高中生物探究实验观察指标的确定原则和策略

［摘 要］生物学是一门基于实验的自然科学，而实验观察能力则是高中生必须具备的学科素养之一。在探究实验中，观察指标的确定和落实是一个非常关键的环节，直接关系到实验能否成功。文章对高中生物探究实验观察指标的定义、分类、确定原则及策略进行了详细的阐述，旨在为一线教师提供有益的参考。

［关键词］探究实验；观察指标；确定原则

［中图分类号］" " G633.91" " " " " " " " ［文献标识码］" " A" " " " " " " " ［文章编号］" " 1674-6058（2024）35-0092-03

高中生物探究实验的一个重要组成部分是实验因素在实验对象身上所产生的效应。这些效应皆由实验者依据各种具体且细化的指标进行观察、测量而得出。为了确保实验者能够对实验过程进行有效的监控和合理的评价，并准确分析实验数据、预测实验趋势、推断实验结论，必须在实验设计中确定并落实最佳的观察指标。

一、观察指标的定义

观察指标是实验设计的要素之一，它可以真实反映实验变量作用于实验对象后所产生的效应大小。观察指标是实验者对实验结果进行评价的一个标准，是在观察现象、提出假设的基础上，依据既有的基础知识和生活经验研判而获得的。换言之，只有通过对观察指标的分析、推测和检验，才能合理推导出探究实验的正确结论。

例如，在探究生物体维持pH稳定的实验中，pH既是这个探究实验的因变量，又是这个探究实验的观察指标。而在探究pH对过氧化氢酶活性的影响的实验中，因变量是过氧化氢酶的活性。由于过氧化氢酶的活性不可以直接观察，但过氧化氢分解得到的氧气的量或燃烧程度可以观察，因此观察指标可设定为氧气的量或燃烧程度。由此可见，对一个探究实验而言，其观察指标要么是这个实验的因变量本身，要么是这个实验的因变量的一种直观体现。

二、观察指标的分类

一般情况下，可以将观察指标分为主观指标和客观指标两类。

（一）主观指标

主观指标是指实验者依据自身感官的主观判断而获取的实验对象所传递的物理信息（如颜色、形状、声音等）或化学信息（如气味等）。例如，在探究叶绿素的合成是否需要光的实验中，观察指标是叶片的颜色变化，并据此判断叶片内是否合成了叶绿素；在葡萄酒酿制成功与否的判断中，观察指标之一为是否散发酒香；在微生物的实验室培养中，观察指标则包括菌落的大小、形状和颜色。

（二）客观指标

客观指标是指实验者通过实验工具或测量仪器进行计量或测量所获得的各种实验数据，这些数据通常包括体积的大小、数量的多少等。例如，在探究胰岛素和生长激素对动物生长的影响的实验中，因变量是动物的生长，而观察指标则是通过实验工具或测量仪器进行计量或测量所获得的动物体长、体重等数据，依据这些数据可以判断实验动物的生长状况。客观指标又可进一步细分为计数指标和计量指标。

1.计数指标

计数指标是指将研究对象产生的效应按照某种属性或类别进行分组的指标。例如，在单克隆抗体的制备中，用96孔板培养和筛选杂交瘤细胞时，可以根据抗体检测是否呈阳性（即分泌的抗体是否与抗原结合），将杂交瘤细胞分为阳性和阴性两组，随后清点统计各组细胞数。又如，在调查某随机人群的血型分布特点时，可以按AB、O、A、B四种血型进行分组，然后统计各组的人数。计数指标的特点就是各组之间有质的不同而无量的差别。

2.计量指标

计量指标是指那些能够在研究对象身上测量出不同程度效应的指标，其测量结果用数量大小来表示。如人的体温、pH值、血糖、血压、红细胞数、心率、肺活量；植株的株高、胸径，插条的根长、根数；种群的密度、出生率、死亡率、迁入率和迁出率；等等。

