基于科学思维的高中生物学实验题解题对策与方法

柳军

摘 要：以高中生物学典型实验题型为载体，概括出辨析验证性实验和探究性实验的基本方法，阐明了确立实验自变量、控制实验无关变量、观测实验因变量的要点和技巧，归纳了实验题的常见设问类型与三种实验变量的关系，总结出高中生物学实验题的解题对策与方法。

关键词：高中生物;实验题;解题对策与方法

生物学是一门实验科学，通过生物学实验的操作与考查，能够培养学生的观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论等科学探究能力，也能够通过生物学实验的事实和证据，运用演绎与推理、模型与建模、归纳与概括等科学思维方法，探讨、阐释生命现象、规律及本质，进而培养和发展学生的生物学核心素养。因此，在高中生物学教学与评价，特别是全国各省市历年的高考生物试题中，实验题的设置，不但能充分体现高中生物学课程的学科特点和育人价值，而且能够考查学生生物学核心素养的发展水平。笔者通过对典型“高中生物学实验题”（以下简称“实验题”）的分析与比较，概括出了高中生物学实验题的解题对策与方法，希望对高中广大师生有所帮助。

一、典型例题及解析

某生物兴趣小组通过查询资料得知，人体肾小球发生病变时，会患肾小球肾炎，该病患者尿液中含有蛋白质。现提供质量浓度为0.01g/mL的CuS04溶液、0.05g/ml的CuS04.溶液、0.1g/ml的Na0H溶液、鸡蛋清水溶液（含蛋白质）、清水、某肾小球肾炎患者的尿液、试管和必需的实验用品。请帮助该兴趣小组从中挑选指定浓度的试剂来设计一个实验，证明肾小球肾炎患者的尿液中含有蛋白质。要求写出实验原理、实验步骤、实验结果及实验结论。

【解析】实验原理：双缩脲试剂能与蛋白质发生颜色反应出现紫色。方法步骤：①取3支试管分别标号为甲、乙、丙。②向甲试管中加入2ml清水，乙试管中加入2ml鸡蛋清水溶液、丙试管中加入2ml肾小球肾炎患者的尿液;③向甲、乙、丙三支试管中分别加入2ml0.1g/ml的NaOH溶液，摇匀;再分别滴加3—4滴0.01g/ml的CuSO4溶液，摇匀，在温度等环境条件适宜且相同的条件下进行实验。④观察并记录三支试管中液体颜色变化。实验结果：甲试管中液体变为蓝色，乙和丙试管中液体均出现紫色。实验结论：肾小球肾炎患者的尿液中含有蛋白质。

【引申】将上题中“证明肾小球肾炎患者的尿液中含有蛋白质”变为：“证明肾小球肾炎患者的尿液中是否含有蛋白质？”要求写出实验原理、实验假设、实验步骤、实验结果及实验结论。

引申题的实验原理、实验步骤和原题解析完全相同，但与原题相比较：第一，原题的设问中没有实验假设，而引申的题目中有，且实验假设有两种：假设一“肾小球肾炎患者的尿液中含有蛋白质”;假设二“肾小球肾炎患者的尿液中不含有蛋白质”。在作答时，只答其中的一种假设即可。第二，实验结果及实验结论的表述不同，引申题目的实验结果及实验结论为：若甲试管中液体没有出现紫色，乙和丙试管中液体均出现紫色，则证明肾小球肾炎患者的尿液中含有蛋白质。若甲和丙试管中液体没有出现紫色，而乙试管中液体出现紫色，则证明肾小球肾炎患者的尿液中不含有蛋白质。

二、自变量、无关变量、因变量等实验变量的辨析

实验过程中的变化因素称为变量。其中人为控制的对实验对象进行处理的因素叫作自变量，上述实验中向试管中加入清水、鸡蛋清水溶液、肾小球肾炎患者的尿液三种不同的液体属于自变量。因自变量改变而变化的变量叫作因变量，上述实验中试管中液体颜色就是因变量。除自变量外，实验过程中还存在一些对实验结果造成影响的可变因素，叫作无关变量，如上述实验中清水、鸡蛋清水溶液及肾小球肾炎患者的尿液三种不同液体的量均为2ml，三支试管中都加入2ml0.1g/ml的NaOH溶液、3—4滴0.01g/ml的CuSO4溶液、反应时间、温度等无关变量都保持一致。

