基于高中生物设计型实验的有效教学策略

颜炳稳

近几年实验题在高考题的份额呈逐年增加的趋势，而生物设计型实验题又是生物试卷和理综卷生物部分最重要的题型。但高考阅卷和模考分析均显示，学生对实验设计的基本理念，基本“套路”了解不明，对答题时应考虑的细节和用规范术语表述不够贴切，因而考生得分率普遍较低。究其深层原因在于课堂实验教学和备考实验题训练中没有切入要点、抓住关键，未能从不同实验设计题的特点出发，总结归纳出共同的规律，构建答题的基本模式。笔者认为，可从以下三方面探讨提高设计型实验教学的有效途径。

1对考纲必做实验，强化规范操作，能力培养

海南考纲生物实验部分含必修1-3教材中的15个实验，其中“检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质”、“探究影响酶活性的因素”等8个实验涉及实验步骤的设计。但教材编写实验教学内容时，有的实验如“检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质”、“观察细胞的有丝分裂”等实验的方法步骤叙述详细，取材方法、药品用量、操作顺序、时间分配等描述清楚，老师在教学时可指导学生按教材内容或稍微加工成板书，引导学生按步操作即可。但有些实验，如“探究影响酶活性的因素”、“探究酵母菌的呼吸方式”等探究性实验，教材只是提供相关的信息，并未写出详细可供操作的步骤，此时需要师生共同解读探讨，提取出有效信息后，编写出合乎规范的设计方案。

如在“影响酶活性的条件”实验教学时，老师先组织学生分组讨论产生几个子课题，如“探究温度对酶活性的影响”、“探究pH对酶活性的影响”、“探究光照有无或光照强度对酶活性的影响”等，然后各课题组每位成员按具体实验步骤写出设计方案，通过组内和老师评价修改，最终选出一份最佳方案供全组使用。这样对教材深刻思考，创新加工，真正把实验教学目标落到实处，既培养了学生设计和操作技能，又培养了学生创新精神。

对考纲未列入的重要实验因其潜在的价值也应列入必做范围。如必修1“探究环境因素对光合作用强度的影响”，因该实验与2006年全国卷高考实验题内容相近，有利于培养学生实验设计能力，我将它改为一个验证性半设计实验“验证光照强度对光合作用强度的影响”，发给学生一份精心设计的实验题作业，提供给学生以下信息：材料用具(打孔器、注射器、3盏40W台灯、烧杯若干只、NaHCO₃溶液、菠菜叶片、清水、吸管、镊子等所需实验器材)和实验步骤1(用打孔器打出小圆叶片30片；用注射器抽出小圆叶片内气体后，将小圆叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。此时，全部叶片沉在水底)，然后要求学生按标准实验报告写出实验原理，补全实验步骤，写出实验现象和结论，并启发学生思考：①若将课题改为“探究不同光质对光合作用强度的影响”，则该选用哪几种颜色灯泡进行对照更合适?此时灯泡与烧杯间距离如何?②你还可以确定什么课题进行探究或验证?如此一改，学生的思维打开了，兴趣浓厚，思做结合，新课改的理念得到充分的体现。

2对经典必讲实验，注重还原再现，演绎推理

教材中有几处著名的经典实验，如光合作用的发现系列实验、生长素的发现、证明DNA是遗传物质等实验，这些内容是作为相关章节的导引部分或拓展、训练内容，教学时老师一般是把它们作为知识点来略讲，不会以实验的原貌用于实验教学。正确的教学理念应当是将经典实验还原为实验过程，并酌情辅以少量材料用具来讲解，虽是“纸上谈兵”，但这种从“实验原理——材料用具——实验步骤——结果分析——得出结论”的探究或验证，与演绎推理式的教学过程一样，同样使学生得到一次身临其境的实验历程。

如必修2“噬菌体侵染细菌”实验，我们的教学思路是还原为实验设计，要求学生阅读教材后，完成下列学习任务：①写出实验原理及相关的实验材料用具。②实验应分几组?③如何培养并标记大肠杆菌?如何培养并标记噬菌体?其理论依据分别是什么?④如何控制变量设置对照?⑤根据噬菌体侵染细菌的5个过程，理论上预期实验结束后在上清液和沉淀物中何处出现放射性?由此得出什么结论?⑥为什么理论预期数据和实验数据(教材中内容)出现较大的误差?请对实验过程进行误差分析。

再如光合作用的发现历程中有一系列实验，如海尔蒙特的柳树实验、普利斯特利的植物更新空气实验、恩格尔曼的水绵实验、萨克斯的天竺葵实验、鲁宾和卡门的同位素标记法实验等，我们建议学生尊重科学家的首创精神，还原经典实验，再现实验步骤，逐一设计各个实验方案。原本单调的说教变成了学生创新思考，学生对光合作用内容有了全面深刻的理解，收到了知其然且知其所以然的效果，同时对学生自主创新设计能力的提高得到了加强。

3对已考备考实验，总结“六步口诀”，指点迷津

老师精选近几年考过的实验设计题并将其纳入实验备考内容，巧思妙用，可收到事半功倍的效果。老师分析这些实验设计题的参考答案及评分细则，引导学生共同归纳出适用于一般验证性实验设计步骤的“六步口诀”，如下：A．材料等同先编号；B．设置对照单变量；C．条件适宜且相同；D．观察检测说具体；E．注意前测和后测；F．重复三次求均值。

简要说明：A句指实验材料及器具、化学药品的规格力求相同、相近；材料数量、化学试剂用量相等；对所用器具先编号标注再分组。B句指实验组和对照组控制在一个变量，减少无关变量的干扰。C句指对照设置后的培养或反应所需的条件适宜且相同。D句指过一段时间后，需要观察具体对象(显色反应、气体或沉淀物生成等)或检测具体的生化生理指标。以上四句高度概括了常规实验基本步骤，学生若能照此思考设计，准确表述，可以得到实验步骤的大多数分值。为了进一步方便学生理解记记，常规四步可用表1表示。

有些实验需增加E句前测(检)和后测(检)，如2007年海南卷“验证促性腺激素有促进蟾蜍排卵的作用”实验设计有4步，其中第2步是“前检”，检查两组每只蟾蜍的泄殖腔孔有无卵并记录，第3步分组对照设置后再行“后检”。“前检”的目的是排除实验误差，力求实验初的材料生理状况相同，而很多考生未写此项而致失分。再如2004年广东卷“验证甲状腺激素的生理作用”，需在对照设置前测与记录大白鼠的耗氧量和活动量；2007年广东卷“研究动物下丘脑与其他内分泌腺之间的功能关系”，同样需前测，即在实验手术前连续3天每天1次测定和记录12只家兔血液中四种激素的含量及12h内的尿量，以此作为对照数值。

F句是指有的定量性实验需通过数据的变化来说明问题，因此在测量数据时要做3次以上的重复性实验，这样获得的数据精确可靠，减少误差，如前段所述的2007年广东卷实验题中连续3天测定4种激素的含量和尿量，就是用同种材料做重复性实验，力求数据准确。2008年北京理综卷第31题是关于蓝藻爆发引发水华的一道实验题，第(4)问中将溶藻细菌侵染蓝藻时需进行3个重复实验，具体做法是在每个培养皿中选择三个不同位置各滴加等量的菌液，然后再做三个对照实验。2008年四川非延考区理综卷第30Ⅱ题是关于不同运动状态下呼出的CO₂浓度引起pH变化的实验，同样需要进行多次重复性实验后方能获得比较精确的数据。

应当引起教师思考的是，学生失分点正是教学的薄弱点。考生失去的不单是分数，缺失的是科学严谨的实验设计能力。