三、观察指标的确定原则

探究实验结论是基于观察指标的分析和推导而得出的。因此，观察指标的选择将直接影响对实验假设的判断，可以说观察指标的选择是探究实验中最关键的环节。如果观察指标选择不当，即使实验设计周密、操作准确，结果的判断也可能出现错误或偏差。因此，在选择观察指标时，应当遵循关联性、客观性、灵敏性、准确性、可操作性、科学性等原则。

（一）观察指标的关联性

关联性要求所选择的观察指标必须与探究实验有本质的内在联系，并能准确反映实验因素在实验对象上的效应。这是选择观察指标的首要条件。有些指标的关联性比较容易确定，如在研究某种激素对动物生长发育的影响时，激素处理前后实验动物的体长和体重就是关联性较强的指标。而有些指标的关联性则不那么明显，如在探究DNA分子的复制方式时，观察指标是离心带的位置和数量，而非学生常误以为的放射性强度。又如在用放射性同位素示踪法探究T2噬菌体的遗传物质时，观察指标应该是宿主细胞裂解后释放出来的子代病毒的放射性，而非搅拌离心后得到的上清液和沉淀物的放射性。

（二）观察指标的客观性

客观性是选择观察指标时应遵循的另一个重要原则。探究实验的观察指标分为主观指标与客观指标。客观指标是指能客观记录、不易受主观因素影响的指标，如体长、体重、血压、血糖、血脂、株高、萌发率、酸碱度、渗透压、表现型比例等。主观指标则是通过探究者主体感官获取的颜色、形状、硬度、粗糙度、气味和声音等特性。在探究实验中，应尽可能选择客观指标，尽量避免模糊、不确定的指标。即使选择客观指标，也有可能遇到判断主观性的问题，如DNA的X射线衍射图谱和电泳图谱虽然是客观的，但判断时可能存在主观性。对于这种情况，必须制订明确的判断标准。

（三）观察指标的灵敏性

观察指标的灵敏性是指实验方法能够检测到的指标的最低水平，这是影响实验效应的一个重要因素。灵敏性高的指标能够准确地反映出研究对象出现的微量效应变化。观察指标灵敏性的提高主要依靠检测方法和仪器的改进。例如，电子显微镜的发明能帮助我们观察到细胞的微细结构；放射性同位素示踪法能帮助我们追踪原子的转移途径；差速离心法能帮助我们分离不同大小的细胞器；密度梯度离心技术则能帮助我们确定DNA的半保留复制方式。

（四）观察指标的准确性

观察指标的准确性是指测定结果与真实结果（真值）的符合程度和接近程度。测定结果越接近真值，准确性就越高。为了提高观察指标的准确性，可用已知的标准样本对测量仪器进行检验和校正，而对于一种新的测定方法，也需要通过将其测得值与已掌握的真值进行比较来判定其准确性。此外，多次重复观察测量并取平均值也是减少实验误差，提高指标准确性的有效方法。需要注意的是，预实验虽然有助于优化实验设计和流程，但并不能减少实验误差或提高观察指标的准确性。

（五）观察指标的可操作性

在高中生物探究实验中，观察指标的可操作性是指将抽象的实验因变量转化为可观察、可测量、可操作的指标特征，以便从具体的行为、特征、指标上对实验进行描述和操作。‌观察指标的可操作性是确保实验结果准确性和可重复性的关键。在选择实验观察指标时，应确保所选指标符合实验步骤和实验要求，且易于进行检测和测量操作。如果检测和测量步骤复杂烦琐，就会降低实验目标的达成率，不利于实验的顺利完成。例如，在探究植物叶片粗大变异是基因突变还是染色体变异（多倍体）的结果时，最简单、最具操作性的方法就是切取叶片制成装片，并观察有丝分裂中期的染色体数目来判断变异来源。如果选择其他观察指标，不仅会增加实验难度，还会降低可操作性。

