论文部分内容阅读
摘 要：生物实验设计题是当今高考的热点，也是学生难以跨越的障碍。笔者结合多年的教学实践，谈谈该类型题的解题策略，使学生能够较轻松解答此类型题，促使学生在备考复习过程中重视掌握实验的基础知识，懂得解题过程中应遵循实验设计的基本原则以及从实验设计的内容入手解决此障碍；应考答题时从“审—想—答—查”四方面来提高高考实验题得分能力。
关键词：实验设计 解题策略
生物学是一门以实验为基础的学科，“得实验者得天下”。实验设计题是高考试题命题的新趋势。从近几年出现的高考试题分析，实验设计和分析是一个热点，主要考查学生是否理解实验原理和能否分析实验结果，是否具有灵活运用实验知识的能力及在不同情景下对知识的迁移能力。这类题一般只提供条件，要求设计实验步骤、分析实验结果和得出结论。对于此类题型的解答，一般要求根据提供的实验材料和仪器，设计一实验，来验证或说明某一生物现象，相對难度较大，不仅考查学生对基础知识的掌握情况，还考查学生综合分析能力、理解能力、收集处理信息能力、语言表达能力、逻辑能力、解决问题能力和创新能力等。由于学生缺乏实验设计的相关知识，平时也较少练习，觉得繁杂、麻烦，遇到此类型题更是无从下手，也是学生失分最多的一项。为解决学生的这一难题，本人依据多年担任毕业班的教学实践以2006年全国卷第30题为例，谈谈实验设计题的解题思路与基本方法，以便使学生在复习过程中加以重视，增强学生解决此类型难题的综合能力。
（2006年全国卷）为了验证叶片在光合作用和呼吸作用的过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果。并对你的预测结果进行分析。
实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、暗培养箱、日光灯（实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计）。
实验步骤和预测实验结果：
（1）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时，叶片均浮在液面上。
（2）用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到底部。
（3）……
分析预测的结果：
［分析］本题考查考生利用所学的生物学知识，运用所学的实验方法和技能，按照要求设计新的简单的生物学实验，并能够对实验结果进行解释和分析。本题以一定的基础知识作为前提，注重考查考生的实验设计能力和表达能力。它涉及叶的结构、光合作用和有氧呼吸等相关知识，属于必修1（分子与细胞）的内容范围。
本题所要具有的基础知识是：①光合作用吸收二氧化碳，释放氧气；②有氧呼吸吸收氧气，释放二氧化碳；③NaHCO3稀溶液中为光合作用提供二氧化碳，有氧呼吸放出的二氧化碳溶解于NaHCO3稀溶液中。通过题目中的实验步骤（１）和（２）可知，叶肉细胞之间有间隙，可容纳一定量的气体。当叶肉细胞间隙充满气体时，叶片浮在水或NaHCO3稀溶液的液面上；当叶肉细胞间隙缺乏气体时，叶片沉到试管底部。
本题是在实验步骤（１）和（２）的基础上，进一步设计实验来验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，并说明设计的思路。
解答本题的基本思路是：由于实验步骤（１）和（２）的提示，加上上面所述的基础知识，验证叶片的气体产生和消耗的实验结果，可通过叶片的上浮或下沉现象来显示。实验步骤⑵叶肉细胞间隙中的气体被抽掉后，结果是叶片都沉在试管的底部。因此，步骤（３）应设计实验让叶片浮起来。由于水和NaHCO3稀溶液中都缺乏氧气，故不能设计有氧呼吸的实验。又由于题干中已讲明NaHCO3为光合作用提供原料（二氧化碳），而水则不能，故可设计光合作用的对照实验。即用日光灯照射试管的底部的叶片，其结果是NaHCO3稀溶液中的叶片能进行光合作用，释放氧气，使叶片上浮，而水中的叶片不能进行光合作用，仍在试管底部。在分析该实验结果时，还要注意表达的准确性。即NaHCO3稀溶液中的叶片细胞进行光合作用产生了氧气以后，叶片细胞也能进行有氧呼吸，但光合作用释放的氧气多于有氧呼吸消耗的氧气，故氧气能不断积累，当积累到一定量时，叶片上浮。接着实验步骤⑷就应设计实验使步骤⑶中上浮的叶片下沉。要使该叶片下沉就必须消耗掉叶肉细胞间隙中的氧气。只有在没有光合作用时，细胞通过有氧呼吸才能消耗叶肉细胞间隙中的氧气。将试管放在暗培养箱中即可达到此目的。即在暗环境中，叶肉细胞不能进行光合作用，只能进行有氧呼吸，消耗叶肉细胞间隙中的氧气，所释放出的二氧化碳溶解于NaHCO3稀溶液中，叶肉细胞的间隙中缺乏气体，使叶片下沉。在该实验中，蒸馏水中的叶片都起着对照作用。
