生物實（shí）驗設計與評價

蜜疯直播（shòu）一中生物組 劉曉玲

生物科學是一門實驗科學，因此生物實驗一直是生物學高考必出的內容。從近幾年的（de）實驗題在高考（kǎo）中的題型變化來看，借助實驗（yàn）方法創設新情境，側重考查學生對（duì）實驗進行解釋和分析的能力已成為命題趨向，其中設計型實驗題更是熱點。

    所（suǒ）謂（wèi）實（shí）驗（yàn）設計（jì），就是要求學生設計實驗原理，選擇實驗器材，安排實驗步驟，設計數據處理的方法及分析實驗的現象（xiàng）。它（tā）包括設（shè）計實驗方案、設計實驗步驟、設計實驗改進方法等（děng）。

    實驗設計，主要考查（chá）學生是否理解實驗原理，是否（fǒu）具有靈活運用實驗知識的能力，是（shì）否具有在不同情境下遷移知識的（de）能力。

    一、實驗設計的四個原則

    1.對照性原則：

    在實驗設計中，通常設置對照（zhào）組，通過（guò）幹預或控製（zhì）研究對（duì）象以（yǐ）消除或減少實驗誤（wù）差，鑒別實驗中的處理因素同非處理因素的差異。

    實驗設計中可采用的對照方（fāng）法很多，除了有陽性對照、標準對（duì）照、自身對照、相互對照之外（wài），通（tōng）常采用空白對照的原則：即不給對（duì）照組以任何處理因素。值得強調的是，不給對照組任（rèn）何處理因素是相對實驗組（zǔ）而言的（de），實際上對對照組還是要做一定的處理，隻是不加實驗組的處理因素。

    2.隨機性原則：

    實驗設計中的隨機化原則，是（shì）指被研究的樣本是（shì）從總體中任意抽取的。這樣（yàng）做的意義在於：一是（shì）可以消除或減少係統誤差，使顯（xiǎn）著性測驗有（yǒu）意義；二是平衡各種條件，避免實驗結果中的偏（piān）差。

    3.平（píng）行重複原則：

    平行重複原則，即控製某種因素的變化幅度，在同樣（yàng）條件下重複實驗，觀察其對實（shí）驗結果影響的程度（dù）。任何實驗都必須能夠重複，這是具有科學性的標誌。上述隨機性原則雖（suī）然（rán）要求隨機抽取樣（yàng）本，這能夠在相當大的程度上（shàng）抵消非處理（lǐ）因素所造成的偏差，但不能（néng）消除（chú）它的全部影響（xiǎng）。平行重複的原則就是為解決這（zhè）個問題而提出的。

    4.單（dān）因子變量原則：

    單因子變量原則，即控（kòng）製其他因素（sù）不變，隻改變其中某一變量，觀察其對實驗結果的影響（xiǎng）。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要求做到前後一致。

    二、實驗設計的基本方法

   1.了解題目要求：

    解題首先要明確題意，隻有明確題意才能方向明確，少走彎路。看清（qīng）題意是要求設計實驗（yàn）方案、步驟還是分（fèn）析實驗結果。

    2.明確實驗目的原理：

    明（míng）確實驗到底要解決什（shí）麽問題，要用到生物（wù）學上（shàng）什麽原（yuán）理。

    3.確定實驗思（sī）路：

    就是根據原理對實驗作（zuò）出假設，並對可能產生的現象作出預期（qī），並充分利（lì）用實驗材料設計實驗思（sī）路。

    4.設計實（shí）驗步驟：

    根據上述（shù）實驗目的、原理和（hé）思路，設計出合理的實驗裝置和實驗操作（zuò）步驟。要思考題（tí）目中所給出的實驗材料和試劑分別起（qǐ）什（shí）麽作用（yòng）？怎樣運用？要注意：一（yī）是題目中給出的實（shí）驗試劑和（hé）材料（liào）一般（bān）應充分利用；二是（shì）除（chú）非題（tí）目條件允許，否則不能自（zì）己隨意增（zēng）加（jiā）實驗試劑和材料。由（yóu）於實驗設計是一種開放（fàng）性試題，可能存在多種實驗步驟，但一般應（yīng）遵循以下幾個要（yào）求：簡便性、可（kě）行性、安全性和（hé）精確性。

