浅谈提高学生实验分析和设计能力的方法

胡雪梅

摘 要 通过用问题串对课本实验分析和深入探讨，提高学生对实验的认识和形成科学思维。通过对变量的分析和实验设计思路的分析，提高学生完成各种实验题的能力，以提高学生的实验能力和成绩。

关键词 问题串 实验分析 实验设计思路

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

独立完成实验和设计简单实验是生物高考考查能力要求之一。在近几年的生物高考试卷中常有生物实验设计题出现。如何才能解答好生物实验设计题呢？首先是实验基础知识的掌握。对高中学生来说，生物实验知识的掌握主要包括常见的仪器、器具、药品的使用能力，对实验程序的理解能力，对实验结果的分析能力，以及对实验中出现的异常情况的处理能力等；其次是实验设计的基本思路。在实际教学中，教师可以用问题串来提高学生的实验分析能力和成绩。

1 详尽细致地分析课本中的实验，让学生形成实验思维

1.1 课本中的科学史的分析

关于科学史的教学，教师提出问题或利用课本讨论题让学生分析。比如：对恩格尔曼的实验，教材列出了要讨论的问题，而学生此时对实验已有一定的认识，可以讨论完成。在学生不能回答时，教师用问题引导。学生通常不能把巧妙之处都答出来，教师可以引导学生从材料、操作，对照、排除无关变量的干扰等方面思考，让学生明白巧妙之处。

但有些科学史的发现实验，教材中并没有给出讨论题，教师就需要自己设计问题，让学生理解实验的思路。比如：针对肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌实验，笔者设计了如下问题：关于肺炎双球菌，你知道什么？通过格里菲斯的第一组实验、第二组、第三组实验，我们分别知道什么？第四组实验的S型活细菌从何而来？关于“转化”，你的理解是什么？实验最终得出了什么结论？格里菲斯又作了什么推论？艾弗里的实验思路是什么？如何分开蛋白质和DNA？实验结果说明什么？既然艾弗里的实验已能说明DNA是遗传物质，为什么还要设计噬菌体侵染细菌的实验？如何解决艾弗里的遗憾，排除一些科学家的疑虑？噬菌体是什么生物，有怎样的结构和物质组成及特点？噬菌体如何侵染，如何增殖？如何让噬菌体带上标记，为什么？实验过程，你能理解吗？你能提出什么问题？实验如何对照？搅拌和离心的目的分别是什么？为什么表述为放射性低而不是无放射性？第二组实验上清液的放射性升高，可能的原因是什么？实验得出了什么结论？能否得出蛋白质不是遗传物质这一结论？综合肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌实验，能说明作为遗传物质需满足的条件是什么？

1.2 教材中学生实验的分析

学生实验分为验证型和探究型两种。教师对验证型实验的分析从实验原理、实验材料、实验试剂、实验操作、实验结果、实验结论等方面进行，帮助学生知其然，也知其所以然。比如生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的检测实验中，教师提出问题：实验原理分别是什么？为什么还原糖检测的描述是“产生砖红色沉淀”，脂肪检测的描述是“被染成橘黄色或红色”，而蛋白质检测的描述是“产生紫色反应”，为什么？还原糖检测的实验材料用苹果汁或梨汁，脂肪的检测用花生，而蛋白质的检测用蛋清或豆浆，为什么？甘蔗汁和番茄汁可用于检测还原糖吗？观察颜色反应的实验，选材都需要注意什么？比较斐林试剂和双缩脲试剂，相同点和不同点分别是什么？实验步骤如何？实验如何对照？需要显微镜的是什么实验？实验结果如何？又比如绿叶中色素的提取和分离实验，实验原理是什么？分析看出如何书写实验原理？实验材料是什么？为什么？可用其他材料代替吗？实验试剂有哪些，作用分别是什么？实验步骤如何？为什么如此操作？如果得到的色素提取液颜色太浅，可能的原因是什么？为什么要塞住试管口？还可以用什么方法得到色素提取液？为什么滤纸条要剪去两个角？为什么用铅笔画横线，其他笔行吗？画滤液细线时，为什么待滤液干后，再重复一两次？可用其他方法画滤液细线吗？为什么分离色素时，避免层析液没及滤液细线？实验的结果如何？为什么呈现这样的结果（色素带的分布、颜色、宽窄和色素带之间的距离等）？如果色素带不清楚，可能的原因是什么？如果只有最上面的两条色素带，可能的原因又是什么？如此就可以让学生不但知道实验的操作，也明白为什么如此选材，各种试剂的用途，为什么如此操作，为什么得出这样的结果和结论。

