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摘要:實(shí)驗(yàn)不僅意味著某種精確的操作,更能表現(xiàn)一種思維方式。探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本身就是一項(xiàng)小型的科學(xué)研究活動(dòng),它有一定的原則和一般規(guī)律可循,使學(xué)生熟練掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾緩街?。本文?jiǎn)要介紹生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞:生物學(xué)實(shí)驗(yàn);環(huán)節(jié);設(shè)計(jì)方法

縱觀近幾年高考生物學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),高考對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊?已經(jīng)從過(guò)去僅僅強(qiáng)調(diào)對(duì)步驟和結(jié)果的簡(jiǎn)單考查,轉(zhuǎn)變到了更加注重對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)思想的考查。這告訴我們,實(shí)驗(yàn)不僅意味著某種精確的操作,更能表現(xiàn)一種思維方式。探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本身就是一項(xiàng)小型的科學(xué)研究活動(dòng),它有一定的原則和一般規(guī)律可循,使學(xué)生熟練掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾緩街?。本文?jiǎn)要介紹生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)要求學(xué)生在明確實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)原理和目的的前提下,遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則:即“操作簡(jiǎn)單方便、程序科學(xué)合理、材料藥品易得、據(jù)現(xiàn)象推結(jié)論”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。可分以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

1.提出理論假設(shè)。根據(jù)題目要求,確定實(shí)驗(yàn)的條件即實(shí)驗(yàn)變量A,實(shí)驗(yàn)中要注意控制“變量”。一般一個(gè)實(shí)驗(yàn)只能確定一個(gè)變量,即唯一一個(gè)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能產(chǎn)生影響的變量,在此基礎(chǔ)上提出理論假設(shè),它常常可以描述為:“當(dāng)條件A存在時(shí),事件B(實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)可能發(fā)生;當(dāng)條件A改變時(shí),若事件B發(fā)生,能得出何結(jié)論;若事件B不發(fā)生,又能得出何結(jié)論”。

2.設(shè)計(jì)探究性假設(shè)。此環(huán)節(jié)可分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行。(1)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備,包括必要的實(shí)驗(yàn)器材及實(shí)驗(yàn)藥品實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備。(2)滿足條件A設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),觀察事件B(實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)能否發(fā)生。(3)改變條件A設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),觀察事件B(實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)能否發(fā)生,發(fā)生程度如何。(4)設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。一個(gè)實(shí)驗(yàn)通常分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組(控制組)。實(shí)驗(yàn)組是施加實(shí)驗(yàn)變量處理的被試組;對(duì)照組是不施加實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組,兩者對(duì)無(wú)關(guān)變量的影響是相等的,兩組之間的差別,被認(rèn)為是來(lái)自實(shí)驗(yàn)變量的結(jié)果,如2005年春季高考3題中為研究光對(duì)幼苗生長(zhǎng)的影響時(shí)實(shí)驗(yàn)變量應(yīng)為撤掉光照,因而暗處生長(zhǎng)的小麥幼苗應(yīng)為實(shí)驗(yàn)組,而自然狀態(tài)(即來(lái)接受實(shí)驗(yàn)變量處理)的小麥幼苗應(yīng)為對(duì)照組,通過(guò)對(duì)照組能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的信度。按照對(duì)照方式的不同可分為4種:

空白對(duì)照:即不給對(duì)照組任何處理因素的對(duì)照組。例如,在還原糖鑒定實(shí)驗(yàn)中留一部分樣液不加入斐林試劑,以作對(duì)照。

相互對(duì)照:即不設(shè)控制組,只在幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組之間相互對(duì)比。例如,在植物激素與向性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中,5個(gè)實(shí)驗(yàn)組的相互比較。在實(shí)驗(yàn)中要找出一個(gè)最佳效果點(diǎn),就要采取相互對(duì)照進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。條件對(duì)照:即雖然給對(duì)照組施以部分實(shí)驗(yàn)因素,但不是所要研究的實(shí)驗(yàn)因素的對(duì)照。例如,動(dòng)物激素飼喂小動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)方案中:飼喂甲狀腺激素的為實(shí)驗(yàn)組;飼喂甲狀腺抑制劑的是條件對(duì)照組;不飼喂藥劑的是空白對(duì)照組。

自身對(duì)照:即對(duì)照和實(shí)驗(yàn)都在同一研究對(duì)象上進(jìn)行。例如,將過(guò)氧化氫酶加入過(guò)氧化氫溶液中證明酶是生物催化劑可催化過(guò)氧化氫水解,即自身對(duì)照,處理前的對(duì)象狀況為對(duì)照組,處理后的對(duì)象變化為實(shí)驗(yàn)組。

再如:在探究溫度(或pH)對(duì)酶催化活性影響實(shí)驗(yàn)中溫度(或pH)(0度、50度,100度)為條件對(duì)照。清水(軟水)、河水(硬水)對(duì)加酶洗衣粉影響中,清水(軟水)、河水(硬水)為相互對(duì)照。用缺素營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)的出現(xiàn)缺素癥狀的植株加入某元素后恢復(fù)正常為自身對(duì)照。

另外,在設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí),一定要體現(xiàn)等量性原則:即一定要使反應(yīng)條件相同,參加反應(yīng)物質(zhì)的量相等。

在理科綜合能力測(cè)試中,受時(shí)間和卷面的限制,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力考查無(wú)法面面俱到,或者是考查實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)、續(xù)寫(xiě)或修改,或者只是考查實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論,或者是實(shí)驗(yàn)裝置的檢驗(yàn)或改進(jìn)等等。了解一份完整的實(shí)驗(yàn)方案的要求和所涉及的內(nèi)容,掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和方法,在理科綜合能力測(cè)試的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰疾橹芯湍軌蛴袚?jù)可依,有法可循,總體考慮,綜合分析,達(dá)到事半功倍的效果。

“授人以魚(yú),只供一飯之需,授人以漁,則終身受用無(wú)窮?！弊钪匾闹R(shí)是方法的知識(shí)。因此,在學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握方法對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)至關(guān)重要,教學(xué)中我們要針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行學(xué)法指導(dǎo),力求學(xué)生形成行之有效的學(xué)習(xí)方法。但要真正達(dá)到融會(huì)貫通,僅僅按照某種方法處理問(wèn)題還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。對(duì)于掌握生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法最為重要的是:深刻理解科學(xué)的本質(zhì)——探索真理和發(fā)現(xiàn)真理。只有當(dāng)理解了知識(shí)的本質(zhì)特征以后,才能將注意力從記憶轉(zhuǎn)移到思考和創(chuàng)造上來(lái),才能將設(shè)計(jì)和運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)和探索真理作為自己學(xué)習(xí)的目的和習(xí)慣。到那時(shí),有關(guān)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難題才會(huì)迎刃而解。