    5.記錄實驗現象和數據：

    在（zài）實驗中將觀（guān）察到的（de）現象如實、準確地記錄下來。除（chú）了用文（wén）字進行記錄外，還可以用數據或符（fú）號進行記錄。

    6.分析（xī）得出結論：

    根據實驗觀察的現象和記（jì）錄的數據，通過分析（xī）、計算、圖表、推理等處理，歸（guī）納出一般概括性（xìng）判斷，並用文字、圖表、繪圖等方（fāng）法（fǎ）作一個簡明的總結。

    以上隻是解答一般綜合（hé）實驗設計（jì）題（tí）的一般思考方法。在解題過程中，應根據實驗設計題（tí）的具體情況和要求，作（zuò）出正確的回答。

    三、實驗設計題型類析

    1.設計（jì）實驗方案：

    題目給出實驗（yàn）目的及一些附加條件（jiàn），讓學（xué）生設（shè）計實驗方案，寫出實驗原理，解答這類題首先要根據題目的要求和給出（chū）的條件，確定和書本相關的知識點及實驗原理，構思相關的生物情境，然後再設計便於操作的實驗方案（àn）。

    例1　設計一個於室外（wài）空曠處進行的，在不用任何藥劑（jì）、裝（zhuāng）置合乎（hū）觸及幼苗的（de）情況下，使幼嫩植株長成如圖示形態的實（shí）驗方案，並說明實驗原理。

    (1)實驗方案

    (2)實驗設計原理（lǐ）

    解析（xī）：這是來源於生活中的習題，可采用的方法很多，如利用向光性生長等，但題（tí）目作了許多限製（zhì），因此根（gēn）據生活常（cháng）識可設計為將正常生（shēng）長的植株花盆側放在地上，待其彎向上方生長後，再擺正花盆。其原理為（wéi）利用莖的（de）背地性生長的特性。

    2.設計實驗步驟：

    根據題目要求給定的器材以及實驗提出的目的，設計或補全實驗步驟（zhòu）。這類題目體現了高考試題理論聯係（xì）實際的原則和學以致（zhì）用的趨（qū）向。要求教學中要強化實驗，培養學生“根據實驗試題的要求和有關原理設（shè）計出簡單實驗方法”的能力，以及“通（tōng）過分析和綜合、比較和論證，選擇解決問題（tí）的最佳方案的評價（jià）能力（lì）”。

    例2　現提供新鮮柑桔60個，塑料桶(籃)數個，鬆（sōng）樹針葉適量，蒸餾水、清水、無色透明保鮮袋若幹，醫用APC(保（bǎo）鮮劑)、溫濕（shī）計、台式天平、量筒、空調機等。請你設計一個實驗方案，在室溫24℃的條件下，研究（jiū）鬆樹針葉（yè）是否有保鮮作用。

    解析：

    (1)將柑（gān）桔分成甲、乙、丙三等份，稱好每（měi）份的（de）重量。

    (2)分組（zǔ）處理。

    甲組：不經任何處理，用一塑料桶(籃)把一份（fèn）柑桔裝（zhuāng）好，放在室內桌架上。、

    乙組：在一塑料桶(籃)底鋪（pù）上適量的鬆樹針葉，放上一層柑桔（jú）再鋪上（shàng）一層針葉，如此重複直至把一份柑桔放完，上麵再用鬆（sōng）針（zhēn）葉覆蓋好，放室內保存。

    丙組：用適（shì）量醫用（yòng）APC(保鮮劑)溶解於蒸（zhēng）餾水配成一定濃（nóng）度的溶液，把一份（fèn）柑桔放入浸泡適（shì）當的（de）時間。取出後晾幹水分，用保鮮袋包裝好放（fàng）塑料桶(籃)中保存。