依上所述解答思路与方法，解决此类型题应从以下几方面着手：
一、掌握扎实的生物实验知识与操作技能，并能独立完成“生物知识表”的实验
包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握基本操作技能，并能把它们综合运用。
二、掌握实验设计的基本原则
1. 科学性原则在进行实验设计时，实验目的、原理、材料和手段要有充分的科学依据，整个实验设计具有科学思想、科学方法，不能偏离生物学的基本原理及其他科学手段。
2. 单因子变量原则实验组和对照组相比只能有一个因素改变，即只有一个变量，而其他因素不变。如上题涉及的变量是不同时间段的对照。
3. 对照实验原则在实验过程需设置对照组，与实验组进行对比，以显示实验的结果，对照常用的方法有：①空白对照。不给对照组任何处理因素。②条件对照。虽给予对照因素，但不是需研究的处理因素。③自身对照。对照和实验都在同一研究对象上进行。如上例涉及的对照就是此方法。④相互对照。不仅单设对照组，还同时具有几个实验组进行相互对比。
4. 平行重复原则控制某种因素的变化幅度，在同种条件下重复实验，观察对实验结果的影响程度。
三、理解实验设计的基本内容
对这类实验题解答思路与方法应明确以下实验设计内容：1.了解题目要求；2.明确实验目的；3.确定实验原理；4.确定实验设计思路；5.设计实验步骤；6.预测实验结果和分析实验现象，得出结论。
因此，要提高学生高考实验题得分能力，解答此类型题应掌握实验解题的以下几个步骤：
1. 审——明确“做什么？”（即搞清实验目的），抓准目标，保证答题方向正确。
这一步看似简单，但它却是正确解题的基础。如果偏离了这一方向，就会导致“全军覆没”。一般，要你做什么，在题目中都已明确告诉了你，问题就是：你的整个解题过程都要围绕实现这个目标而努力。以上面的高考题为例，实验目的是“验证叶片在光合作用和呼吸作用的过程中有气体的产生和消耗”，需要从两方面来证明：既要验证叶片光合作用产生气体，又要验证呼吸作用消耗气体，对于是产生、消耗什么气体并不要验证。有的学生审题错误，实验目的不明确。错误1验证：叶片在光合作用和呼吸作用过程中有O2的产生和O2消耗两个方面；错误2验证：叶片在光合作用过程中既产生气体又消耗气体，呼吸作用过程中既消耗气体又产生气体；错误3验证：叶片在光合作用过程中既产生O2又消耗CO2，呼吸作用既消耗O2又产生CO2。
2. 想——解决“怎么做？”（即设计出实验方案），理清思路，保证思维过程合理。
这一步的突破口是要抓住变量。需要思考的问题是：该实验的实验变量是什么？应该如何操纵它？反应变量是什么？应该如何捕获它？哪些是可能影响实验结果的无关变量？应该如何控制它？这些问题解决了，实验的基本思路也就出来了。以上面的高考题为例，学生存在的错误是对实验步骤（1）错误地理解为每支试管都加入等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液，这样有无光照是实验变量，所以很多学生接下来的步骤是一支试管给光照，另一支暗处理，造成失分。
变量的问题解决了，其他的问题也就迎刃而解了。实验设计就是要你解决如何操纵实验变量、控制无关变量、捕获反应变量来达成实验目的这一问题的过程；实验分析就是要你分析实验变量与反应变量之间的因果关系，推导得出相应结论的过程，或者要你说明“为什么这么做（实验原理）”的道理；实验评价就是要你评判整个实验过程的思维是否合理，如：实验变量是否具有可操作性，反應变量是否具有可观测性，无关变量是否得到了有效控制，额外变量是否都被平衡和抵消了。