三、實验类型的辨析

通过对上述原例题和引申例题的设问及解答的分析、比较不难看出：原例题和引申例题是两种不同类型的实验，其中原例题为验证性实验类型，而引申例题为探究性实验类型。结合这两道例题，对这两类实验的不同点和相同点概括如下：

通过以上两道例题的分析和表格的比较可以看出：验证性实验和探究性实验的最主要区别是实验结果及实验结论的表述不同。

四、实验题中几种常见设问类型的解题对策与方法

这里仅对高考中考查频率较高的四种设问类型，如“实验课题名称的确立”“实验步骤”“实验设计思路”“实验结果及实验结论”的解题对策与方法进行归纳与概括。

（一）实验课题名称的确立

例如：“在用赤霉素促进某植物枝条长高的实践过程中，发现枝条长高情况不一，分析其原因，认为可能与赤霉素的浓度有关。请据此拟定一个相关研究的课题。要求写出课题名称及相关研究中的观察指标和影响这一指标的因素”。

课题名称为“探究赤霉素浓度对该植物枝条长高的影响”，观察指标为“枝条长高程度”，影响这一指标的因素为“赤霉素浓度”。其中“赤霉素浓度”为实验的自变量，“枝条长高程度”为实验的因变量。因此，课题名称的解题对策与方法是：只需用最简洁的语言表述清楚自变量与因变量的关系即可，通常不涉及无关变量。

（二）实验步骤的设计

首先要确立自变量，其中对照实验的自变量必须遵循单一变量原则，如上述例题中单一变量为加入试管中的“清水、鸡蛋清水溶液和肾小球肾炎患者的尿液”这一项，其中清水组和鸡蛋清水溶液组分别为对照组，肾小球肾炎患者的尿液组为实验组，此实验属于对照实验。自变量确定后，该实验分几组也就确定了。

其次要强调无关变量，无关变量可用“适宜且相同”五个字概括，通常包括适宜且相同的实验取材、试剂用量以及环境条件（如反应时间、温度等）三方面，如上述例题中“清水、鸡蛋清水溶液和肾小球肾炎患者的尿液均为2ml;向甲、乙、丙三支试管中分别加入“2ml 0.1g/ml的NaOH溶液，摇匀;再分别滴加3—4滴0.01g/ml的CuSO4溶液，摇匀”等均为无关变量。

最后要提及因变量，如上述例题中“观察并记录液体颜色变化”为因变量。因变量实际上就是“实验结果或实验现象”。因此，实验步骤的解题对策与方法是：首先要确立自变量，其次要强调无关变量，还要提及因变量，三者缺一不可。

（三）实验设计思路的表述

例如：将鸡的新鲜肝脏研磨成匀浆，过滤后得到提取液。取6支试管1和1’（甲组）、2和2’（乙组）、3和3’（丙组）。在1，2，3号试管中分别加入等量的H2O2溶液;1’，2’，3’号试管中分别加入等量的新鲜肝脏研磨匀浆提取液。将甲组、乙组、丙组中的液体分别调整到pH为2，7，12。一段时间后，在常温下分别将1和1’中液体混合均匀，2和2’中液体混合均匀，3和3’中液体混合均匀。观察发现：乙组中气泡的产生速率最快且使带火星的卫生香复燃剧烈，而甲、丙两组几乎无气泡产生且带火星的卫生香不复燃。

以上实验的三种处理pH不一定是肝脏研磨液中H2O2酶促使H2O2分解的最适pH。你怎样设计实验才能确定最适pH？（只要求写出设计思路）

实验设计思路为：“在pH为1和12之间每隔一定pH设置一个实验组，其他实验条件保持一致。以气泡的产生速率及带火星的卫生香复燃程度为指标确定最适pH”。其中“pH为1和12间的pH梯度”为实验的自变量，“气泡的产生速率及带火星的卫生香复燃程度”为实验的因变量，“相同的温度等实验条件、各组试管中分别加入相同且等量的反应液”为实验的无关变量，搞清楚这三个实验变量及关系后，用准确的语言文字加以表述即可。因此，实验设计思路的解题对策与方法是：关键要表述清楚自变量与因变量的关系，提一下无关变量即可。

