运用概念分析的方法进行生物学实验设计

陶静

摘  要：本文阐述了抓住核心概念，运用概念分析法，对人教版（新课标）高中生物教材中一些变量不明晰的实验题目，引导学生寻找实验原理，确认实验变量，控制和处理实验变量，设计可行的实验方案的方法。

关键词：概念分析;实验变量;实验设计

1问题的提出

普通高中课程标准指出，学生通过高中生物课程学习，发展科学探究能力。初步培养学生包括确认变量;设计可行的实验方案等11项能力。那么在实验设计中如何确认实验变量，控制和处理实验变量，设计可行的实验方案就成了一个难点。

对于一般性实验题目，实验目的中变量明显，通过分析实验目的就可确认实验变量。例如，《比较过氧化氢在不同条件下的分解》的实验，自变量是不同的条件，因变量是过氧化氢的分解状况。对于那些实验目的中变量不明晰的实验，例如，《探究酵母菌细胞呼吸的方式》;《探究Fe2+是不是小麦生长的必需元素》，《判定骡子是不是一个物种》等等。在传统教学中，教师根据自己的经验，将这些实验归纳为若干类型，应用不同的方法去完成。但是学生遇在到新的问题情境时，极力套用老师教给的模式，一旦没有可套用的模式，就束手无策。那么这些命题有没有共性？能否用同样的模式去思考呢？笔者尝试抓住核心概念，运用概念分析的方法进行生物学实验设计，并取得了一定成效。现就具体做法陈述如下，以期与同仁探讨。

2  教学案例

概念分析法也称术语分析法，它是指研究确定术语所表示的概念的内涵和外延的研究方法。概念是思维的基本单位，其内涵是反映在概念中的对象的特有的属性;其外延是指概念所反映的一切事物。常用的概念分析法有：内容分析法，比较分析法，案例分析法等

2.1內容分析法

内容分析法，就是对概念的内涵分析，准确地把握概念内在的本质，严格区分某一概念（术语）的客观内容和可能出现的主观曲解。

案例1：验证酵母菌是兼性厌氧菌

本命题的核心概念是“兼性厌氧菌”，人教版（新课标）必修一《分子与细胞》P91页将其描述为“酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能呼吸，属于兼性厌氧菌”。结合实验中各种变量的定义和特点，分析此概念便知本实验是要验证酵母菌在有氧和无氧条件下均可生存，自变量为有氧条件和无氧条件，控制办法是通入空气和隔绝空气，因变量是能否生存，检测手段是是否进行了细胞呼吸，产生了CO2和其他产物，无关变量是影响酵母菌生存的其他因素，包括充足的营养物质和适宜的温度等外界条件，在对比试验中保持相同。

案例2：自选材料，验证酶具有专一性。

这个实验不难，但学生会做出两种方案，一是选择两种酶，一种底物进行实验：另一种是一种酶，两种底物做实验。孰是孰非？哪种方案更具科学性？

本实验命题中的核心概念是“酶的专一性”，人教版（新课标）高中生物必修一P83页是这样描述的：“过氧化氢酶只能催化过氧化氢分解，不能催化其他化学反应。每一种酶只能催化一种或一类化学反应。” 仔细分析概念就会发现，本实验应该用同一种酶催化不同的底物，而不是用不同的酶催化同一种底物。例如人教版（大纲版）高中生物必修一P47页《实验五探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用》就是这样设计的。

2.2 比较分析法

比较分析法可以理解为是根据一定的标准，对两个或两个以上有联系的概念进行分析，寻找其异同，探求不同事物统一性与特殊性。按目标的指向，可分成求同比较和求异比较。

案例3例如某雌雄同株植物花的颜色由两对基因（A和a，B和b）控制，A控制色素的合成（A：出现色素，AA和Aa的效应相同），B为修饰基因，淡化颜色的深度（B：修饰效应出现，BB和Bb的效应不同）。其基因型与表现型的对应关系：A  Bb粉色，A  bb红色，A  BB或aa，请回答下列问题：

为了探究两对基因（A和a，B和b）是在同一对同源染色体上，还是在两对同源染色体上（不考虑交叉互换），请以基因型为AaBb的粉色植株为材料，设计实验进行探究。

本探究题的核心词是“同一对同源染色体”和“两对同源染色体”。抓住两个核心词语，联想遗传学相关知识，比较分析“同一对同源染色体”和“两对同源染色体”的区别：如果两对基因位于两对同源染色体上，它们的遗传将遵循基因的自由组合定律，如果两对基因位于同一对同源染色体上，它们的遗传将不遵循基因的自由组合定律（遗传遵循的是基因的连锁与交换定律）。因此本实验研究方法是选择基因型为AaBb的粉色植株进行自交，观察子代表现型，分析实验结果与哪种预期结果相符，就可判定两对基因的位置属于甲乙丙中的哪种情况。

案例4：判定四倍体西瓜是不是新物种？

本命题中的核心概念是“物种”，衍生词是“新物种”。分析本命题发现它包括两层含义，一是四倍体是不是物种，二是四倍体是不是新物种。所谓“新物种”，就是相对原有物种而言的，即它与二倍体是不是同一个物种。结合高中生物教材中物种定义，比较分析这组概念，认识到到本命题需要做两部分实验才能完成：⑴四倍体西瓜的个体间能否杂交，并产生可育的后代，判定四倍体是不是一个物种;⑵四倍体与二倍体的能否杂交，并产生可育的后代，判定四倍体是不是新物种。结果是四倍体能杂交产生可育后代，表明它是一个物种;而四倍体与二倍体的能杂交，但产生后代不可育，表明它是不同于二倍体的新物种。

3  反思总结

抓住核心概念，运用概念分析法，能够成功完成生物学实验设计，这种方法的奥妙在哪儿呢？

诸如上述类别的实验题，在传统教学中，教师通常会引导学生展开想象，寻找实验原理。茫茫“书海”，学生从哪里去寻找宽泛、空洞的实验原理？运用概念分析法，可以在实验课题（实验目的）与实验原理之间架起了一座桥梁，学生就能抓住核心概念，联想相关知识，就能直接、具体地搜索到实验原理，容易觅到实验方法，更易找到实验变量，因为概念就是原理，概念也是方法。

概念分析法更易打开学生思路，围绕核心概念，通过分析概念的内涵和外延，拓展思维，激发学生自主创新实验的能力，不再拘泥于老师给定的实验设计模式，学生可以轻松独立地设计实验。

概念分析法是一种具体的思维方法，它还适用于更加广泛的领域。在有些命题中，它可能不再是一个概念，而是一个名词，某一事物的属性特征等。因此在中学生物教学中，要加强核心概念的教学，培养学生运用概念分析的方法解决实际问题的能力。

参考文献

[1]  普通高中生物课程标准（实验）中华人民共和国教育部制订.人民教育出版社，2003

[2]  普通高中课程标准实验教科书.生物1.必修.分子与细胞. 人民教育出版社，2007

[3]  普通高中课程标准实验教科书.生物2.必修.遗传与进化. 人民教育出版社，2007