解决高中生物实验设计类题型的一般方法

蔡炜

摘    要： 对于高中学习生物的学生来说，从掌握一些基本的实验方法，到学习实验设计的思路，最终形成科学严谨的科学实验思想，能力要求不断提升，这一点在近年来的高考中得到充分体现。由于大部分学生缺乏实验设计的有关理论知识，遇到这类题型，就会感到茫然，无所适从。

关键词： 高中生物    实验设计方案    一般方法

生物作为一门自然科学，在其发展过程中，科学家们是通过不断实验探究而一步步接近并掌握事实真相的。纵观生物科学发展史，每一次重大的发现中，实验都是获取真理的至关重要的手段。因此，在课程改革不断深入的今天，在高中生物教材中最大的变化是不再单纯地铺叙前人总结发现的结论，而是更侧重介绍他们科学的实验方法和探究历程，由此不难发现，科学发展史是实验方法和技术不断进步的发展史。

而对于高中学习生物的学生来说，从掌握一些基本的实验方法，到学习实验设计的思路，最终形成科学严谨的实验思想，能力要求不断提升，这一点在近年的高考中得到充分体现。尤其是“实验设计题”由于能较全面地考查学生的实验知识和基本技能、分析问题和解决问题的能力及创造能力，因此成为高考生物中的的“压轴题目”。但由于大部分学生缺乏实验设计的有关理论知识，遇到这类题型，就会感到茫然，无所适从。因为毕竟所谓实验要亲身体验，而不是纸上谈兵，可惜现阶段学生学习时间紧张，很难有充裕的时间参与其中，且一个人的探究能力与其从小所受教育方式和个人成长经历，思考方式均有关系，故本文仅从实验设计原则和一般的思路方法角度，对高考中出现的实验设计类题型作出一些归纳和总结，找到解题思路，并规范答题。

一、对实验理论的理解

“实验，指的是科学研究的基本方法之一。根据科学研究的目的，尽可能地排除外界的影响，突出主要因素并利用一些专门的仪器设备，而人为地变革、控制或模拟研究对象，使某一些事物（或过程）发生或再现，从而去认识自然现象、自然性质、自然规律”。由此我们不难看出一个实验是有很强的目的性的，突出主要因素，排除无关因素，并最终发现规律，得出结论的一个过程，这点理解对设计实验至关重要。

具体来说一个比较完整的实验设计方案，一般包括以下内容：实验题目、实验目的、实验原理、实验材料、实验用具、实验假设、实验预期、设计实验步骤、观察和收集数据、分析、推论、交流等。因此在设计一个实验时，要综合考虑以上几点，并遵循以下原则。

二、实验设计的基本原则

在生物实验设计中，第一要遵循科学性原则，即明确生物实验目的、使用正确的实验原理，选择科学的实验材料及实验方法，实验方案要符合生物学科的基本原理。一般设计实验是建立在观察到的一些客观世界的现象的基础上进行的，利用一些已知的知识储备探究未知或验证推论的过程。

第二是可行性，设计的实验要人为操控并付诸实施。

第三是严谨性，这一点是很多学生在答题时容易疏漏的地方，即设计实验应该尽量没有漏洞，保持实验的准确性。

第四是简便性，材料的选取，实验操作在满足实验的科学性和严谨性的前提下，要尽可能地简便，缩短时间，提高效率。

第五是可重复性，即实验结果不应该是偶然的，应该可以多次重复体现。

第六是随机性，主要体现在取样上要排除主观影响，尽量随机取材，保证实验的精确性，减少实验误差。

第七是实验条件前后要保持一致性，即在实验过程中，除主控因素外，不应随意变换条件。

第八是单一变量性，在高中生物課本中提到三个变量，“自变量”、“因变量”和“无关变量”，所谓单一变量指的是人为操控的变量即“自变量”，在一次实验中可以涉及多个“自变量”。这通常是为了探究更多问题，但是在实验中，一个自变量的变化只能对应观测它所引起的因变量变化。控制自变量，观察因变量是实验过程中获取结论的主要过程。需要注意的是自变量应紧扣实验题目与目的，如“探究光照强度对光合作用的影响”这个实验题目中，自变量应该是“光照强度”，而“光质”和“光照时间”则为无关变量，应该排除，答题时应该注意，不应笼统地说“光照”，遵循严谨性原则。