以上三种类型实验题的设问，在解答时通常不考虑该实验属于验证性还是探究性实验。

（四）实验结果及实验结论

这是验证性实验和探究性实验的最主要区别，是考查学生的生物学核心素养的有效手段，所以是全国各省市历届高考生物实验题中考查频率最高的问题之一，对这两类问题的解题对策与方法，分析归纳如下。

1.验证性实验

由于验证性实验的实验结果已知，实验结论一定，所以只需从题干中找出实验结论，再通过实验结论推出实验结果或实验现象即可。如上述原例题，实验结论就是题干中的“肾小球肾炎患者的尿液中含有蛋白质”，由此可推出实验结果为：加“肾小球肾炎患者的尿液”的试管中，液体遇双缩脲试剂变为紫色。

2.探究性实验

由于结果未知，结论多种，故只有合理分析推理，才能准确作答。例如：某雌雄异株植物，已知高茎对矮茎为显性，控制高茎的基因为A，控制矮茎的基因为a。现有纯合的高茎和矮茎植株若干，请设计实验探究“控制高茎/矮茎的基因A/a，是位于常染色体上还是X染色体上”（要求写出实验设计思路，预测实验结果并得出相应的结论）。

分析推理：从题干不难看出，此实验为探究性实验，且实验结果未知，实验结论只有两种，即控制高茎/矮茎的基因A/a，位于常染色体上和X染色体上。假设控制高茎/矮茎的基因A/a位于常染色体上时，选取纯合的♀矮茎（aa）和♂高茎（AA）亲本杂交，F1全为高茎（Aa）;同理，假设控制高茎/矮茎的基因A/a位于X染色体上时，选取纯合的♀矮茎（XaXa）和♂高茎（XAY）亲本杂交，F1中♀全为高茎（XAXa），♂全为矮茎（XaY）。

错误解答：选取純合的♀矮茎和♂高茎亲本杂交，若控制高茎/矮茎的基因A/a位于常染色体上，则F1全为高茎;若控制高茎/矮茎的基因A/a位于X染色体上，则F1中♀全为高茎，♂全为矮茎。显然该解答将实验结果与实验结论的因果关系搞反了。

准确解答：实验设计思路为“选取纯合的♀矮茎和♂高茎亲本杂交，观察F1植株与茎高矮相关的表现型及比例”。实验结果及相应的结论为“若F1全为高茎，则控制高茎/矮茎的基因A/a位于常染色体上;若F1中♀全为高茎，♂全为矮茎，则控制高茎/矮茎的基因A/a位于X染色体上”。

探究性实验的实验结果及结论的解题对策与方法是：先从实验结论的分析入手，确定共有哪几种实验结论，再根据每种实验结论分别推出相对应的实验结果或实验现象。特别要注意：作答时一定要先写实验结果或实验现象，后写得出的相应实验结论，即按“若xx实验结果，则xx实验结论”的方式书写。

结束语

生物学实验题的考查，最能体现普通高中生物学课程标准（2017版）的基本理念，也能很好地考查学生的科学探究、科学思维等生物学核心素养，是今后高考考查的重中之重，因此，在平时的教学中，应进一步加强对学生实验与探究能力的培养，注重科学思维的训练;在评价方面，要倡导以“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的实验综合评价。要授人以鱼，更要授人以渔！

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准2017年版[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]普通高中教科书：生物学：必修1分子与细胞2019年6月第1版[M].人民教育出版社.

本文系2019年度宁夏哲学社会科学（教育学）规划项目课题“宁夏学科名师工作室建设个案研究”，课题批准号19XNJB09。宁夏第五届基础教育教学课题 “极课大数据在中学生物教学中有效应用的实践研究”，课题批准号JXKT-SW-05-002。

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