实验过程的设计要完整、科学、严谨：准确选用实验材料、器皿支持实验。题目中提供的材料和器皿通常还能对实验的设计起到一定的提示作用，如上述例题题干给出的NaHCO3稀溶液可满足光合作用对二氧化碳的需求，也可以吸收二氧化碳。根据题干给出的实验步骤（1）、（2）可知本实验的观测指标为：叶片是否上浮或下沉。在此基础上，紧紧围绕实验目的，设计出完整的实验步骤，各步骤之间要前后顺序得当，且不出现科学性的错误，从而逐步将实验引向正确结论。
3. 答——把自己求解的思维过程按题目要求明白无误的表述出来，把分拿到手。
最关键的是要准确地表达自己的思想，保证自己的思维过程合理。在文字表述上讲究用词，力求准确、精辟、简明地组织语言文字。
答题时要注意这样几点：
①步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说，要用代号明确标出实验步骤，如果没有明确的实验步骤，整个实验设计就会显得杂乱无章，没有条理。
②在使用器皿时用标记号(甲烧杯、A试管、1号培养皿等)来辅助，这样在表达时一方面清晰明了，另一方面可以节省篇幅、节省时间。
③应尽量使用题目中出现过的比较规范的表述，尽量用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如：“盖玻片”不能说是“薄的玻璃片”；“等量的”不宜说成“一样多的”；“振荡”不宜说成“晃动”、“摇动”等等。
④表达方式，按题目要求可以是纯文字、表格、图示等。
⑤在解答实验设计题时，最好能先在草稿纸上画草图拟草稿看图说话，以求理顺思路，设计尽量完整并使卷面整洁。
这里需明确实验步骤设计的基本框架：三个基本要素：第一个是实验相同部分的准备处理和分组编号；第二个是单一变量的处理如A组用××处理，B组不处理（注意“等量”），其它条件相同（注意“适宜条件”）；第三个是观察现象、测量、记录等。每一题具体的答题就根据题目情境而异。
4. 查——换位复查，不留遗憾出考场。
题做完后要迅速浏览一遍，看答案是否符合题意，思维是否严密，表达是否清楚，有没有笔误等，把该拿的分稳稳当当地拿到手，不给自己留遗憾。
总之，依据本人多年的教学实践证明，学生在备考复习过程中重视掌握实验的基础知识，懂得解题过程中应遵循实验设计的基本原则以及从实验设计的内容入手，能够增强学生解决此类难题的综合能力；应考答题时掌握“审—想—答—查”几个步骤，可以提高学生高考实验题得分能力。
关键词：实验设计 解题策略
生物学是一门以实验为基础的学科，“得实验者得天下”。实验设计题是高考试题命题的新趋势。从近几年出现的高考试题分析，实验设计和分析是一个热点，主要考查学生是否理解实验原理和能否分析实验结果，是否具有灵活运用实验知识的能力及在不同情景下对知识的迁移能力。这类题一般只提供条件，要求设计实验步骤、分析实验结果和得出结论。对于此类题型的解答，一般要求根据提供的实验材料和仪器，设计一实验，来验证或说明某一生物现象，相對难度较大，不仅考查学生对基础知识的掌握情况，还考查学生综合分析能力、理解能力、收集处理信息能力、语言表达能力、逻辑能力、解决问题能力和创新能力等。由于学生缺乏实验设计的相关知识，平时也较少练习，觉得繁杂、麻烦，遇到此类型题更是无从下手，也是学生失分最多的一项。为解决学生的这一难题，本人依据多年担任毕业班的教学实践以2006年全国卷第30题为例，谈谈实验设计题的解题思路与基本方法，以便使学生在复习过程中加以重视，增强学生解决此类型难题的综合能力。
（2006年全国卷）为了验证叶片在光合作用和呼吸作用的过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果。并对你的预测结果进行分析。
实验材料与用具：烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、暗培养箱、日光灯（实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计）。
实验步骤和预测实验结果：
（1）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时，叶片均浮在液面上。
