毛洪文

摘 要 從分析學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膯?wèn)題出發(fā)，分析說(shuō)明了產(chǎn)生問(wèn)題的根源在于學(xué)生缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的正確分析。由此提出了通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)變量，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解決方法和過(guò)程；通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)變量，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)對(duì)照組和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的一般方法步驟；并總結(jié)提煉出規(guī)范的生物實(shí)驗(yàn)用語(yǔ)。從而有效解決突破學(xué)生生物實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πl(fā)展的瓶頸。

關(guān)鍵詞 教案 學(xué)案 導(dǎo)學(xué)案

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B

隨著高中新課程改革的推進(jìn)，學(xué)校生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)備在不斷的改善，生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)也基本解決了過(guò)去停留于黑板上的現(xiàn)狀，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的能力有了一定程度的提高。然而大量的事實(shí)表明，盡管必、選修實(shí)驗(yàn)各學(xué)校都在正常開(kāi)設(shè)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰θ匀缓艿?。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往走過(guò)程似的，按照書(shū)本上驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容亦步亦趨去操作；抑或是探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只要在網(wǎng)上一搜基本都可找到相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟，稍加改動(dòng)就成探究性實(shí)驗(yàn)方案。這是現(xiàn)階段學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些基本現(xiàn)狀。

長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生雖然都做了教科書(shū)上的必、選修實(shí)驗(yàn)，但由于缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)真分析、尤其是實(shí)驗(yàn)自變量和因變量的分析，學(xué)生仍然不能很好地理解和分析實(shí)驗(yàn)，不能正確設(shè)計(jì)有多組對(duì)照存在的生物實(shí)驗(yàn)，不能正確了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果或結(jié)論，也難以設(shè)計(jì)出比較完整的實(shí)驗(yàn)方案。

1 學(xué)生在實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ι系膯?wèn)題，究其根源在于缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的分析

學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ι系膯?wèn)題主要有以下四個(gè)方面：

（1） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路不清晰，表現(xiàn)為不能正確理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法和操作步驟。

（2） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力差，表現(xiàn)為不能準(zhǔn)確確認(rèn)變量、作出假設(shè)和設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案、搜集處理數(shù)據(jù)，并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。

（3） 實(shí)驗(yàn)分析能力差，具體為對(duì)方案不能做出恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)、修訂和簡(jiǎn)單延伸；實(shí)驗(yàn)方法的選擇和運(yùn)用上不能正確運(yùn)用觀察、調(diào)查、實(shí)驗(yàn)、假說(shuō)—演繹、建立模型與系統(tǒng)分析等科學(xué)研究方法；

（4） 生物實(shí)驗(yàn)語(yǔ)言（概念、原理和方法表述）不規(guī)范、不簡(jiǎn)捷和不準(zhǔn)確。

以上四個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵，是學(xué)生不能很好地找出實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量的種類(lèi)并分析自變量對(duì)因變量的影響關(guān)系。

事實(shí)上，在對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的分析中，只要找對(duì)實(shí)驗(yàn)變量中有多少個(gè)是自變量，多少個(gè)是因變量并分析出每一自變量對(duì)每一因變量的影響結(jié)果，就能設(shè)計(jì)出相應(yīng)的對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，就能預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和結(jié)論，也就能了解實(shí)驗(yàn)的真正目的，正確寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)的方案，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果作出比較正確的解釋、分析和推理，并能采用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄋ鸭瘜?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

因此，歸根結(jié)底在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，真正制約學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πl(fā)展的根源在于學(xué)生能否正確分析實(shí)驗(yàn)的變量。

2 分析實(shí)驗(yàn)變量，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟㈩A(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

