探究性實驗思路設(shè)計問題解決模型的構(gòu)建

胡超

探究性實驗設(shè)計題是近年高考熱點題型，設(shè)問新穎、邏輯性強、區(qū)分度好，全面考查了學(xué)生的實驗探究能力、信息處理能力、知識遷移能力、語言表達能力等多種能力，成為生物試題中的亮點之一，是最能體現(xiàn)生物學(xué)科核心素養(yǎng)中“科學(xué)探究”評價導(dǎo)向的題目。

一、高考生物探究性實驗思路設(shè)計類試題的特點

許多學(xué)生易將實驗思路當(dāng)作實驗方案（步驟）對待，事實上兩者是不同的。實驗方案（步驟）設(shè)計關(guān)注的是具體的方案，例如，如何分組、實驗組和對照組如何處理、因變量如何檢測、無關(guān)變量如何平衡和消除等。實驗方案設(shè)計特別強調(diào)的是條件控制，通常要寫出無關(guān)變量。實驗思路（偏宏觀）與實驗方案設(shè)計類似，但并不過分關(guān)注細節(jié)。實驗思路關(guān)注的是自變量的確定、因變量的確定以及預(yù)期結(jié)果與結(jié)論的關(guān)系。

實驗思路設(shè)計類試題，大都有共同的特點：緊扣教材基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)實驗或經(jīng)典科學(xué)實驗，實驗?zāi)康那逦?、方法明確、材料具體，要求學(xué)生寫出實驗思路，指出預(yù)期的實驗結(jié)果及結(jié)論。能力要求方面，都對學(xué)生的實驗探究能力、遷移能力、信息加工能力、語言表達能力提出了較高的要求。

二、探究性實驗思路設(shè)計題的核心思想與解決原則

教師在教給學(xué)生基礎(chǔ)知識的同時，還應(yīng)教給學(xué)生解決問題的原則、方法與技巧，才能真正提高學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

1.探究性實驗思路設(shè)計題的核心思想

“假說——演繹”法是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的思想方法，也是解決探究性實驗思路設(shè)計類問題的核心思想方法。“假說——演繹”思想明確了現(xiàn)代科學(xué)研究的基本思路：發(fā)現(xiàn)問題→提出假說→演繹推理→實驗驗證→得出結(jié)論，同時指出了“假說與預(yù)期實驗結(jié)果”“實驗結(jié)果與實驗結(jié)論”之間的相互關(guān)系。高考試題中的探究性實驗思路設(shè)計類問題，大都以此為命題主線。以“假說——演繹”思想為指導(dǎo)，能站在高處審視問題，從總體上把握問題解決的思路，有利于培養(yǎng)學(xué)生的全局觀念與大局意識。

2.解決探究性實驗思路設(shè)計題遵循的基本原則

探究性實驗思路設(shè)計題通常以驗證假說為目的來設(shè)計實驗思路，邏輯思想是差異歸納法，往往需要設(shè)計一組或幾組進行了共性處理和差異處理的對照實驗，通過分析各組的條件異同，得出影響實驗結(jié)果的因素。設(shè)計對照實驗，通常需要遵循一定的原則，如單一變量原則、對照原則、平行重復(fù)原則、科學(xué)性原則等。共性處理是指對實驗組和對照組采取相同的處理措施，即除自變量以外，應(yīng)使實驗組與對照組的無關(guān)變量保持相同且適宜。如生物材料相同（大小、生理狀況、年齡、性別等）、實驗器具相同（型號、潔凈程度等）、實驗試劑相同（用量、濃度、使用方法等）和條件相同（保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等）。而差異處理是指對實驗組和對照組采取不同的處理措施，使實驗組與對照組的自變量不同（其余因素都相同），以便為得出影響實驗結(jié)果的具體因素提供依據(jù)。共性處理與差異處理實際上是“單一變量原則”和“對照原則”在實驗方案設(shè)計中的具體運用。在實驗設(shè)計中為了避免實驗結(jié)果的偶然性，必須對所做實驗進行足夠次數(shù)的重復(fù)，以獲得多次實驗結(jié)果的平均值，保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。在設(shè)計實驗時必須有充分的科學(xué)依據(jù)，即實驗?zāi)康拿鞔_、實驗原理正確、實驗研究的材料和實驗方法的選擇恰當(dāng)、整個實驗設(shè)計的思路和實驗方法的確定都不偏離實驗原理、有關(guān)的生物學(xué)知識及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本知識。

