對生物探究性實驗專題教學的思考

胡世倫

摘要：生物探究性實驗涉及與之相關的基本概念較多，是開展探究活動的基礎，而實驗設計是驗證假設的靈魂，遵循探究性實驗的基本原則，可增強實驗結論的可信度和說服力，實驗模型的構建體現(xiàn)在實驗中要遵循的科學原理就是實驗的原理，對實驗結果的理性思維就是透過現(xiàn)象看本質，這個“規(guī)律性聯(lián)系”就是探究性實驗的實驗結果，在此過程中體現(xiàn)出知識和經(jīng)驗的貯備，智慧和創(chuàng)新精神的升華，這正是素質教育所倡導的理念。

關鍵詞：探究性實驗;明確;把握;設計;區(qū)分;遵循;構建;達成;理性思維;反思

現(xiàn)行高中生物新課程，突出體現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力，探究實驗專題是科學探索的重要手段，而實驗設計正好體現(xiàn)出學生的知識儲備和創(chuàng)新能力，為此筆者對生物探究性實驗專題教學做了如下思考，旨在對生物探究性實驗專題教學提供參考。

一、明確探究性實驗的基本概念

事物總是發(fā)展變化的，而事物變化的結果都是有一定原因引起的，而這個“一定原因”往往包含多方面的因素，所以事物變化結果與其原因的關系可用f（a，b，c、d……）=y表示。f表示引起事物變化的原因，y表示事物變化的結果，控制b、c、d等變量在各組實驗中保持一致，就可以通過事物的變化，來確定a變量與y變量的對應規(guī)律。

在只探究a變量與y的對應規(guī)律為目的的實驗中，把接受f（a，b，c、d……）變量處理并發(fā)生一定變化（y）的事物叫做實驗對象，即指實驗中用到的實驗材料。把處理實驗對象的a變量叫作自變量（也稱為實驗變量），自變量在實驗中是可以人為調節(jié)的。把f中除a以外的能引起實驗對象發(fā)生變化，但與實驗目的無關的b，c、d等變量稱作無關變量因其導致的實驗對象的變化稱作額外變量。如果實驗只探究a變量與y的對應規(guī)律，則在實驗中要對無關變量進行控制，使無關變量在各組實驗中保持相同。

二、把握探究性實驗設計的單一變量原則

因影響實驗結果的往往有多種變量，所以實驗中只能一個變量對應一個因變量。例如，為了獲得“溫度對酶的活性影響”實驗，可設置三組實驗，變量分別為低溫（加冰塊），室溫（37℃）、高溫（沸水浴），這三種條件變化就導致唾液淀粉酶水解淀粉的活性也隨之變化，謂之反應變化，從而解釋了實驗變量（溫度變化）與反應變量（酶之活性）的因果關系。

三、設計實驗，控制無關變量

實驗設計的程序為：提出問題，形成假設，選擇變量，分析結果，這就貫穿解決問題的全過程。

（一）控制無關變量 控制無關變量

就是使無關變量在實驗組和對照組（或各組實驗）中保持相同。例如：“溫度對酶的活性影響”實驗中的無關變量有：試管潔凈度，唾液新鮮度，淀粉的純度和濃度，溫度處理時長等。因此實驗時三組實驗要等同均衡并穩(wěn)定，否則干擾實驗結果，造成誤差。

（二）設置對照，調節(jié)變量

要在控制無關變量的基礎上，調節(jié)自變量是使自變量在實驗組和對照組中不盡相同。因自變量的調節(jié)方式不同，實驗對照的類型也不盡相同。

（三）區(qū)分對照類型

1.自身對照? 實驗和對照在同一實驗對象上進行，其目的是觀察實驗對象本身實驗的前后變化加以對照，不另設對照組。例如，“植物細胞的質壁分離觀察”的實驗中，實驗對象是植物細胞，自變量為一定濃度的蔗糖溶液。實驗組即實驗后細胞的質壁分離狀態(tài)，對照組為實驗前細胞的正常狀態(tài)。實驗結論為高濃度狀態(tài)下導致植物細胞發(fā)生質壁分離。