【例1】 （2011·海南）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，把培養(yǎng)在完全營(yíng)養(yǎng)液中、生長(zhǎng)狀態(tài)一致的3組某種植物幼苗分別放入A、B、C三個(gè)完全相同的玻璃鐘罩內(nèi)（如圖1所示），其中A不密封。B、C密封，B內(nèi)培養(yǎng)皿中盛有Ba（OH）2溶液，A、C內(nèi)培養(yǎng)皿中盛有蒸餾水，各培養(yǎng)皿中液體的體積相同。該實(shí)驗(yàn)在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中進(jìn)行。

回答問(wèn)題：

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)判斷，該實(shí)驗(yàn)的目的是：___________。

分析：首先是找出該實(shí)驗(yàn)的自變量，由于該實(shí)驗(yàn)在光照充足、溫度適宜的環(huán)境中進(jìn)行，但A未密封，故影響該實(shí)驗(yàn)的自變量應(yīng)該是玻璃鐘罩內(nèi)的O2和CO2濃度（量）；而C密封，故影響該實(shí)驗(yàn)的自變量也應(yīng)該是玻璃鐘罩內(nèi)的O2和CO2濃度（量）；B因密封且罩內(nèi)放置的是能吸收CO2的Ba（OH）2，故罩內(nèi)CO2濃度（量）不斷減少的變化是影響該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵變量。所以A、B、C三個(gè)實(shí)驗(yàn)可說(shuō)明影響該組實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵自變量是CO2濃度（量），由于它的變化，直接影響光合作用，因而就會(huì)影響另一變量，幼苗光合作用的生長(zhǎng)，而幼苗的生長(zhǎng)是因?yàn)槭艿紺O2濃度（量）的變化而變化的生長(zhǎng)，故幼苗的生長(zhǎng)變化量是一個(gè)因變量。至此，可分析出本實(shí)驗(yàn)實(shí)質(zhì)是通過(guò)自變量CO2濃度（量）的變化，來(lái)探究因變量幼苗的生長(zhǎng)變化量（或幼苗光合作用的變化量）的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)的目的是：探究CO2濃度對(duì)幼苗光合作用強(qiáng)度（或生長(zhǎng)量）的影響。

【例2】 （2011·浙江）為了探究某物質(zhì)（X）的作用，研究者提出了以下實(shí)驗(yàn)思路：

（1） 實(shí)驗(yàn)分組：

甲組：培養(yǎng)液+Y細(xì)胞+3H-TdR（3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷）+生理鹽水；

乙組：培養(yǎng)液+Y細(xì)胞+3H-TdR+X（用生理鹽水配制）。

每組設(shè)置若干個(gè)重復(fù)樣品。

（2） 分別測(cè)定兩組的CRD（細(xì)胞內(nèi)的放射性強(qiáng)度），求每組的平均值。

（3） 將各樣品在適宜條件下培養(yǎng)合適時(shí)間后，測(cè)定CRD，求每組平均值并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（要求與說(shuō)明：答題時(shí)用X、CRD、3H-TDR表示相關(guān)名詞；Y細(xì)胞是能增殖的高等動(dòng)物體細(xì)胞）請(qǐng)回答：

