辛小兵

摘要：二輪專題復(fù)習(xí)中，通過(guò)案例分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的分組和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理，突破實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題中學(xué)生最大的困惑，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思維素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：分組；數(shù)據(jù)處理；科學(xué)思維

中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1992-7711（2021）18-0083

本文結(jié)合一節(jié)公開課，針對(duì)二輪復(fù)習(xí)中學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類專題方面存在的問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)突破，通過(guò)微專題提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分組和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決生產(chǎn)實(shí)踐等新情境中實(shí)際問(wèn)題的能力。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)常見(jiàn)考查內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)探究能力是歷年高考考查的核心，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考查科學(xué)探究和科學(xué)思維等學(xué)科素養(yǎng)?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》學(xué)業(yè)質(zhì)量水平描述：針對(duì)日常生活和生產(chǎn)中的真實(shí)情景，提出有價(jià)值的、可探究的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)施方案。運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，精準(zhǔn)闡明實(shí)驗(yàn)結(jié)果和客觀分析與評(píng)價(jià)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用和效益風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，高考試題中有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分常見(jiàn)的考查內(nèi)容主要有三方面。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路與步驟、變量、結(jié)果和結(jié)論分析

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與高中教材知識(shí)相結(jié)合

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與生活、生產(chǎn)實(shí)踐和新情景相聯(lián)系，評(píng)估其應(yīng)用

二、二輪復(fù)習(xí)中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)

經(jīng)過(guò)一輪復(fù)習(xí)和訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、自變量和因變量的分析、無(wú)關(guān)變量的控制、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論的規(guī)范表達(dá)已經(jīng)掌握較好。在二輪復(fù)習(xí)測(cè)試中，2021鄭州二模一道有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目，看似比較簡(jiǎn)單，但是學(xué)生作答情況出乎意料，錯(cuò)誤率非常高。

試題：【2021鄭州二?！垦芯勘砻鳎旱脱鯌?yīng)激時(shí)，小鼠內(nèi)臟神經(jīng)對(duì)脾臟淋巴細(xì)胞的正常增殖有抑制作用，請(qǐng)以正常小鼠為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一結(jié)論。要求簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。（提示：藥物A可以抑制內(nèi)臟傳出神經(jīng)）

學(xué)生常見(jiàn)作答：實(shí)驗(yàn)思路：1.取一定量正常小鼠隨機(jī)平均分成兩組：甲組正常條件飼養(yǎng)；乙組飼喂藥物A的同時(shí)在低氧條件飼養(yǎng)2.一段時(shí)間后分別取兩個(gè)小組小鼠的脾臟，測(cè)定每組小鼠淋巴細(xì)胞的平均數(shù)目。預(yù)期結(jié)果：乙組淋巴細(xì)胞的平均數(shù)目大于甲組。

學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路書寫非常規(guī)范，但錯(cuò)誤率很高。閱卷后仔細(xì)分析作答情況，通過(guò)與學(xué)生面批座談，了解學(xué)生錯(cuò)答原因主要是：審題不清，沒(méi)有了解實(shí)驗(yàn)的目的是什么。在測(cè)試過(guò)程中，學(xué)生依照慣性思維，簡(jiǎn)單地理解為驗(yàn)證小鼠內(nèi)臟神經(jīng)對(duì)脾臟淋巴細(xì)胞的正常增殖有抑制作用，所以很多學(xué)生只是簡(jiǎn)單分為兩組。由于分組錯(cuò)誤，后續(xù)的結(jié)果分析等就會(huì)全部出錯(cuò)，整道題目失分。針對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的情況，筆者在二輪復(fù)習(xí)中專門開設(shè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的微專題——《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分組與數(shù)據(jù)處理》，提升學(xué)生這方面的能力。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分組

1.明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，遵循分組原則

將2021鄭州二模這道題目與2019年全國(guó)卷一道試題對(duì)比分析

【2019全國(guó)I卷】29.有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，請(qǐng)以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一結(jié)論，要求簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。

引導(dǎo)學(xué)生分析題目的意圖，分為兩個(gè)層次：1.低氧應(yīng)激；2.內(nèi)臟神經(jīng)對(duì)脾臟淋巴細(xì)胞的正常增殖有抑制作用。學(xué)生提出設(shè)計(jì)方案1：

學(xué)生提出的方案1的思路是正確，但是是否存在問(wèn)題呢？引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)遵循的原則進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)分組主要遵循的原則：對(duì)照原則、隨機(jī)原則、重復(fù)原則（實(shí)驗(yàn)要有足夠的例數(shù)或次數(shù)）、單盲或雙盲原則（動(dòng)物實(shí)驗(yàn)）、科學(xué)的原則。依據(jù)上述原則，學(xué)生發(fā)現(xiàn)上述方案1中，如果先測(cè)量低氧條件下的細(xì)胞數(shù)目，通常會(huì)對(duì)小鼠造成傷害，如果繼續(xù)在原有的基礎(chǔ)下加藥物A，不符合科學(xué)性的原則。有的學(xué)生提出，可以將低氧飼養(yǎng)的小鼠分為兩組，一組測(cè)量低氧下的細(xì)胞數(shù)目，另外一組不測(cè)量，繼續(xù)加藥物A，再測(cè)量細(xì)胞的數(shù)目。學(xué)生在原有方案1的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)與2021年八省聯(lián)考中河北省適應(yīng)性考試的21題進(jìn)行類比分析，學(xué)生提出方案2：

通過(guò)上述對(duì)比分析，學(xué)生明晰審清題意，弄清實(shí)驗(yàn)的目的，控制好變量，真正提升科學(xué)探究和科學(xué)思維素養(yǎng)。