第九要设置对照组，以对照得出结论并排除无关变量带来的未知的影响。一般高中生物中涉及的有空白对照，条件对照，以及自身对照（实验前后个体自身对照，如切除法探究甲状腺激素对大鼠代谢的影响实验），等等，无论哪种对照，都不改变实验涉及的自变量。而是通过对照组和实验组的比对，获取结论。需要注意的是，对比实验和对照实验的区别，对比试验没有对照组，而是通过各实验组之间的比较得出结论，如“探究生长素促进扦插生根的最适浓度”这一实验中各组均为实验组，是对比实验;而“探究生长素对植物生根的影响”则要设置空白对照组，是对照实验，两个实验探究的问题是不同的。

三、设计实验流程

在掌握以上原则以后应用到具体的实验设计中，设计实验的思路简单如下：

首先要确定实验的目的，并确定实验的标题，实验目的是整个实验的中心思想，所有的实验设计都要围绕它进行，而实验的题目是因实验目的而确定的，无论是观察类提取类实验，还是验证性探究性实验，都要在实验的标题中得到体现，如“观察叶绿体和线粒体的分布”、“提取和分离绿叶中的色素”和“探究酵母菌的呼吸方式”等。从题目可以看出实验目的，并且最终结论要体现出这一目的的实现情况，进而做好记录，分析讨论，总结。

其次，明确实验中涉及的各种变量，并根据实验原理，确定变量关系，即自变量，因变量和无关变量的分布。如“探究酵母菌的呼吸方式”这一实验中，呼吸方式即有氧和无氧呼吸，这是原理，那么氧气就是我们要控制的自变量，而这一变量变化带来的结果是产物的不同，这就是因变量，要注意因变量不是唯一的，如酒精的有无，二氧化碳的产量，这都是因变量。而与之无关的其他会影响实验的因素，则是无关变量，如温度、光照与葡萄糖溶液的浓度等，则必须设法排除干扰，保持实验组和对照组的一致。

然后就是根据以上分析，具体设计出实验步骤，这是大部分学生最为头疼的部分，其实只要很好地完成前两步，接下来就可以遵从前面所说基本的实验原则，将实验步骤写出来。如一个对照实验，可以按以下步骤设计。

第一步，遵从随机性原则取材，并分组，排除无关变量的影响，如“选取大小长势相同的叶片若干，分为A，B，C三组”，设置好实验组和对照组并进行编号。在语言描述时要注意规范文字，不要用口头语，而应用科学准确的实验用语，保证实验的严谨性，尽量不要用模棱两可的语言。

第二步，对实验组和对照组做不同处理，突出实验组中自变量的变化，这一步仍要注意排除无关变量的影响，如加入液体引起体积的变化、发生反应引起温度的变化等。在对操作的描述过程中，用语要简洁准确，避免画蛇添足，并根据已知的实验原理，合理控制实验时间等条件。

第三步，观察和记录实验现象，即因变量的不同变化。

第四步，分析实验结果，找出因变量变化与自变量改变之间的关系，得出结论。

四、对实验结果的预测

在確定了实验目的，设计了实验步骤之后，要对实验过程进行预测，这是近年来经常考查学生的内容。在预测实验结果时，简单说就是一定要“点题”。我们的预测结果一定要体现出实验的标题和目的，并规范用语，注意实验中控制的条件范围等，如“探究生长素对植物生根的影响”这一实验中，我们使用的生长素是什么样的浓度范围之间的，要在结论和预测中体现出来，如“在一定浓度范围内，生长素对植物的生根有促进作用”。如果是验证类实验，则结论中应该体现出所验证理论的准确性。同时在实验结果预测或结论中，要注意各种可能性分析全面，如在“促进”“抑制”的同时，不应忽略“既不促进，又不抑制”这一种结果等。

以上几点，是设计实验的一般原则和思路，在具体设计实验或是解决实验类问题时，还需要具体问题、具体分析和具体处理。实验科学是一门剖析自然规律的科学，其本身是一门科学，相信通过高中生物教材实验的学习和实验设计类试题的训练，激发学生获取知识的兴趣，完善严谨科学的思维，不再局限于从书本上获取现成的理论，而是自己发现问题，并具备解决问题的能力，这是新的课程改革所希望实现的目标之一，本文只就应试作答稍作总结，具体问题还要将理论应用于实际，适当训练，摸清规律，从而形成成熟的解题思路。

参考文献：

[1]史华波.高中生物实验设计的原则和方法.

[2]陈清霞.例析高中生物实验设计的解题方法.