如何借助观测指标设计探究实验

戴舒玥

(江苏省常州市教科院附属中学 213001)

在初中生物学阶段的科学探究中，主要包括提出问题、作出假设、实验、得出结论、表达和交流等几个环节。通过实际教学，发现学生进行科学探究时，往往表现出不知道如何设计对照实验。因此，在“探究： 植物的光合作用需要二氧化碳”一节教学中，就尝试以观测指标为突破口，引导学生完成对照实验的设计。

1 观测指标的概念

观测指标是学生在进行探究实验时，对实验结果评判的一个标准，是在探究问题、假设的基础上，根据已有知识、经验判别得到的，并作为观测及记录实验现象、数据的依据[1]。换句话说，一个探究实验结论的得出是建立在对观测指标的分析、判断、检测的基础上的。在不同的实验中，观测指标可以定性的检验，也可以定量的检测，是根据实验结果呈现的需要来进行选择的。

2 观测指标的作用

从实验设计的角度来看，观测指标的确定将会直接影响实验设计中的实验操作流程。一个好的观测指标将简化实验的操作设计，一个不佳的观测指标将会增加实验操作设计的难度，一个错误的观测指标将使得整个实验的操作设计都是错误的。

从实验现象呈现的角度来看，观测指标的确定将决定现象呈现的直观性以及结论得出的准确性。一个好的观测指标可以以最简单直接的方式呈现实验的现象从而判断实验结果，一个不佳或者错误的观测指标会影响现象呈现进而可能误导正确结论的得出。

3 观测指标的设计

3.1 实验设计思路 在设计实验方案时首先需要明确的就是实验设计的思路。探究实验一般需要设计对照实验、控制单一变量，这是实验设计的基础。在此基础上围绕实验探究的目的明确设计思路。

(1) 按照正向思维的方式 探究的很多问题都是现实生活中所存在的，所以对照组的实验条件就确定了，根据变量再确定实验组的条件。例如，“探究： 光合作用需要二氧化碳”的实验中，自然条件下的光合作用发生的环境是空气，含有“二氧化碳”。设置对照组是“有二氧化碳”的环境，而实验组就是“无二氧化碳”的环境。

(2) 按照逆向思维的方式 根据假设推测实验的结果，在依据实验的结果倒推实验的需要条件。例如，在实验设计中，根据假设——植物光合作用需要二氧化碳，可以推测出实验的结果： 有二氧化碳的植物能进行光合作用，没有二氧化碳的植物不能进行光合作用。因此，需要设置两个不同的环境，一个是“有二氧化碳”的环境，另一个是“无二氧化碳”的环境。

3.2 确定观测指标 确定观测指标能让实验思路变得具体、可操作化。观测指标的选择与确定是建立在对实验可能结果评估的基础上。例如，在实验设计中，以“有无二氧化碳”为实验变量，实验可能出现的结果是： 有二氧化碳植物能光合作用；没有二氧化碳，植物不能进行光合作用。所以确定的观测指标就应该是： 能够准确判断出植物是否光合作用的指标——光合作用的产物淀粉与氧气的量。

在实验设计中，观测指标可以是定性的，如检测淀粉的有无；也可以是定量的，如氧气含量多少的检测。

3.3 制定实验方案 在观测指标确定的基础上，就可以将实验设计的思路具体化。例如，以“探究： 植物光合作用需要二氧化碳”实验为例： ①取A、B两株植物进行暗处理一昼夜；②设置两个密闭的空间(A空间内是空气，B空间内是处理过的不含二氧化碳的空气)，将暗处理后的A、B两株植物分别放入A、B两个空间中，进行光照处理；③光照充分后对A、B空间中的氧气含量或者叶片中的淀粉进行检测。

3.4 检测观测指标 观测指标的准确检测对最终结论的得出起着关键的作用。在实验中，以“有无二氧化碳”为变量，观测指标有两种： 淀粉的有无和氧气含量的多少。

(1) 淀粉的有无 光照后A、B两株植物各取一片叶片，经酒精脱色处理、清水漂洗后，滴加碘液，A植株叶片颜色变蓝色，B植株叶片颜色未变蓝。由此分析得出结论： 植物的光合作用需要二氧化碳。

(2) 氧气含量的多少 氧气的含量可以使用两种方法进行检测： ①借助氧气传感器、电脑对A、B两个空间中氧气含量进行较为准确的数据分析，发现A的数值明显高于B；②A、B两个空间中同时各放入一个点燃的蜡烛，A中蜡烛燃烧时间比B中蜡烛燃烧时间长。无论是哪一种检测的方法，都能得出结论： 植物的光合作用需要二氧化碳。

(基金项目：江苏省教育科学“十二五”规划重点课题“生物学科关键能力的培养与评价研究”，No.B-b/2015/02/021)