2.空白對照? 兩組實驗對象和無關變量都相同的實驗，一組有自變量處理，一組沒有自變量處理，沒有自變量處理的實驗在自變量上是“空白”的，這樣的實驗就屬于設置空白對照的實驗。例如，在“探究植物的光合作用能否產(chǎn)生淀粉”的實驗中，實驗對象為“饑餓”后的葉片，光照是自變量。實驗過程為將“饑餓”后的葉片一半曝光，一半遮光，則遮光的一半葉片在自變量上空白的。經(jīng)過實驗后檢測，曝光一半的葉片中有淀粉，遮光一半的葉片中沒有淀粉，對照比較的結果，證實植物的光合作用可以產(chǎn)生淀粉的結論的可靠性。

3.相互對照? 意為不另設對照組，只對兩組或幾組實驗都用自變量進行處理，但自變量對各組實驗的處理有所不同。例如，有的是自變量的物理量（如質量、大小等）有所不同，有的是自變量的種類或處理方向上有所不同等等，然后，對兩個或幾個實驗組的實驗結果進行比較來得出結論。這樣的兩個或幾個實驗組就形成相互對照。例如，在探究“不同光照強度對植物光合速率影響”的實驗中，植物是實驗對象，光照強度是自變量，在各組實驗中，都有一定強度的光照處理，但處理各組實驗的光照強度是不相同的。

四、遵循實驗原理

開展探究性實驗的方法：用一定的自變量處理實驗對象，記錄實驗對象發(fā)生的變化（因變量），尋找自變量和因變量之間的變化規(guī)律。如何處理實驗對象？如何實驗和記錄因變量？如何設置對照等，都需要遵循該實驗原理的科學性。

五、構建探究性實驗的設計模型

六、達成探究性實驗的目的

從模型圖可以看出，探究性實驗的目的是通過調節(jié)自變量，控制無關變量，客觀記錄實驗對象發(fā)生的實驗結果（因變量），由此透過現(xiàn)象看本質，從實驗結果中尋找自變量的聯(lián)系與因變量之間的規(guī)律性聯(lián)系。這個“規(guī)律性聯(lián)系”就是探究性實驗的實驗結論的理性思維達成。

七、實驗結果和實驗結論的理性思考

（一）實驗結果分析

實驗結果是對實驗中的因變量的客觀真實的記錄。實驗對象發(fā)生的因變量往往有多方面的信息反映出來。實驗者在實驗中收集的觀察或測量的實驗結果即為實驗數(shù)據(jù)。其主要內容是記錄的一項或多項因變量的信息的形式表現(xiàn)出來。

（二）歸納實驗結論

實驗結論是對實驗研究的發(fā)現(xiàn)與總結。要根據(jù)實驗結果即實驗數(shù)據(jù)得出，務必對實驗數(shù)據(jù)進行處理，也就是構建模型，以便更好地理解它們的含義。構建模型的工具主要有記錄表、柱形圖、曲線圖等。數(shù)據(jù)經(jīng)圖表處理后就成為模型，模型能使學者清楚地看出它們存在什么特點、本質、規(guī)律和趨勢，發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)所反應的問題，以便得出實驗結論。

八、學會探究反思

（一）構想假說

通過實驗結果歸納的實驗結論，通常是一個推測性解釋。而這種推測性解釋其實質是假說，例如：當你觀察到一個探究性實驗的實驗結果以后，你可以在以往的知識和經(jīng)驗的基礎上提出假說性解釋，而在構想假說時，需要嚴謹?shù)耐评?，更需豐富的想象，與一般的推測性解釋不同，假說是否正確，必須經(jīng)實驗驗證，只有被實驗證明是正確的假說才能形成理論。

（二）歸納實驗結果和實驗結論的反思

對實驗現(xiàn)象的客觀記錄是實驗結果，對實驗結果的主觀能動性思考才是實驗結論。正確的實驗結論才是科學，而實驗結果就成為科學結論的實證。兩者的特點和關系歸納如下表：

總之，在探究實驗，得出實驗結論的過程中，需要具備豐富的學科基本理論知識和大量實踐操作經(jīng)驗素養(yǎng)，更需要從實驗現(xiàn)象中尋找本質規(guī)律，最終上升到對實驗數(shù)據(jù)的理性認識。

參考文獻：

[1]范龍華.淺談初中生物探究性實驗教學的優(yōu)化策略[J].東西南北：教育，2021（2）：1.