高中生物实验设计的入门训练

梁芳

摘 要：主要针对学生较难把握的方法步骤的设计及书写等难点问题归纳了一些基本模式及训练方法，以提高学生对实验习题的分析及解题能力。

关键词：原则；解题思路；实验步骤

实验设计是实验复习中的重点和难点，要做好该专题的复习，就得理清思路，抓住实验中的关键部分，总结规律，找对方法及训练措施。现将基本策略总结如下：

一、贯彻两个基本原则

1.单一变量原则

实验设计常用控制变量法。变量是实验中变化的因素或条件，是实验最关键的部分，无论是原理的确定、器材的选择、步骤的设计还是结果的讨论都是围绕变量进行的。变量主要分为自变量与因变量、无关变量。

如，“探究温度对酶促反应的影响”这个实验中有很多变量。其中温度是要探究的因素，称自变量（原因）。而酶促反应的速度会因温度这个自变量而变化，是因变量（结果）。其他的条件如pH、底物等也可以引起酶促反应的速度变化，因此在对照实验中应保持一致，保证这些条件不会导致实验结果的变化，所以称无关变量（其他原因）。这就是单一变量原则。

2.对照原则

对照实验是指除所控因素外其他条件与被对照实验完全相等的实验。通过对照的建立，达到对变量的控制。通常，实验会分为实验组和对照组。实验组，即通常说的接受自变量处理的组。对照组，是不接受自变量处理的组。例如，“探究H2O2酶高效性”的实验，加入H2O2酶的组就是实验组，而加入FeCl3的组就是对照组。这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，故实验组与对照组两者之間的差异，则可认定为是来自自变量的影响，这样的实验结果是可信的。对照通常有以下类型：空白对照、条件对照、自身对照、相互对照。

二、实验设计程序及解题思路

实验设计（特别是探究实验）的程序可归纳为提出课题→作出假设→确定原理→设计步骤→预期结果→观察收集数据→得出结论等。解题时可按以下顺序进行分析讨论：

（1）根据实验目的找出各种变量。

（2）运用所学知识或题目信息确定实验原理，明确自变量如何操纵、无关变量如何控制、因变量如何检测等。

（3）根据实验原理，对照实验目的，初步形成大致方案。

（4）结合实验所给的条件，选取适当的方法，设计具体步骤。

（5）分析实验结果得出结论。

下面通过举例来说明。

如，血液中钙离子在血液凝固过程中起重要作用，钙离子缺乏则血液不能凝固，草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。请根据提供的实验材料和用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，以验证钙离子在血液凝固中的作用，并回答问题：

（1）实验材料和用具：家兔、生理盐水、酒精棉、适宜浓度的草酸钾溶液、适宜浓度的氯化钙溶液、试管、注射器

（2）提出实验课题

（3）写出实验原理

（4）实验步骤和实验结果

第一步：在A、B试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水

第二步：

第三步： ；结果

第四步： ；结果

让我们以上面提到的顺序来解答这道试题。

①分析这个实验的目的：即本实验要验证的生物学事实是什么？（验证钙离子在血液凝固中的作用）

②确定变量：这个实验的自变量是钙离子的有无，因变量是血液凝固与否，无关变量是影响血液凝固的其他因素，如温度、草酸钾溶液的浓度、试管的干净程度等。

③确定实验原理：从题干所给信息获得（草酸钾能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用）。

④该实验的实验组为哪支试管？对照组为哪只试管？该实验为何种对照？

加草酸钾的A试管为实验组，加生理盐水的B试管为对照组。本实验既有空白对照（A与B），又有自身对照（A试管先加了草酸钾形成了沉淀，后又加入CaCl2溶液）。

⑤该实验采用哪种方法排除无关变量的干扰？（主要采用对照原则和单一变量原则）

通过以上分析，我们基本上就掌握了该实验设计程序要求的各要素，之后再将以上分析内容形成文字，这个实验的主要问题就解决了。

三、实验步骤的书写

书写实验步骤一般采取“三部曲”模式：

（1）选材、分组、编号。

（2）对照实验的处理。

（3）观察记录实验结果。

下面通过例题说明如何训练学生书写实验方法步骤。

例：已知2H2O2=2H2O+O2↑，可以通过观察反应过程中O2的生成速度（即气泡从溶液中释放的速度）来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤、预测实验结果、得出结论，并回答问题。

实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。实验步骤：

（1） （2）（3）略

分析：本实验目的是要同时验证酶具有催化作用和高效性，因此需要设置A组“在H2O2溶液中滴加0.01%过氧化氢酶”、B组滴加“蒸馏水”、C组滴加“3.5%FeCl3溶液”。通过比较A组和B组、A组和C组实验现象得出结论。再完善实验步骤，这里要提醒学生注意遵循单一变量、对照等原则。最后用文字表达：

①取3支试管，分别编号A、B、C，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37℃恒温水浴锅中保温适当时间。

②分别向上述3支试管加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和过氧化氢酶溶液。

③观察各试管中释放气泡的快慢。

总之，在实验复习时，把握住对设计实验相关的关键点知识，再通过对经典实验习题的分析训练，相信学生在实验方面的解题能力会举一反三，逐步提高。

（作者单位 陕西省西安市第八中学）

编辑 薛直艳