而对探究型实验，教师要从实验题目入手教会学生进行变量分析，并进行自变量的设置、因变量的检测和无关变量的干扰排除的分析；之后进行实验假设、实验材料、实验原理、实验试剂的分析；再后分析实验步骤或设计实验步骤；最后结果预测及得出结论。比如有关酶的实验——比较过氧化氢在不同条件下的分解。笔者设计的问题如下：实验材料是什么？过氧化氢有什么特点？FeCl3溶液和新鲜的肝脏研磨液分别有什么作用？为什么要研磨？为什么要新鲜？什么叫变量、自变量、因变量、无关变量、实验组、对照组？实验的自变量是什么？如何设置的？因变量是什么？如何检测的？无关变量有哪些？如何排除其对实验结果的干扰？实验的对照组是谁？实验组又是谁？实验可提出怎样的假设？实验的步骤顺序可否变动？实验的结果如何？第一组与第二组比较可以说明什么？第一组与第三组比较又说明什么？第一组与第四组比较呢？第三组和第四组比较呢？写出实验的原理（原理能解释实验的操作和结果）。对探究温度对酶活性的影响的实验，笔者设计的问题如下：实验选择何种材料？为什么不能用过氧化氢作材料？作出什么样实验假设？实验的自变量是什么？应如何设置？因变量是什么？如何检测？能用斐林试剂作为检测试剂吗？为什么？无关变量有哪些？如何排除其对结果的干扰？写出实验原理。讨论写出实验步骤。实验步骤的顺序能调换吗？为什么？最佳的实验方案是怎样的？预测实验最可能的结果和结论。通过这样的分析，教师可以教会学生选材和选用试剂，更重要的是教会学生进行变量分析和书写实验步骤及检验实验步骤，也教会学生进行结果预测等。

1.3 多让学生进实验室操作实验

如此不但能加深学生的印象，也能活跃他们的思维，提高其创新能力。

2 通过对实验变量的分析和实验各要素关系的分析，提高学生设计实验和解答实验的能力

2.1 实验变量的分析

2.1.1 根据实验目的，分析实验变量

实验目的就是研究自变量与因变量的关系。所以一般来说，实验目的中就隐含了实验的自变量和因变量。学生通过所学知识分析除自变量外，还有什么因素影响因变量呢。这些因素就是实验的无关变量。无关变量通常可从实验材料、实验试剂的用量、环境条件等方面入手分析。通过课本实验或生活常识或题干中的介绍，教师教学生能确定自变量的设置方式、因变量的检测手段。比如：探究生长素类似物溶液促进扦插枝条生根的最适浓度的实验中，自变量是生长素类似物溶液的浓度。教师要求学生设置成自变量的浓度梯度。为了更精确，笔者先设置一个梯度大的浓度梯度的生长素类似物溶液做个预实验，根据预实验的结果，再取一个范围设置这个范围内梯度小的浓度梯度的实验。同时提出以下问题因变量是什么？扦插枝条的生根情况如何。如何检测？（数根的数目，求取平均值）无关变量有哪些？（插条的种类、数目、生长状况、插条上芽的位置和数目等，生长素类似物溶液的用量，完全培养液的用量，生长素类似物溶液处理插条的时间，插条在培养液中培养的时间，环境温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等，培养液的pH等）如何排除无关变量对实验结果的干扰？（材料选择要一致，时间和环境条件、培养条件要相同且适宜；试剂的用量要相等）

2.1.2 通过实验操作或其他进行变量分析

有些实验未告知题目，但给出了实验的部分或大致操作或一些介绍，教师通过比较给出的不同组的不同处理可得出自变量，通过其检测的项目得出因变量，或者通过所介绍的找出自变量和因变量。之后再分析出无关变量。比如：油菜素内酯水溶液对芹菜的实验（表1）。

该实验中的自变量是油菜素内酯水溶液的浓度；因变量是芹菜的生长情况。无关变量包括实验前所选芹菜的株高一致，生长状况一致；油菜素内酯水溶液的用量相同，与组一蒸馏水的用量也相同；培养时间相同；培养环境温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等适宜且相同。并且还能根据所分析出的变量写出实验课题：探究（研究）不同浓度的油菜素内酯水溶液对芹菜生长的影响。

2.2 实验各要素的关系

明确实验各要素的关系也是解答好实验题的关键。实验目的：研究或验证自变量对因变量的影响。实验假设：对实验目的的回答。自变量：实验组与对照组或实验组之间不同的处理。因变量：实验中通过检测或观察来确定的量。实验步骤：第一步通常为分组编号；第二步通常体现自变量的处理；最后一步通常为检测因变量。结果为检测或观察到的现象。结论为通过对结果分析后对实验目的的回答。实验原理：为解释实验操作、实验试剂使用和实验结果所提供的依据。

3 学生易忽略之处

实验是否体现对照原则；是否体现单一变量原则；实验材料的选择是否合理；实验试剂的使用是否合理；实验步骤的安排是否合理（比如文字描述的科学性和准确性、步骤的顺序、对无关变量排除的体现和因变量的检测手段）；实验结果的描述是否正确；结果与结论是否对应；如果涉及测量，是否前测、是否测多次或多个，求取平均值等。教师在平时要让学生多练习，问题早暴露，早纠正。

通过上述手段，学生就不再惧怕实验题，能较有效地理解课本知识和完成实验题。