探究性實驗思路設計問題解決模型的構建

文/東莞市第一中學

胡 超

探究性實驗設計題是近年高考熱點題型，設問新穎、邏輯性強、區分度好，全面考查了學生的實驗探究能力、信息處理能力、知識遷移能力、語言表達能力等多種能力，成為生物試題中的亮點之一，是最能體現生物學科核心素養中“科學探究”評價導向的題目。

一、高考生物探究性實驗思路設計類試題的特點

許多學生易將實驗思路當作實驗方案(步驟)對待，事實上兩者是不同的。實驗方案(步驟)設計關注的是具體的方案，例如，如何分組、實驗組和對照組如何處理、因變量如何檢測、無關變量如何平衡和消除等。實驗方案設計特別強調的是條件控制，通常要寫出無關變量。實驗思路(偏宏觀)與實驗方案設計類似，但并不過分關注細節。實驗思路關注的是自變量的確定、因變量的確定以及預期結果與結論的關系。

實驗思路設計類試題，大都有共同的特點：緊扣教材基礎知識、基礎實驗或經典科學實驗，實驗目的清晰、方法明確、材料具體，要求學生寫出實驗思路，指出預期的實驗結果及結論。能力要求方面，都對學生的實驗探究能力、遷移能力、信息加工能力、語言表達能力提出了較高的要求。

二、探究性實驗思路設計題的核心思想與解決原則

教師在教給學生基礎知識的同時，還應教給學生解決問題的原則、方法與技巧，才能真正提高學生運用所學知識解決實際問題的能力。

1.探究性實驗思路設計題的核心思想

“假說——演繹”法是現代科學研究中常用的思想方法，也是解決探究性實驗思路設計類問題的核心思想方法?！凹僬f——演繹”思想明確了現代科學研究的基本思路：發現問題→提出假說→演繹推理→實驗驗證→得出結論，同時指出了“假說與預期實驗結果”“實驗結果與實驗結論”之間的相互關系。高考試題中的探究性實驗思路設計類問題，大都以此為命題主線。以“假說——演繹”思想為指導，能站在高處審視問題，從總體上把握問題解決的思路，有利于培養學生的全局觀念與大局意識。

2.解決探究性實驗思路設計題遵循的基本原則

探究性實驗思路設計題通常以驗證假說為目的來設計實驗思路，邏輯思想是差異歸納法，往往需要設計一組或幾組進行了共性處理和差異處理的對照實驗，通過分析各組的條件異同，得出影響實驗結果的因素。設計對照實驗，通常需要遵循一定的原則，如單一變量原則、對照原則、平行重復原則、科學性原則等。共性處理是指對實驗組和對照組采取相同的處理措施，即除自變量以外，應使實驗組與對照組的無關變量保持相同且適宜。如生物材料相同(大小、生理狀況、年齡、性別等)、實驗器具相同(型號、潔凈程度等)、實驗試劑相同(用量、濃度、使用方法等)和條件相同(保溫或冷卻、光照或黑暗、攪拌、振蕩等)。而差異處理是指對實驗組和對照組采取不同的處理措施，使實驗組與對照組的自變量不同(其余因素都相同)，以便為得出影響實驗結果的具體因素提供依據。共性處理與差異處理實際上是“單一變量原則”和“對照原則”在實驗方案設計中的具體運用。在實驗設計中為了避免實驗結果的偶然性，必須對所做實驗進行足夠次數的重復，以獲得多次實驗結果的平均值，保證實驗結果的準確性。在設計實驗時必須有充分的科學依據，即實驗目的明確、實驗原理正確、實驗研究的材料和實驗方法的選擇恰當、整個實驗設計的思路和實驗方法的確定都不偏離實驗原理、有關的生物學知識及其他學科領域的基本知識。

三、探究性實驗思路設計解題模型的構建

在總結出探究性實驗思路設計題的特點、遵循的思想方法、解題原則的基礎上，總結出此類問題的具體答題套路，構建解決此類問題的模型，才能更加有效地指導學生進行規范答題，從容應對高考。

探究性實驗目的是實驗所要發現或解決“生物學事實”是什么，或要解決該“生物學事實”的哪一方面，通常以“探究(研究)……對……的影響”“探究(研究)……的最適溫度(濃度)”等形式呈現。而實驗原理則分析實驗所依據的科學原理是什么、涉及的生物學及相關學科中的方法和原理有哪些等問題。

2.確定實驗變量，設置對照實驗

依據實驗目的和實驗原理，找出自變量和因變量，確定實驗研究的因素，以及對實驗結果可能造成影響的無關變量，同時構思實驗變量的控制方法和實驗結果的獲得手段。自變量是實驗中可以認為改變的實驗條件，改變該條件，將引起實驗結果發生相應的改變，往往“探究什么”，“什么”就是自變量。自變量的控制通常采用“加減法”，加法就是加入自變量(或添加多一點)，減法就是去掉自變量(或添加少一點)。因變量是實驗觀測的指標，是實驗者在進行探究性實驗時對實驗結果評價的一個標準，可以是通過實驗者主體感官獲取到的顏色、形狀、氣味等現象所展現的主觀指標，也可以是通過工具或儀器定量測得的數據所表現的客觀指標。探究實驗中，應盡可能選擇具體的、有效的、不帶有個人主觀意愿的、可操作性強的指標作為因變量。

3.確定實驗方法，設計實驗步驟

在具體的問題中，需要根據試題的要求，依據實驗目的、實驗原理和所提供的材料，嚴格遵循實驗設計的原則，確定具體的實驗方法，設計科學可行的實驗步驟。一般情況下，常規實驗步驟的設計可歸納如下：分組與編號→放置相同的實驗對象→創設不同的影響因素→相同環境條件下進行培養→觀察和收集數據。

4.分析預期的實驗結果，得出實驗結論

探究性實驗研究的是自變量與因變量之間的關系，在答題過程中，可依據現有科學理論對實驗結論提出一種或幾種假設，實驗結果預測一般與假設相對應：若實驗結果與預期結果一致，則得出與先前的假設一致的結論，即假設成立；反之，假設不成立。探究性實驗的結果與結論不唯一時，需進行分情況討論。