2.常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分組類型

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)常見(jiàn)的分組主要有兩種類型：

（1）定性實(shí)驗(yàn)的分組

前后對(duì)照：一組（例如質(zhì)壁分離及復(fù)原、動(dòng)物激素有關(guān)實(shí)驗(yàn)）

空白對(duì)照：對(duì)照組+實(shí)驗(yàn)組（例如驗(yàn)證酶的高效性）

（2）定量實(shí)驗(yàn)的分組

對(duì)照組+不同量的實(shí)驗(yàn)組（例如探究生長(zhǎng)素促進(jìn)植物生根的最適濃度）

實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照（例如不同溫度對(duì)酶活性的影響）

結(jié)合具體實(shí)例，與上述分組方法進(jìn)行對(duì)比分析，讓學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分組中的科學(xué)思維，提高學(xué)生科學(xué)探究的能力。

例如：下圖把生長(zhǎng)狀況基本一致、等長(zhǎng)的某種植物胚芽鞘分成________組，置于相同的培養(yǎng)液中；

此道題目，學(xué)生易按濃度梯度分為7組。教師可帶領(lǐng)學(xué)生結(jié)合坐標(biāo)圖中隱含的對(duì)照組。教師還可將這種類型的題目進(jìn)行變式訓(xùn)練，與已進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)的正式實(shí)驗(yàn)的分組進(jìn)行比較，讓學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)分組的科學(xué)思維。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析

實(shí)驗(yàn)的考查另一個(gè)難點(diǎn)是運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用科學(xué)思維分析生產(chǎn)、生活中與生物學(xué)相關(guān)的新問(wèn)題情境，并客觀分析與評(píng)價(jià)生物技術(shù)產(chǎn)品在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用所產(chǎn)生的效益和風(fēng)險(xiǎn)。

常用表格或坐標(biāo)圖記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，坐標(biāo)曲線和圖表數(shù)據(jù)的分析常進(jìn)行專題復(fù)習(xí)，學(xué)生已學(xué)會(huì)分析坐標(biāo)圖和表：坐標(biāo)圖中橫縱坐標(biāo)、單位、特殊點(diǎn)、曲線走向和變化趨勢(shì)的分析；表格中表頭標(biāo)題的含義、表中特殊值、表格中橫縱向的比較。難點(diǎn)在于獲取信息后怎樣處理和在新情境中運(yùn)用信息。

1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和教材知識(shí)相聯(lián)系

例如：（2021廣雅?？迹┰趯?shí)驗(yàn)設(shè)置的濃度范圍內(nèi)，當(dāng)Cd2+濃度高于10×10-6mol/L時(shí)，石莼凈光合速率的變化趨勢(shì)是_______，判斷依據(jù)是________。

這類設(shè)問(wèn)考查角度非常好，既考查課本知識(shí)又考查學(xué)生識(shí)圖獲取信息、處理信息的能力，還考查了學(xué)生圖文的轉(zhuǎn)換，試題區(qū)分度高。要求學(xué)生要理解凈光合速率與總光合速率和呼吸速率的關(guān)系。大多數(shù)題目考查曲線之間的關(guān)系，往往是正、負(fù)相關(guān)性。本題中兩條曲線都下降，但是兩者下降的幅度不同。學(xué)生只有具備一定數(shù)據(jù)分析能力和科學(xué)思維，才能做出準(zhǔn)確判斷并合理運(yùn)用。通過(guò)上述實(shí)例的分析，在二輪復(fù)習(xí)中，深挖教材實(shí)驗(yàn)和教材中與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相聯(lián)系的內(nèi)容進(jìn)行歸納，并選取經(jīng)典習(xí)題進(jìn)行訓(xùn)練。

2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在新情境中運(yùn)用

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題常選取日常生活、生產(chǎn)實(shí)踐、科技發(fā)展中的實(shí)際問(wèn)題作為素材，考查新情境下運(yùn)用知識(shí)、解決實(shí)際問(wèn)題的學(xué)科素養(yǎng)。

例1.（2012廣東）（1）pH對(duì)不同蛋白酶的活力影響有差異。據(jù)右圖可知，____________更適宜作為食品添加劑，理由是___________________________。

這道試題學(xué)生答題時(shí)通常只描述一個(gè)理由：酶的活性高，而沒(méi)有結(jié)合實(shí)踐考慮其維持最高酶活性所適應(yīng)的范圍廣，易在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣運(yùn)用。

例2.（2011廣東）探究pH對(duì)葉綠素穩(wěn)定性的影響。取一些葉綠素粗產(chǎn)品，配成一定濃度的溶液，于室溫（約25℃）下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，方法和結(jié)果如下表。

注：葉綠素被破壞后變成黃褐色。

根據(jù)所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請(qǐng)回答：

多數(shù)考生只回答了根據(jù)pH梯度，可推測(cè)Y值為8.0，解決此類問(wèn)題學(xué)生可遷移教材中研究溫度、pH值對(duì)酶活性的影響，至少設(shè)三組，并且將其與具體情境相結(jié)合分析，評(píng)價(jià)其應(yīng)用效益等。

分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解決新情境下的問(wèn)題，需要學(xué)生多思考，具備良好的獲取信息、處理、概括和綜合運(yùn)用的能力，充分考查了學(xué)生的科學(xué)思維。在平時(shí)教學(xué)中，教師注意讓學(xué)生理解生物學(xué)的核心知識(shí)，同時(shí)創(chuàng)設(shè)情境，多將生物學(xué)知識(shí)與具體應(yīng)用結(jié)合分析。針對(duì)學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的疑問(wèn)，多用科學(xué)思維進(jìn)行分析、研討和探究。

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（作者單位：廣東省佛山市順德區(qū)李兆基中學(xué)528300）