（2）用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到底部。
（3）……
分析预测的结果：
［分析］本题考查考生利用所学的生物学知识，运用所学的实验方法和技能，按照要求设计新的简单的生物学实验，并能够对实验结果进行解释和分析。本题以一定的基础知识作为前提，注重考查考生的实验设计能力和表达能力。它涉及叶的结构、光合作用和有氧呼吸等相关知识，属于必修1（分子与细胞）的内容范围。
本题所要具有的基础知识是：①光合作用吸收二氧化碳，释放氧气；②有氧呼吸吸收氧气，释放二氧化碳；③NaHCO3稀溶液中为光合作用提供二氧化碳，有氧呼吸放出的二氧化碳溶解于NaHCO3稀溶液中。通过题目中的实验步骤（１）和（２）可知，叶肉细胞之间有间隙，可容纳一定量的气体。当叶肉细胞间隙充满气体时，叶片浮在水或NaHCO3稀溶液的液面上；当叶肉细胞间隙缺乏气体时，叶片沉到试管底部。
本题是在实验步骤（１）和（２）的基础上，进一步设计实验来验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，并说明设计的思路。
解答本题的基本思路是：由于实验步骤（１）和（２）的提示，加上上面所述的基础知识，验证叶片的气体产生和消耗的实验结果，可通过叶片的上浮或下沉现象来显示。实验步骤⑵叶肉细胞间隙中的气体被抽掉后，结果是叶片都沉在试管的底部。因此，步骤（３）应设计实验让叶片浮起来。由于水和NaHCO3稀溶液中都缺乏氧气，故不能设计有氧呼吸的实验。又由于题干中已讲明NaHCO3为光合作用提供原料（二氧化碳），而水则不能，故可设计光合作用的对照实验。即用日光灯照射试管的底部的叶片，其结果是NaHCO3稀溶液中的叶片能进行光合作用，释放氧气，使叶片上浮，而水中的叶片不能进行光合作用，仍在试管底部。在分析该实验结果时，还要注意表达的准确性。即NaHCO3稀溶液中的叶片细胞进行光合作用产生了氧气以后，叶片细胞也能进行有氧呼吸，但光合作用释放的氧气多于有氧呼吸消耗的氧气，故氧气能不断积累，当积累到一定量时，叶片上浮。接着实验步骤⑷就应设计实验使步骤⑶中上浮的叶片下沉。要使该叶片下沉就必须消耗掉叶肉细胞间隙中的氧气。只有在没有光合作用时，细胞通过有氧呼吸才能消耗叶肉细胞间隙中的氧气。将试管放在暗培养箱中即可达到此目的。即在暗环境中，叶肉细胞不能进行光合作用，只能进行有氧呼吸，消耗叶肉细胞间隙中的氧气，所释放出的二氧化碳溶解于NaHCO3稀溶液中，叶肉细胞的间隙中缺乏气体，使叶片下沉。在该实验中，蒸馏水中的叶片都起着对照作用。
依上所述解答思路与方法，解决此类型题应从以下几方面着手：
一、掌握扎实的生物实验知识与操作技能，并能独立完成“生物知识表”的实验
包括理解实验目的、原理、方法和操作步骤，掌握基本操作技能，并能把它们综合运用。
二、掌握实验设计的基本原则
1. 科学性原则在进行实验设计时，实验目的、原理、材料和手段要有充分的科学依据，整个实验设计具有科学思想、科学方法，不能偏离生物学的基本原理及其他科学手段。
2. 单因子变量原则实验组和对照组相比只能有一个因素改变，即只有一个变量，而其他因素不变。如上题涉及的变量是不同时间段的对照。
3. 对照实验原则在实验过程需设置对照组，与实验组进行对比，以显示实验的结果，对照常用的方法有：①空白对照。不给对照组任何处理因素。②条件对照。虽给予对照因素，但不是需研究的处理因素。③自身对照。对照和实验都在同一研究对象上进行。如上例涉及的对照就是此方法。④相互对照。不仅单设对照组，还同时具有几个实验组进行相互对比。
4. 平行重复原则控制某种因素的变化幅度，在同种条件下重复实验，观察对实验结果的影响程度。
三、理解实验设计的基本内容
对这类实验题解答思路与方法应明确以下实验设计内容：1.了解题目要求；2.明确实验目的；3.确定实验原理；4.确定实验设计思路；5.设计实验步骤；6.预测实验结果和分析实验现象，得出结论。
因此，要提高学生高考实验题得分能力，解答此类型题应掌握实验解题的以下几个步骤：
1. 审——明确“做什么？”（即搞清实验目的），抓准目标，保证答题方向正确。
