生物實驗設計類試題研究

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高考生物實驗試題主要可以分為三類：基礎實驗類（包括考試說明列出的實驗和教材涉及的科學史經典實驗）、實驗設計類（包括驗證性實驗和探究性實驗）、實驗分析與評價類（包括實驗分析、實驗評價與修訂、綜合運用）。其中，實驗設計類試題信息新、容量大、邏輯嚴密復雜、讀寫要求較高，加上新的技術和方法，會使部分學生感覺到難以解決，甚至讀不懂題目。其實，生物實驗探究所蘊含的設計思路和思想不會因為承載試題的知識內容不同而改變。因此，對于生物實驗設計類試題，可以應用“模式識別”解題策略構建解題流程。

一、“模式識別”解題策略的內涵“模式識別”是指對表征事物或現象的各種形式

（數值、文字和邏輯關系）的信息進行處理和分析，以對事物或現象進行描述、辨認、分類和解釋的過程。“模式識別”解題策略要求解題者對積累的知識和經驗進行加工，得出有長期保存價值或代表性的典型解題方法以及基本模式，再將其有意識地記憶下來，并做簡單編碼。由此，遇到一個新問題時，首先思考它與哪個類型比較接近，其次分辨它屬于已經掌握的哪種基本模式，再次確定解決這個類型的題目有哪些方法以及哪個方法可以拿來試用，最后聯系一個已經解決過的問題，提取相應的解題方法來解決新問題。

二、“模式識別”策略在生物實驗設計類試題中的應用舉例試題

某生物興趣小組調查發現，在黃瓜幼苗期噴灑一次乙烯利溶液（100～200mg•L－1），可促進其多開雌花，提高黃瓜產量。但乙烯利濃度低于或高于這個范圍時，其作用效果尚不清楚。請設計實驗，探究乙烯利濃度對黃瓜開雌花數量的影響。材料用具：2～3片真葉的盆栽黃瓜幼苗若干、乙烯利溶液（300mg•L－1）、蒸餾水、噴壺……方法步驟：（1）將黃瓜幼苗平均分成A、B、C、D四組。（一）明確實驗目的。實驗目的是實驗設計類試題的靈魂，抓住了實驗目的，就能順勢找到實驗的原理和實驗的變量。而實驗的目的往往會通過一些表示目的的詞語顯示出來，如“為了”“探究”“研究”“驗證”“證明”等。因此，我們可從題干的一大段文字中提取到實驗目的：探究乙烯利濃度對黃瓜開雌花數量的影響。（二）明晰實驗原理。實驗原理往往來自三個方面：一是承載這道實驗設計類試題的教材中的基礎知識，如探究環境因素對光合作用強度的影響（人教版高中生物必修1第104頁），其原理就是光合作用；二是一些特定的實驗現象，如探究酵母菌細胞呼吸的方式（人教版高中生物必修1第91頁），其原理包含檢測酒精和二氧化碳的特有方法及特定現象；三是題干中的相關信息，如從本題中提取到的實驗原理：乙烯利溶液（100～200mg•L－1）可促進黃瓜幼苗多開雌花，提高黃瓜產量。值得注意的是，并非每個實驗的原理都要有這三個方面，有的可能僅有其中的一個方面。（三）明辨實驗變量。在實驗方案設計之前，要弄清楚實驗所涉及的變量有哪些。一般實驗的變量可分為三個部分，即自變量、因變量和無關變量。自變量和因變量一般蘊含在實驗目的中，如本題的實驗目的是探究乙烯利濃度對黃瓜開雌花數量的影響，結合自變量和因變量的含義不難確定，自變量為“乙烯利濃度”，因變量為“黃瓜開雌花數量”。除了自變量、因變量之外的實驗變量均是無關變量，一般為實驗各組所用生物材料、試劑的濃度及用量、培養條件等，如本題中的“黃瓜幼苗的狀況”“培養液的用量”“各種培養條件”等。確定了變量之后，就要明確怎樣控制無關變量，以使自變量單一，這是實驗思路及實驗步驟確定的前提。同時，對于一些比較抽象的因變量，如光合作用強度，要找到一個合適的觀察指標，以便于實驗結果的記錄和分析。三種變量之間的關系可以通過圖2來分析。（四）明察實驗思路。實驗思路是實驗方案設計的指導思想，它的呈現方式多種多樣，有的甚至直接以實驗步驟的形式呈現出來。明察實驗思路其實就是明白相應實驗通過什么樣的方法來控制自變量，根據什么樣的實驗現象來觀測因變量，進而判斷實驗的目的是否達到以及自變量和因變量的關系?？梢岳萌齻€關鍵詞來建立這一環節的識別模式：通過……根據……判斷……。比如，本題的設計思路或設計思想可描述為：通過用不同濃度的乙烯利溶液處理黃瓜幼苗，根據黃瓜所開的雌花數目，判斷乙烯利濃度對黃瓜開雌花數量的影響。（五）明分實驗步驟。實驗步驟是實驗思路的具體呈現形式，也是實驗方案的核心，更是“實驗與探究”考查的重點。有些試題甚至會直接要求寫出完整的實驗步驟，這對學生的語言表達能力及邏輯思維能力都有很高的要求。實驗步驟一般包含三個部分：第一部分是實驗的準備工作，如取材、分組、編號等，同時要注意無關變量要相同且適宜以及重復實驗原則；第二部分是描述自變量的處理方式，以確保其單一，同時對實驗組和對照組的相同處理和不同處理，要體現對照實驗的原則，強調無關變量相同且適宜；第三部分重點描述因變量是通過什么樣的觀測指標來表示的，即檢測、觀察、統計、比較實驗數據和現象。比如，本題的實驗步驟可寫成：（1）取生長狀況一致的黃瓜幼苗若干，平均分成A、B、C、D四組。（2）用蒸餾水稀釋乙烯利溶液，配置成0mg•L－1、50mg•L－1、150mg•L－1、250mg•L－1四種濃度。（3）取等量上述各濃度乙烯利溶液，用噴壺分別噴灑各組黃瓜幼苗一次。（4）在相同且適宜的條件下培養一段時間后，記錄并統計各組平均每株雌花數。（六）明記實驗結果。對實驗結果的記錄最直觀地方式是設計一個合適的表格來記錄實驗現象、數據等，而實驗數據常常也可以某種數學模型的形式呈現出來，如曲線圖。比如，本題便要求學生在預期的實驗結果（某種可能的數據）的基礎上，以曲線圖的形式直觀地表達實驗可能的結果（如圖3所示）。

作者:李素平 吳志強 單位:1.安徽省六安市霍邱縣第一中學 2.安徽省蕪湖市第十二中學