“问题法”解生物实验设计题

郑振清

【摘 要】通过设计“问题法”开展生物实验设计题教学，既包含了实验设计的理论，又便于记忆和解题，有较强的可操作性和实用性。

【关键词】做什么；为什么；缺什么

在高三生物学实验课的复习教学时，如果还是按着课本的内容重复一遍，既浪费时间又容易让学生产生厌烦情绪，无法得到预期的复习目标。通过设计“问题法”开展生物实验设计题教学，既包含了实验设计的理论，又便于记忆和解题，有较强的可操作性和实用性，有利于提高实验复习教学的实际效果。以下结合例题浅谈“问题法”在解生物实验设计题的应用。

“问题法”是指针对生物实验设计问题进行复习教学，即：“做什么”、“为什么”、“缺什么”。

一、“做什么”：提取题干信息，明确实验目的

分析“做什么”时首先引导学生认真审题，抓住题干中的关键信息“题眼”，弄清题目的要求是“验证性实验”还是“探究性实验”。

（1）验证性实验通常是指实验者针对已知的实验结果进行的，以验证实验结果、巩固和加强相关知识内容、培养实验操作能力为目的的重复实验。其实验结论是已知的，不存在假设问题和预测结果，经常题干的要求就是“做什么”这句话。

（2）探究性实验通常是指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探究、分析、研究得出结论。根据实验的目的，利用已知的、外加的因素去干扰研究对象，看它会发生什么样的变化，出现什么样的现象，产生什么样的结果。实验结果或结果预测有多种可能性，其解答格式多用“如果A，则B”的形式表述，是根据现有的科学理论、事实以及所研究的对象设想出一种或几种可能性的预测。例如：某实验小鼠适宜生活在25℃左右的环境中，为探究低于适宜温度的环境（如10℃）对能量代谢的影响（能量代谢的强弱用单位时间耗氧量表示），请依据所给的实验装置、实验材料和用品，再给出的实验方法和步骤的基础上，继续完成探究实验，预测可能的实验结果和结论，并回答问题。先分析“做什么”：探究低于适宜温度的环境（如10℃）对能量代谢的影响。本题实验设计的基本思路是：通过低于和等于适宜温度两种条件下小鼠能量代谢强度的比较得出结论。引导学生预测低温条件下小鼠代谢的几种可能：①代谢加强：消耗5mL氧气所用的时间10℃小于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时能量代谢会加强；②代谢减弱：消耗5mL氧气所用的时间10℃多于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时能量代谢会减弱；③代谢不受影响：消耗5mL氧气所用的时间10℃等于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时能量代谢不受影响。最可能的结果和结论是：消耗5mL氧气所用的时间10℃小于25℃，说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时能量代谢会加强。因为小鼠是恒温动物在10℃比25℃下维持体温所消耗的能量多。所以审题时要引导学生抓住关键“题眼”，确定实验的自变量与因变量，這样做题顺手拈来，事半功倍。

二、“为什么”：分析实验为什么提供这些实验材料

高考试题中所提供的实验材料多数能应用于实验设计中，因此在理解题干的基础上分析出为什么要提供这些实验材料，会使学生较快的沥青解题思路，成足在胸。

分析：据“做什么”可推知，本实验要学生探究蔗糖的水解产物能否通过半透膜。所以实验有两种情况：可能通过也可能不能通过。结合课本知识及甲、乙图可知：蔗糖不能不能通过半透膜，所以一段时间之后出现了乙图所示的液面差，如果水解产物能通过，则可能一段时间之后液面差减小直至最后液面相持平；又因为蔗糖是二糖，其水解产物为葡萄糖和果糖均可通过半透膜，所以单糖可在a管中出现，到底要用哪一种结果来衡量这就要分析为什么要提供这些实验材料。蔗糖酶溶液很明显是用来水解蔗糖的；斐林试剂自然会联想到鉴定还原糖，与蔗糖水解产物有关，这就引导学生要用斐林试剂来检测a管中是不是出现了还原糖；而试管、滴管和水浴锅这些材料的提供更是明显地导向了还原糖的鉴定。至此，整个设计思路基本呈现出来。

三、“缺什么”：要检验实验是不是遵循了基本原则，主要是对照原则、单一变量原则以及等量原则

为了更科学更有说服力地论证假设，生物实验常常设置对照实验。通过设置对照试验可以消除无关变量对实验结果造成的影响。单一变量原则是实验设计的一个重要原则，它包括两层意思：一是确保“单一变量”的实验观测，即不论有一个或几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量；二是确保“单一变量”的操作规范，确保实验设计只有一个自变量对应一个因变量，即在实验设计中要尽可能避免无关变量及额外变量引起的干扰。所以在实验设计时，必须先明确实验中的单一变量：自变量、因变量。从而避免其它无关变量及额外变量的影响。在分析“缺什么”时，一定要抓住等量原则，注意“等量”“完全相同”等关键字眼，以确保实验的准确性。

项目课题：本文系2016年度大田县基础教育科学研究立项课题“生物实验设计题的类型与解题策略”（课题编号：DTKTZX-2016158）阶段研究成果。