（六）观察指标的科学性

科学性原则要求选择的观察指标必须是准确的、符合科学原理的，不受实验者个人主观意志的影响，且应能准确反映并达到预期的实验目标。例如，在探究植物细胞的吸水和失水的实验中，不能选择细胞壁的位置变化作为观察指标，因为细胞壁的伸缩性很小，难以通过观察其位置变化来判断是否发生质壁分离；在观察根尖分生组织细胞有丝分裂的实验中，不能以纺锤丝牵引的染色体运动作为观察指标，因为解离之后的细胞已经死亡，无法产生纺锤丝牵引的染色体运动；在探究作物对同一种营养液（以硝酸铵为唯一氮源）中的NH[+4]和NO[-3]的吸收偏好性时，不能简单地以植物的长势作为观察指标，因为植物长势与吸收NH[+4]和NO[-3]的多少（即偏好性）之间的内在联系尚不明确，而应以植物水培后营养液中NH[+4]和NO[-3]的剩余量作为观察指标；在用放射性同位素标记的氨基酸来探究分泌蛋白合成、加工、运输和分泌的途径时，如果仅以放射性强度作为观察指标，则只能判断分泌蛋白的合成量和分泌量，而无法推测其具体的合成、加工、运输和分泌的途径，因此科学的观察指标应该是放射性出现的部位。

综上所述，要想准确选择实验观察指标，就必须充分考虑关联性、客观性、灵敏性、准确性、可操作性和科学性这六个方面，以确保实验的准确性与可靠性。此外，实验者在选择实验观察指标时，还需根据实际实验情况，灵活调节观察指标的参数选择。不同的实验，观察指标往往不同，因此在探究实验的实际操作过程中，实验者务必根据具体的实验要求和需要，选择能够准确反映实验内容的实验观察指标。

四、观察指标的确定策略

从某种意义上说，高中生物探究实验的核心任务就是解决“怎么干”和“看什么”的问题。如果说抓住自变量落实分组对照是解决“怎么干”的问题，那么抓住因变量落实观察指标就是解决“看什么”的问题。确定观察指标的具体策略有以下两种。

（一）抓住因变量落实观察指标

观察指标通常是探究实验的因变量本身，或者是因变量的一种直观体现。因变量是随着自变量的变化而直接发生变化的量，因此抓住探究实验的因变量是确定观察指标的关键环节。例如，在探究胰岛素对血糖的影响的实验中，胰岛素是自变量，血糖是因变量。通常情况下，可以直接将血糖作为该实验的观察指标（客观指标）。然而，在某些情况下，需要选择实验动物注射胰岛素前后的症状（主观指标）作为观察指标来验证胰岛素的降血糖效果。又如，在探究某药物对细胞癌变的影响的实验中，自变量是有无某药物，因变量是细胞的癌变情况。由于细胞的癌变情况难以直接观察，因此需要将因变量的直观表现方式（如细胞数量和形态结构的变化）作为观察指标。再如，在探究植物细胞的吸水和失水的实验中，因变量是细胞的失水和吸水情况。由于细胞的吸水和失水情况无法直接观察，需要将因变量的直观表现方式（如原生质体的体积变化）作为观察指标。

（二）依据实验类型细化观察指标

根据实验结果的性质，可以把探究实验分为定性实验和定量实验。定性实验是测定研究对象是否具有某种性质、某种成分，以及这些成分之间的联系方式、结构和规律性的一种实验方法。定量实验是指为了获取实验对象在数量方面的参数而进行的实验。实验结果具有确定的数值和量值，可以与已有的参数和量值进行比较，从而得出相应的结论。简言之，定量实验主要研究的是实验对象的性质、成分和影响因素之间的数量关系。测量是定量实验的重要手段和方法。

1.定性实验观察指标的确定

定性实验从性质上对实验对象进行判别，通常通过选择、判断的形式来回答“是不是”“有没有”“对不对”和“要不要”等问题。定性实验是定量实验的基础。一个能够反映定性实验自变量与因变量之间内在联系的指标，可以作为这个定性实验的观察指标。

2.定量实验观察指标的确定

在定量实验中，观察指标必须能够体现数量或数值的变化，即必须是客观、可量化的指标。这些指标能够准确地反映自变量与因变量之间的数量关系，为实验结论的得出提供有力支持。

［" "参" "考" "文" "献" "］

[1]" 戴舒玥.如何确定探究实验的观测指标[J].生物学教学，2016，41（12）：58-59.

（责任编辑" " 罗" " 艳）