三、探究性實驗思路設(shè)計解題模型的構(gòu)建

在總結(jié)出探究性實驗思路設(shè)計題的特點、遵循的思想方法、解題原則的基礎(chǔ)上，總結(jié)出此類問題的具體答題套路，構(gòu)建解決此類問題的模型，才能更加有效地指導(dǎo)學(xué)生進行規(guī)范答題，從容應(yīng)對高考。

1.準(zhǔn)確把握實驗?zāi)康模鞔_實驗原理

探究性實驗?zāi)康氖菍嶒炈l(fā)現(xiàn)或解決“生物學(xué)事實”是什么，或要解決該“生物學(xué)事實”的哪一方面，通常以“探究（研究）……對……的影響”“探究（研究）……的最適溫度（濃度）”等形式呈現(xiàn)。而實驗原理則分析實驗所依據(jù)的科學(xué)原理是什么、涉及的生物學(xué)及相關(guān)學(xué)科中的方法和原理有哪些等問題。

2.確定實驗變量，設(shè)置對照實驗

依據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?，找出自變量和因變量，確定實驗研究的因素，以及對實驗結(jié)果可能造成影響的無關(guān)變量，同時構(gòu)思實驗變量的控制方法和實驗結(jié)果的獲得手段。自變量是實驗中可以認為改變的實驗條件，改變該條件，將引起實驗結(jié)果發(fā)生相應(yīng)的改變，往往“探究什么”，“什么”就是自變量。自變量的控制通常采用“加減法”，加法就是加入自變量（或添加多一點），減法就是去掉自變量（或添加少一點）。因變量是實驗觀測的指標(biāo)，是實驗者在進行探究性實驗時對實驗結(jié)果評價的一個標(biāo)準(zhǔn)，可以是通過實驗者主體感官獲取到的顏色、形狀、氣味等現(xiàn)象所展現(xiàn)的主觀指標(biāo)，也可以是通過工具或儀器定量測得的數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的客觀指標(biāo)。探究實驗中，應(yīng)盡可能選擇具體的、有效的、不帶有個人主觀意愿的、可操作性強的指標(biāo)作為因變量。

3.確定實驗方法，設(shè)計實驗步驟

在具體的問題中，需要根據(jù)試題的要求，依據(jù)實驗?zāi)康?、實驗原理和所提供的材料，嚴格遵循實驗設(shè)計的原則，確定具體的實驗方法，設(shè)計科學(xué)可行的實驗步驟。一般情況下，常規(guī)實驗步驟的設(shè)計可歸納如下：分組與編號→放置相同的實驗對象→創(chuàng)設(shè)不同的影響因素→相同環(huán)境條件下進行培養(yǎng)→觀察和收集數(shù)據(jù)。

4.分析預(yù)期的實驗結(jié)果，得出實驗結(jié)論

探究性實驗研究的是自變量與因變量之間的關(guān)系，在答題過程中，可依據(jù)現(xiàn)有科學(xué)理論對實驗結(jié)論提出一種或幾種假設(shè)，實驗結(jié)果預(yù)測一般與假設(shè)相對應(yīng)：若實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致，則得出與先前的假設(shè)一致的結(jié)論，即假設(shè)成立;反之，假設(shè)不成立。探究性實驗的結(jié)果與結(jié)論不唯一時，需進行分情況討論。

責(zé)任編輯徐國堅