（1） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?__________。

（2） 預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論：__________。

分析思路：首先分析自變量，由于甲、乙兩組對(duì)照中，不同的是乙組含有X物質(zhì)，因此X物質(zhì)就是該組實(shí)驗(yàn)的自變量。并由于題目提示，Y細(xì)胞是能增殖的高等動(dòng)物體細(xì)胞，說(shuō)明在培養(yǎng)中Y細(xì)胞會(huì)增殖，而增殖就會(huì)吸取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，一是培養(yǎng)液，另一是吸取3H-TdR（3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷）用于DNA的復(fù)制，故聯(lián)系本題要測(cè)定兩組實(shí)驗(yàn)的CRD（細(xì)胞內(nèi)的放射性強(qiáng)度），同時(shí)求每組的平均值，這說(shuō)明3H-TdR（3H標(biāo)記的胸腺嘧啶脫氧核苷）在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制得快，吸取得多，則細(xì)胞增殖就快，CRD就會(huì)高，反之則低。但由于在乙組中加入了X物質(zhì)，若X會(huì)加快細(xì)胞增殖，DNA的復(fù)制會(huì)加快，則CRD就會(huì)升高；若X會(huì)抑制細(xì)胞增殖，則DNA的復(fù)制會(huì)受到抑制，CRD就會(huì)降低；若X不會(huì)對(duì)細(xì)胞增殖造成影響，DNA的復(fù)制不會(huì)受影響，則CRD就不會(huì)改變。故通過(guò)上述分析，DNA的復(fù)制變化引起的Y細(xì)胞增殖的變化，使得CRD變化，就是因變量了。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)的目的及實(shí)驗(yàn)可能的現(xiàn)象和結(jié)果也就非常清楚了。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康木褪牵禾骄縓對(duì)Y細(xì)胞增殖（DNA合成或CRD）的影響；預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論就是：如果乙組CRD明顯高于甲組，說(shuō)明X對(duì)Y細(xì)胞增殖（DNA合成）有促進(jìn)作用；如果乙組CRD與甲組基本相同，說(shuō)明X對(duì)Y細(xì)胞增殖（DNA合成）無(wú)影響；如果乙組CRD明顯低于甲組，說(shuō)明X對(duì)Y細(xì)胞增殖（DNA合成）有抑制作用。

通過(guò)以上兩例分析，不難看出，解決實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵就是對(duì)變量的分析，萬(wàn)其是自變量和因變量的種類(lèi)及關(guān)系的分析。

對(duì)以上典型例題歸納總結(jié)如下：

如何了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏紫却_認(rèn)探究還是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)——找出自變量和因變量種類(lèi)及其關(guān)系——用規(guī)范語(yǔ)言說(shuō)明“探究還是驗(yàn)證自變量和因變量的關(guān)系”。

如何預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：確認(rèn)探究還是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)——分析說(shuō)明自變量對(duì)因變量影響可能產(chǎn)生的各種結(jié)果——用規(guī)范的語(yǔ)言表達(dá)。

規(guī)范的文字?jǐn)⑹鋈缦拢?/p>

若為探究實(shí)驗(yàn)則用這樣表述：如果……（實(shí)驗(yàn)結(jié)果），則（自變量）對(duì)（因變量）……（影響結(jié)果）；若為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)則用這樣表述：證明……（自變量對(duì)因變量的影響）。

3 分析實(shí)驗(yàn)變量，學(xué)會(huì)設(shè)置對(duì)照組和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

分析以下典型實(shí)驗(yàn)題目：

【例3】 （2012·浙江）請(qǐng)根據(jù)以下提供的實(shí)驗(yàn)材料，完善生物制劑W對(duì)動(dòng)物不同細(xì)胞的分裂具有促進(jìn)作用的實(shí)驗(yàn)思路，并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)材料：培養(yǎng)液、正常體細(xì)胞、癌細(xì)胞、W、胰蛋白酶。

（要求與說(shuō)明：答題時(shí)不考慮加入W后的體積變化等誤差。提供的細(xì)胞均具有分裂能力，只進(jìn)行原代培養(yǎng)且培養(yǎng)條件適宜）

（1） 實(shí)驗(yàn)思路：

① 取培養(yǎng)瓶若干個(gè)，分組如下：__________。每組設(shè)置若干個(gè)重復(fù)樣品。

② 各組樣品在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)一段合適的時(shí)間后，各取其中的幾個(gè)樣品，加入__________，搖勻，在顯微鏡下用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板分別計(jì)數(shù)并記錄細(xì)胞數(shù)。

③ 重復(fù)②若干次。

④ __________。

（2） 預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（用坐標(biāo)系和細(xì)胞數(shù)變化曲線示意圖表示）。