    (3)觀察與記錄。利用空調機將室溫調（diào）節為24℃，定時觀察各組出現斑點和（hé）軟腐（fǔ）的情況，做（zuò）好詳細的（de）記錄（lù）。試（shì）驗進行到柑（gān）桔完全（quán）失去食用價值時結束。

    (4)實驗結果分析（xī）。在三組處理中，隻要乙組（zǔ）的柑（gān）桔保（bǎo）鮮期優勝於甲組，說明鬆樹針葉（yè）有保鮮作用，而乙組的保鮮期接近、相等或優於丙組，則說明鬆（sōng）樹針葉有良好的保鮮作用。

    3.設計實驗改進方法：

    此類試題主（zhǔ）要考（kǎo）查（chá）學生對（duì）實驗設計的（de）嚴（yán）密性和科（kē）學性，並以此為媒介，引導解決問題的最佳方（fāng）法，進一步培養學生的科學素質和科學能力。

    例3　引（yǐn）起50%左右細胞發生初始質壁（bì）分離的濃度，我（wǒ）們稱之為細胞液的等滲濃度。為了測定洋蔥表（biǎo）皮細胞的（de）等滲濃度，有人把剪成小塊的洋蔥表皮細胞分別(等量)依次放入（rù）下麵各組溶液中，並記錄結（jié）果如（rú）表（１）：

    (1)該洋蔥表皮細胞的等滲濃度為多少？

    (2)如果再給你4組實驗材料，請設計出可以更精確地測出（chū）細胞等滲濃度的方法。

    解析：這類試題並不單純以實驗能力為考查目的，而是以實驗（yàn）作為問題情境（jìng），考查（chá）學生的綜合分析能力。根據題設條件可知該（gāi）洋蔥表皮細胞的等滲濃（nóng）度為0.5-0.6mol/L之間。如何設計一個更加精確的測定方法，從題中的設計思路（lù）推知（zhī），可采（cǎi）用縮小各組蔗糖溶液的濃度梯度加以測定。因此可分（fèn）別配置濃度（dù）為0.52mol/L、0.54mol/L、0.56mol/L、0.58mol/L的4組蔗糖溶液進行類似實驗。或先配置濃度為0.55mol/L的蔗糖溶液進行實驗，如果發生初始質壁分離的超（chāo）過50%，則再配置0.53mol/L的蔗糖溶（róng）液，如果沒有達到（dào）50%，則（zé）再配置0.58mol/L的蔗糖溶液。依次類推，先後進行（háng）4次實驗（yàn）。

    4.綜合實驗設計型：

    這類試題完全為開放性試題（tí），其條件、方法和方案均具有不確定性。要求根據題型要求自行設計。

    例4　某地種、養殖品種及生產的（de）某（mǒu）些因素如表（２）。請依生態學原理，選擇種（zhǒng）、養殖生物各兩種，設計（jì）一個良性循環的生態係統(以物質循環示意圖方式展示，如有必要請做簡要（yào）說明)。

    解析：本題（tí）要求學生運用生態學知識，根據生態平衡原理，設計一個良性循環的生態（tài）係統，其條件、方法和（hé）方案具（jù）有不確定性。其要點是做到投入少、產量高，要有效避免或減輕環（huán）境汙（wū）染，要以生物能轉（zhuǎn）化的廢棄物循環利用為基準點。根據題設要求，種（zhǒng）植和（hé）養殖可隨意選取兩種，同時（shí）可（kě）考慮設置沼氣池將秸（jiē）稈和糞便入沼氣池發酵產生沼氣，供家庭生活使用。沼渣供植物作肥料，植物草（cǎo）莖可作為養殖（zhí）動物的飼料。施肥要求用農家肥，防止環境汙染不用化肥。同（tóng）樣為避（bì）免環境（jìng）汙染，治理蟲害不用農藥，而采取生物防治方法，甚至可采用轉基因技術，將（jiāng）抗蟲基因導入農（nóng）作物體內，從而具備抗蟲功（gōng）能。