不容忽视的实验“语言”

孙幼芬

在近年来的生物学高考中，实验设计题已成了一种重要题型。实验设计题侧重考查学生的实验能力、思维能力和创新能力等各方面的能力，以及进行科学实验的思想和方法，能较好地体现当前教学改革特别是考试改革的要求。实验设计题的能力要求高，难度较大，学生往往感到比较困难。从解题技巧的角度来看，总体上可以分以下几步进行：① 了解题目要求；② 明确实验目的；③ 分析实验原理；④ 确定实验思路；⑤ 设计实验步骤；⑥ 预期结果与分析。但在实际的高考阅卷过程中发现学生在实验设计过程中因语言描述不规范失分的情况十分突出，下面就实验设计中各个环节的语言描述作一些例析。

1 探究性或验证性实验的“实验题目或目的”的描述

考查实验题目需从试题提供的文字、表格或曲线信息中找出自变量或因变量后，有时实验中的自变量可能是一个，即单自变量，有时为多个，即多自变量。对验证性实验来说，实验目的与实验结论是相对应的，只要在书写实验结论时重复实验目的的相关语句即可。通常可以采用的表达方式有“探究（或验证）自变量对因变量的影响”“探究（或验证）因变量与自变量之间的关系”或“因变量与自变量之间关系的研究”。

【例1】 现有与某种植物种子萌发有关的4组实验处理如表1所示。

尝试通过表格信息书写不同组别对照实验的实验目的：

（1） 仅做Ⅰ组与Ⅱ组实验，其实验目的是

。

（2） 仅做Ⅰ组与Ⅲ组实验.其实验目的是

。

（3） 仅做Ⅱ组与Ⅳ组实验，其实验目的是

。

（4） 仅做Ⅱ组与Ⅲ组实验，能否获取确切的实验目的？为什么？

。

解析：解答本题的关键在于通过对照实验，确定自变量（实验中必须保持单一性），在此基础上分析说明因变量的变化缘由。由表格及题干可知本题是探究自变量对种子萌发的影响，即实验中的因变量为种子的萌发情况。通过Ⅰ组与Ⅱ组对照可知，自变量为种皮的完整性，故实验目的可描述为：探究机械破损种皮对该种子萌发的影响。通过Ⅰ组与Ⅲ组对照可知，自变量为种皮完整条件下有无赤霉素，故实验目的可描述为：探究种皮完整条件下赤霉素对该种子萌发的影响。通过Ⅱ组与Ⅳ组对照可知，自变量为机械破损条件下有无赤霉素，故实验目的可描述为：探究机械破损条件下赤霉素对该种子萌发的影响。通过Ⅱ组与Ⅲ组分析发现自变量不具有单一性，故无法形成对照。

答案：（1） 探究机械破损种皮对该种子萌发的影响

（2） 探究种皮完整条件下赤霉素对该种子萌发的影响

（3） 探究机械破损条件下赤霉素对该种子萌发的影响

（4） 不能 Ⅱ组与Ⅲ组对照，自变量不单一

2 探究性实验的“实验假设”的描述

对探究性实验来说，假设对所要研究的对象设想一种或几种可能的答案或解释，即提出可能的实验原理。假设的书写往往针对实验目的以陈述句式进行表述。可采用的描述有“如果……现象，则……结论”；“当条件X存在时，事件P（实验现象）会发生”或“当条件X存在时，事件P（实验现象）不发生”或“当条件X存在时，对事件P（实验现象）没有影响”。

【例2】 某研究所在蝴蝶兰培育的过程中使用了磷胺，发现磷胺污染可导致细胞出现分裂间期的微核现象（图1），微核与主核有相同染色效果，但体积较小。可通过观测统计微核率和微核细胞率的大小，认识和评估污染物对生物的影响。请就磷胺浓度和溶液pH（6～8）对微核数和微核细胞数的影响设计实验进行探究。