3.1 分析一

尋找實(shí)驗(yàn)變量（圖2）。

3.2 分析二

實(shí)驗(yàn)應(yīng)遵循“單一變量”“等量原則”“平行重復(fù)”等原則。由于自變量必須遵守“單一原則”，所以自變量的多少也就決定了分組的數(shù)量，有多少是對(duì)照組，這就是對(duì)照設(shè)計(jì)時(shí)分組的依據(jù)。從上面分析可以看出，由于有四個(gè)自變量的存在，依據(jù)單一變量原則，故分析每一個(gè)自變量的作用時(shí)，其他的多個(gè)變量應(yīng)均作為不變量來(lái)對(duì)待，故很容易得到本實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組必須設(shè)置四組。同時(shí)，由于取材或分組時(shí)必須編號(hào)，所以綜合起來(lái)，最后用語(yǔ)言表述如下：

A組：培養(yǎng)液加入適量的體細(xì)胞；

B組：培養(yǎng)液加入等量的體細(xì)胞，再加入一定量的W生物制劑；

C組：培養(yǎng)液加入等量的癌細(xì)胞；

D組：培養(yǎng)液加入等量的癌細(xì)胞，再加入等量適量的W生物制劑。

3.3 分析三

由于實(shí)驗(yàn)操作的最后一步，一般是觀察、記錄或統(tǒng)計(jì)、分析（因變量的變化結(jié)果）。所以第四小問(wèn)的操作描述答案就為：經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，記錄、統(tǒng)計(jì)分析各組細(xì)胞的細(xì)胞數(shù)。

3.4 對(duì)以上典型例題歸納總結(jié)如下

3.4.1 設(shè)置對(duì)照組過(guò)程：

確認(rèn)自變量的多少，分多少組——各組恰當(dāng)編號(hào)（字母或甲、乙、丙等）——用恰當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)言（等量、適量）來(lái)描述各分組的操作。

3.4.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的一般步驟

取材/分組編號(hào)——對(duì)照組的處理（實(shí)驗(yàn)組處理）——無(wú)關(guān)變量的處理（均在相同條件下，如植物的各組在相同條件下培養(yǎng)）——最后一步操作，“觀察/記錄/統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象或結(jié)果”——實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

4 學(xué)會(huì)用精練的語(yǔ)言、規(guī)范的表達(dá)，進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

在長(zhǎng)期的實(shí)踐教學(xué)中，教師不斷總結(jié)提練出下面一些實(shí)驗(yàn)用語(yǔ)來(lái)引領(lǐng)學(xué)生，規(guī)范其語(yǔ)言表達(dá)。

實(shí)驗(yàn)材料取材用語(yǔ)：選取……生長(zhǎng)發(fā)育（長(zhǎng)勢(shì)）形態(tài)/大小/相同部位的……/相同體積/等量的……

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的基本過(guò)程用語(yǔ)：

取材、分組、編號(hào)——甲組（實(shí)驗(yàn)組）如何外理，乙組（對(duì)照組）如何處理（凡加試劑/藥品/溶液，用“等量/適量/相同體積”……）——實(shí)驗(yàn)組，對(duì)照組放置在……“相同環(huán)境條件下進(jìn)行‘接種/培養(yǎng)/種植”——經(jīng)一段時(shí)間，“觀察/記錄/統(tǒng)計(jì)/檢測(cè)”……——預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（結(jié)果）（用因變量的變化表示）——實(shí)驗(yàn)結(jié)論（探究性，若……則……（用自變量對(duì)因變量的影響表示且盡量用“名詞概念/原理/結(jié)構(gòu)/功能”來(lái)描述）。

總之，在高中生物實(shí)驗(yàn)中，教師要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的分析，做到嚴(yán)格規(guī)范、要求，并運(yùn)用典型例題引領(lǐng)并輔之以學(xué)生在具體實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化變量分析，有效突破學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πl(fā)展的瓶頸，學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力就會(huì)有質(zhì)的提升。