效性，要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問(wèn)題.”是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；“（2010年安徽）面對(duì)去冬今春我國(guó)西南部分地區(qū)嚴(yán)重旱情，生物興趣小組同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，摩西球囊菌可以與植物根系形成共生體，能提高干旱條件下植物體內(nèi)活性氧的清除能力，增強(qiáng)抗旱性，請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探究接種摩西球囊霉菌是否具有提高紫花苜蓿（牧草）的抗旱能力.”是探究性實(shí)驗(yàn).

2.確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)的具體目標(biāo)，必須具有明確 的指向，必須清晰明了.實(shí)驗(yàn)原理是本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所依據(jù)的物理、化學(xué)和生物的基本知識(shí).實(shí)驗(yàn)原理必須具有科學(xué)性：實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的依據(jù)，它必須是前人總結(jié)或科學(xué)檢驗(yàn)得出的科學(xué)理論

3.確定實(shí)驗(yàn)變量并設(shè)置實(shí)驗(yàn)變量

變量可從實(shí)驗(yàn)題目中獲得啟示給予確定.

要明確實(shí)驗(yàn)中的變量.自變量：又叫實(shí)驗(yàn)變量， 是指實(shí)驗(yàn)操縱控制的特定因素或條件，是實(shí)驗(yàn)假定的原因變量，應(yīng)具有可變性和可操作性.例如，在“探究溫度對(duì)唾液淀粉酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)所研究的溫度如低溫（加冰塊）、適溫（37℃）、高溫（沸水?。┚褪亲宰兞?注意：實(shí)驗(yàn)中遵循的單一變量原則，針對(duì)的就是自變量.因變量：又叫反應(yīng)變量，是指實(shí)驗(yàn)中由于自變量而引起的變化和結(jié)果，應(yīng)具有可測(cè)性.自變量是原因，因變量是結(jié)果，二者具有因果關(guān)系.在上述實(shí)驗(yàn)中，酶的活性就是因變量.注意：檢測(cè)指標(biāo)與因變量不同.如上述實(shí)驗(yàn)中，溶液顏色變化就是檢測(cè)指標(biāo).無(wú)關(guān)變量：也叫干擾變量，是指實(shí)驗(yàn)中除自變量以外的影響實(shí)驗(yàn)變化和結(jié)果的因素或條件.應(yīng)具有可控性.在上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，除自變量（溫度）外，唾液的新鮮程度和濃度、可溶性淀粉溶液劑量和濃度、實(shí)驗(yàn)操作程序、溫度處理的時(shí)間等，都屬于無(wú)關(guān)變量.通過(guò)變量控制，盡量消除實(shí)驗(yàn)誤差，以取得較為精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果. 注意：無(wú)關(guān)變量要確保相同且適宜.實(shí)驗(yàn)中的等量原則，針對(duì)的是無(wú)關(guān)變量.如實(shí)驗(yàn)中所用生物材料要相同，即所用生物材料的數(shù)量、質(zhì)量、長(zhǎng)度、體積、來(lái)源和生理狀況等方 面特點(diǎn)要盡量相同或至少大致相同. 所用實(shí)驗(yàn)器具要相同，即試管、燒杯、水槽、廣口瓶等器具的大小型號(hào)要完全一樣.所用實(shí)驗(yàn)試劑要相同，即試劑的成分、濃度、體積要相同.尤其要注意體積上等量的問(wèn)題.所用處理方法要相同，如保溫或冷卻；光照或黑暗；攪拌或振蕩都要一致.有時(shí)盡管某種處理對(duì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，看起來(lái)似乎是毫無(wú)意義的，但最好還是要作同樣的處理，要遵循對(duì)照原則.通常，一個(gè)實(shí)驗(yàn)總分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組.實(shí)驗(yàn)組是接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組.對(duì)照組，也稱控制組，是不接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組.從理論上說(shuō)，由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無(wú)關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組兩者之差異，則可認(rèn)定為是來(lái)自實(shí)驗(yàn)變量的效果，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的.常用的是空白對(duì)照，即不給對(duì)照組做任何處理的對(duì)象組.空白對(duì)照能明白地對(duì)比和襯托出實(shí)驗(yàn)組的變化和結(jié)果，增強(qiáng)了說(shuō)服力.例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組滴加了唾液淀粉酶液，而對(duì)照組只加了等量的蒸餾水，起空白對(duì)照.有的實(shí)驗(yàn)中還有自身對(duì)照、條件對(duì)照和相互對(duì)照等.

4.確定實(shí)驗(yàn)觀察的對(duì)象或?qū)嶒?yàn)檢測(cè)指標(biāo)

如在探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用的影響實(shí)驗(yàn)中，因變量是光合作用強(qiáng)度，CO2的吸收量為檢測(cè)指標(biāo).