材料用具：培养皿、质量分数为10%和20%的磷胺溶液等。

（1） 假设： 。

（2） 主要方法步骤：

① 对大豆种子浸种，在适宜条件下萌发生根。

② 。

③ 一段时间后，取出已生根的种子，然后用蒸馏水冲洗，并移至蒸馏水中再培养一定时间（约2个细胞周期）， 。

④ 镜检、记录和统计。

解析：由于磷胺等污染物有致畸、致癌和致突变效应，该实验的假设应为磷胺污染程度与植物细胞的微核率和微核细胞率呈正相关，且受pH的影响。探究“磷胺浓度和溶液pH（6～8）”双因素对微核数和微核细胞数的影响，因此需配制不同浓度、不同pH的磷胺溶液，每一个实验变量至少考虑分成3组，在相同且适宜的条件下培养一段时间，最后按照“固定（卡诺氏固定液）→解离（质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精按1∶1混合）→漂洗（蒸馏水）→染色（醋酸洋红液或质量浓度为0.01 g/mL或0.02 g/mL的龙胆紫溶液）→制片”制作根尖临时装片，显微镜观察并统计微核数和微核细胞数，为了确保实验结果的准确性，每组实验至少要制作3个装片进行观察。

答案：（1） 磷胺污染程度与植物细胞的微核率和微核细胞率呈正相关，且受pH的影响

（2） ② 将萌发生根的大豆种子随机等量分成3大组（每大组至少3小组）并编号，分别浸泡在等体积的，pH分别为6、7、8的，磷胺浓度为0、10%、20%的溶液中相同且适宜的时间

③ 按“解离→漂洗→染色→制片”制作根尖临时装片

3 探究性或验证性实验的“实验原理”的描述

分析实验原理可以明确实验操作步骤，分清是生化实验类型还是生理实验类型。实验原理中“因变量的观测指标”可作为实验结果的参考。在语言描述过程应关注自变量与因变量间的内在联系以及自变量的操作情况，因变量的观测指标。

【例3】 为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，以小鼠的活动状况为观察指标设计实验。某同学的实验方案如下：

① 将正常小鼠随机分成A、B两组，观察并记录其活动状况。② A组小鼠注射适量胰岛素溶液，B组小鼠注射等量生理盐水。一段时间后，A组小鼠会出现四肢无力，活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，B组小鼠活动状况无变化。③ A组小鼠出现低血糖症状后，分别给A、B两组小鼠注射等量葡萄糖溶液。一段时间后，A组小鼠低血糖症状缓解，B组小鼠活动状况无变化。

该实验方案可以说明胰岛素具有降低血糖的作用。

请回答：

该实验的原理：

。

解析：实验原理可以依据已知的实验目的和材料书写，也可以在实验完成后，根据实验的过程和步骤等来书写。其内容一方面侧重于写出为什么这样操作，另一方面则是侧重于写出为什么出现这样的现象。这里面涵盖了自变量作用的科学依据、操作自变量的原理和因变量获得的原理等。学生在解题时的常见错误如下：

（1） 错将实验原理写成实验原则，如单一变量原则、对照原则，没有理解实验原理的实质。

（2） 实验原理不完整，如只回答胰岛素具有降低血糖的作用。

（3） 观察指标阐述错误，如本题中已经明确指出以小鼠的活动状况为观察指标设计实验，但很多学生还是把观察指标写成直接检测血糖浓度。

答案：胰岛素具有降低血糖的作用。体内胰岛素含量过高引起血糖下降，机体出现活动减少，甚至昏迷等低血糖症状，此症状可以通过补充葡萄糖溶液得到缓解

4 探究性或验证性实验的“实验步骤”的描述

实验步骤的描述可分为以下几个环节：

① 主要是分组编号，设置对照，以描述“无关变量”，如选材时经常使用的描述：“选取年龄、性别相同，健康且发育状况相同的同种动物”，“选取长势相同、大小相似的同种植物”等。分组时注意强调“随机均分（或等分）为X组”。“编号为A、B……组”或“编号为甲、乙……组”。

② 主要是对实验组别进行处理，以描述自变量如何控制，无关变量如何平衡，如实验组“用适量的某溶液”处理，对照组“用等量的蒸馏水（或生理盐水或清水）”处理，且“每组都在相同且适宜的条件下培养（或饲养）”或“观察相同的时间”。