这一步看似简单，但它却是正确解题的基础。如果偏离了这一方向，就会导致“全军覆没”。一般，要你做什么，在题目中都已明确告诉了你，问题就是：你的整个解题过程都要围绕实现这个目标而努力。以上面的高考题为例，实验目的是“验证叶片在光合作用和呼吸作用的过程中有气体的产生和消耗”，需要从两方面来证明：既要验证叶片光合作用产生气体，又要验证呼吸作用消耗气体，对于是产生、消耗什么气体并不要验证。有的学生审题错误，实验目的不明确。错误1验证：叶片在光合作用和呼吸作用过程中有O2的产生和O2消耗两个方面；错误2验证：叶片在光合作用过程中既产生气体又消耗气体，呼吸作用过程中既消耗气体又产生气体；错误3验证：叶片在光合作用过程中既产生O2又消耗CO2，呼吸作用既消耗O2又产生CO2。
2. 想——解决“怎么做？”（即设计出实验方案），理清思路，保证思维过程合理。
这一步的突破口是要抓住变量。需要思考的问题是：该实验的实验变量是什么？应该如何操纵它？反应变量是什么？应该如何捕获它？哪些是可能影响实验结果的无关变量？应该如何控制它？这些问题解决了，实验的基本思路也就出来了。以上面的高考题为例，学生存在的错误是对实验步骤（1）错误地理解为每支试管都加入等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液，这样有无光照是实验变量，所以很多学生接下来的步骤是一支试管给光照，另一支暗处理，造成失分。
变量的问题解决了，其他的问题也就迎刃而解了。实验设计就是要你解决如何操纵实验变量、控制无关变量、捕获反应变量来达成实验目的这一问题的过程；实验分析就是要你分析实验变量与反应变量之间的因果关系，推导得出相应结论的过程，或者要你说明“为什么这么做（实验原理）”的道理；实验评价就是要你评判整个实验过程的思维是否合理，如：实验变量是否具有可操作性，反應变量是否具有可观测性，无关变量是否得到了有效控制，额外变量是否都被平衡和抵消了。
实验过程的设计要完整、科学、严谨：准确选用实验材料、器皿支持实验。题目中提供的材料和器皿通常还能对实验的设计起到一定的提示作用，如上述例题题干给出的NaHCO3稀溶液可满足光合作用对二氧化碳的需求，也可以吸收二氧化碳。根据题干给出的实验步骤（1）、（2）可知本实验的观测指标为：叶片是否上浮或下沉。在此基础上，紧紧围绕实验目的，设计出完整的实验步骤，各步骤之间要前后顺序得当，且不出现科学性的错误，从而逐步将实验引向正确结论。
3. 答——把自己求解的思维过程按题目要求明白无误的表述出来，把分拿到手。
最关键的是要准确地表达自己的思想，保证自己的思维过程合理。在文字表述上讲究用词，力求准确、精辟、简明地组织语言文字。
答题时要注意这样几点：
①步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙说，要用代号明确标出实验步骤，如果没有明确的实验步骤，整个实验设计就会显得杂乱无章，没有条理。
②在使用器皿时用标记号(甲烧杯、A试管、1号培养皿等)来辅助，这样在表达时一方面清晰明了，另一方面可以节省篇幅、节省时间。
③应尽量使用题目中出现过的比较规范的表述，尽量用规范的实验术语，不能用含糊的口语，如：“盖玻片”不能说是“薄的玻璃片”；“等量的”不宜说成“一样多的”；“振荡”不宜说成“晃动”、“摇动”等等。
④表达方式，按题目要求可以是纯文字、表格、图示等。
⑤在解答实验设计题时，最好能先在草稿纸上画草图拟草稿看图说话，以求理顺思路，设计尽量完整并使卷面整洁。
这里需明确实验步骤设计的基本框架：三个基本要素：第一个是实验相同部分的准备处理和分组编号；第二个是单一变量的处理如A组用××处理，B组不处理（注意“等量”），其它条件相同（注意“适宜条件”）；第三个是观察现象、测量、记录等。每一题具体的答题就根据题目情境而异。
4. 查——换位复查，不留遗憾出考场。
题做完后要迅速浏览一遍，看答案是否符合题意，思维是否严密，表达是否清楚，有没有笔误等，把该拿的分稳稳当当地拿到手，不给自己留遗憾。
总之，依据本人多年的教学实践证明，学生在备考复习过程中重视掌握实验的基础知识，懂得解题过程中应遵循实验设计的基本原则以及从实验设计的内容入手，能够增强学生解决此类难题的综合能力；应考答题时掌握“审—想—答—查”几个步骤，可以提高学生高考实验题得分能力。