5.構(gòu)思實(shí)驗(yàn)步驟，語(yǔ)言準(zhǔn)確表達(dá)

實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)一般遵循“分組編號(hào)、實(shí)驗(yàn)處理、結(jié)果觀察” 三步曲.組織語(yǔ)言要準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)步驟的描述一般不宜連續(xù)描述，往往需要分段敘說(shuō)，如：第一步…….第二步……；實(shí)驗(yàn)組別編號(hào)描述 如：凡實(shí)驗(yàn)中涉及到兩組或兩組以上，所用器材需用1、2、3……或A、B、C……或甲、乙、丙……等加以編號(hào)便于區(qū)分.在量上難以做到準(zhǔn)確的量化描述，應(yīng)盡可能用“定性”的語(yǔ)言表達(dá). 如：“一段時(shí)間”、“適宜的溫度”、“適量的”、“一定量的”等.注意實(shí)驗(yàn)操作順序的合理安排，例：“還原性糖鑒定實(shí)驗(yàn)”中： 先將斐林試劑甲液（0.1 g/mL的NaOH）和乙液（0.05 g/mL的CuSO4）混合以后，再加入組織樣液中；“蛋白質(zhì)的鑒定實(shí)驗(yàn)”中：先將雙縮脲試劑A液（ 0.1 g/mL NaOH）加入組織樣液中，再加入B液（0.01 g/mL CuSO4） .

6.記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具有明確的結(jié)果；探究性實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果是未知的或不確定的，應(yīng)針對(duì)各種可能性分別加以考慮和分析，得到相關(guān)結(jié)論.

例1 （2010年安徽）面對(duì)去冬今春我國(guó)西南部分地區(qū)嚴(yán)重旱情，生物興趣小組同學(xué)查閱資料發(fā)現(xiàn)，摩西球囊菌可以與植物根系形成共生體，能提高干旱條件下植物體內(nèi)活性氧的清除能力，增強(qiáng)抗旱性，請(qǐng)完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，探究接種摩西球囊霉菌是否具有提高紫花苜蓿（牧草）的抗旱能力.

材料用具：紫花苜蓿幼苗，摩西球囊霉菌菌種，栽培土（經(jīng)滅菌處理的田間土與河沙混合，體積比9∶ 1），大小一致的花盆.

方法步驟：

（1）個(gè)花盆中放置栽培土3㎏，并將花盆平均分成A、B兩組

（2）A組各花盆中

，B組各花盆中

.

（3）將等數(shù)量的幼苗移栽于各花盆中，置于

條件下培養(yǎng)；

（4）6周后，

處理10d，每天觀察、記錄并統(tǒng)計(jì)

.

結(jié)果預(yù)期與分析

.

分析 本題考查有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，根據(jù)題意可知，設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，遵循等量且適宜原則，放在干旱環(huán)境中進(jìn)行選擇，指標(biāo)為紫花苜蓿的存活率.

答案：（2）接種等量的摩西球囊霉菌菌種，不接種.

（3）適宜且相同

（4）干旱， 紫花苜蓿死亡率或存活率或存活天數(shù).

結(jié)果預(yù)測(cè)與分析：A組紫花苜蓿死亡率明顯低于B組，這可能是接種摩西球囊霉菌提高了抗旱能力（A組紫花苜蓿死亡率明顯等于或高于B組，這可能是接種摩西球囊霉菌不能提高了抗旱能力）

例2 （2009全國(guó)理綜Ⅰ）已知H2O2=H2O+O2可以通過(guò)反應(yīng)過(guò)程中O2的生成速度（即氣泡從溶液中釋放的速度）來(lái)判斷H2O2的分解速度，請(qǐng)用所給的材料和用具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使其同時(shí)驗(yàn)證過(guò)氧化氫酶具有催化作用和高效性，要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問(wèn)題.實(shí)驗(yàn)材料及用具：適宜濃度的H2O2溶液、蒸餾水、3.5% FeCl3溶液、0.01%牛過(guò)氧化氫酶溶液、恒溫水浴鍋、試管.

（1）實(shí)驗(yàn)步驟：

①

________________________________________

，放入37℃恒溫水浴鍋中10分鐘；

②

________________________________________

；

③

________________________________________

；

④

________________________________________

.

（2） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)及結(jié)論：

整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，不同處理的試管中O2的釋放速度從快到慢依次是：

________________________________________

. 由此得出的結(jié)論是

________________________________________

.

（3）如果僅將實(shí)驗(yàn)中的恒溫水浴改為80℃，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，O2的釋放速度最快的是：

________________________________________

原因是

________________________________________

.

精析 此題的關(guān)鍵是分組及自變量的控制.由題目的實(shí)驗(yàn)?zāi)康目芍候?yàn)證過(guò)氧化氫酶具有催化作用和高效性，所以實(shí)驗(yàn)應(yīng)分三組，一組是空白對(duì)照，一組是驗(yàn)證酶的催化作用，一組是驗(yàn)證酶的高效性.通過(guò)比較是否有氧氣釋放說(shuō)明酶的催化作用，通過(guò)比較氧氣釋放的快慢驗(yàn)證酶的高效性.

答案：①取三只試管并編號(hào)甲、乙、丙，分別滴加等量且適量的過(guò)氧化氫溶液；②分別向三只試管里分別滴加等量的過(guò)氧化氫酶、3.5℅FeCl3溶液、蒸餾水并混合均勻；③把三只試管放在恒溫水浴鍋保溫.觀察記錄三只試管里氣泡從溶液中釋放的速度.（2）甲試管里氣泡的釋放的速度最快，乙試管較慢，丙試管無(wú)氣泡放出.過(guò)氧化氫酶具有催化作用和高效性.（3）乙試管（滴加FeCl3溶液），高溫過(guò)氧化氫酶失去活性，不再催化過(guò)氧化氫分解.

學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣咝枰處煹闹笇?dǎo)和學(xué)生長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，學(xué)生一定要?jiǎng)邮?，才能逐步提高解題能力.

（收稿日期：2015-04-13）