③ 主要是针对实验结果的处理，以描述因变量怎样检测，如“一段时间后，观察（现象）或测量（数据），做好记录（并计算出平均值）”。

【例4】 请设计一个实验比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率。

（1） 实验原理：新鲜的肝脏中含有过氧化氢酶，Fe3+是一种无机催化剂，它们都可以催化过氧化氢分解成水和氧。

（2） 实验器材：新鲜的质量分数为20%的肝脏（如猪肝、鸡肝）研磨液，量筒，试管，滴管，恒温水浴锅，试管架，卫生香，火柴，体积分数为3%的H2O2溶液，质量分数为3.5%的FeCl3溶液，蒸馏水。

（3） 实验步骤：

① 。

② 。

③ 。

（4） 设计表格记录实验步骤，并填写出相应的现象与结论。

解析：本题要同时验证酶具有催化作用和高效性，因此应遵循对照原则、单一变量原则和科学性原则。整个实验中，不同处理的试管中O2释放最快的是加酶溶液的试管，其次是加FeCl3溶液的试管，最慢的是加蒸馏水的试管，由此可得出的结论是酶具有催化作用且其催化作用具有高效性。

答案：（3） ① 取3支试管编号甲、乙、丙，分别加入等量且适量的H2O2溶液（5 mL），放入37 ℃恒温水浴锅中适当保温一段时间

② 分别向甲乙丙3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液和肝脏研磨液（两滴）

③观察各试管中释放气泡的快慢（或者将点燃但无火焰的卫生香分别放到3支试管的管内液面上方，观察并记录哪支卫生香燃烧更猛烈）

（4） 如表2所示：

5 探究性或验证性实验的“结果与结论”的描述

探究性实验可先假设可能的实验结论，再得出实验结果，常需分类讨论。实验结论要根据可能的实验结果进行分析，进而得出结论；验证性实验的实验结果可依据实验原理中的因变量写出，实验结论即验证性实验的目的，如“验证……”“证明……”等。

【例5】 为探究一定温度对甲状腺激素的生物活性的影响，现使用容积相同的几只玻璃缸、同龄且发育状态相同的小蝌蚪60只、蝌蚪常用饲料、未经处理的具有生物活性的甲状腺激素、50 ℃温水处理了10 min的原来具有生物活性的甲状腺激素等材料用具进行实验。具体方法见表3（“√”代表等量加入）。

请完成下列预期及分析得出的结论（观察指标中各缸中蝌蚪发育成青蛙所需时间的长短）：

（1） 现象：若甲>乙=丙；结论：甲状腺激素50℃温水处理后活性不发生改变。

（2） 现象：若________；结论：甲状腺激素50℃温水处理后失去活性。

（3） 现象：若________；结论：甲状腺激素50℃温水处理后活性降低。

（4） 现象：若甲>乙>丙，结论： 。

解析：根据试题提供的图表信息，可知各个玻璃缸中的蝌蚪数和常用饲料均相同，而甲状腺激素却受到常温或50 ℃温水的处理。因此本实验的目的，即探究温度对甲状腺激素的生物活性的影响。甲缸为空白对照组，乙缸为常温实验组，丙缸为高温实验组。甲状腺激素可促进小动物的发育，激素的含量不同则小动物生长发育到一定程度所需要的时间就会有差异，或者说，相同时间的情况下，不同组别的小动物发育程度会有差别。因此，若甲状腺激素在50 ℃温水处理后活性不发生改变，则甲>乙=丙；若甲状腺激素50 ℃温水处理后失去活性，则甲=丙>乙；若甲状腺激素50 ℃温水处理后活性降低，则甲>丙>乙；若甲状腺激素50 ℃温水处理后活性升高，则甲>乙>丙。

答案：（2） 甲=丙>乙

（3） 甲>丙>乙

（4） 甲状腺激素50 ℃温水处理后活性升高

“提高生物科学素养”“倡导探究性学习”是实施新一轮课程改革的基本理念，这一理念已转化为高考命题的指导思想与能力要求，并在高考试题中得到了体现。教师要关注生物学科的语言特点，培养学生严谨分析问题的能力，为学生未来的深造打下坚实的基础。