初中生物实验探究题的解题思路与技巧

。

1 什么是实验设计

所谓实验设计，就是要求学生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方法及分析实验的现象等。但在生物综合能力测试中由于受时间和卷面的限制，实验设计能力考查无法面面俱到，或者是考查实验步骤的设计、续写或修改，或者是实验现象的观察和分析，或者是实验数据的加工和实验结果的分析，或者是考查实验结果的预期与讨论，或者是实验装置的检验或改进等等。

2 实验设计的基本内容

设计一个较完整的实验方案一般应包括：①明确实验目的→②确定实验变量→③分析实验原理→④提出实验假设→⑤落实实验用品→⑥设计实验步骤→⑦预测实验结果→⑧得出实验结论

2.1实验设计的基本解题思路

2.1.1明确实验目的，分清实验类型

明确实验目的就是要弄清“做什么”的问题，即探究或者是验证什么生物学现象或原理。明确实验目的才能明确运用哪一原理进行实验设计，才能明白实验设计中哪一因素是实验变量。例如“设计实验验证呼吸时二氧化碳体积分数的变化”。此实验原理或实验思路与七年级上册教材“植物呼吸作用产生二氧化碳”的实验原理相同，因此采用教材中相似的实验设计思想：先准备两个盛有澄清石灰水的烧杯或锥形瓶，然后将含有二氧化碳的气体投入盛有澄清石灰水的烧杯或锥形瓶中。再如“口腔内的化学变化”，探讨的问题是温度与酶活性之间的关系，那么在实验设计中，“温度”这一因素应是实验变量。

实验设计一般有两种类型：验证性实验设计和探究性实验设计。验证性实验具有明确的结果，通过实验加以验证；而探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的，应针对多种可能分别加以考虑和分析，得到相关的结论。如二005年湖南怀化 “探究光照对菜豆发芽的影响”；2007年浙江湖州“唾液淀粉酶催化效率与时间关系”就属于探究性实验设计。

2.1.2找出两类变量，确定对照类型

一找出两类变量

在实验过程中，变量是指可被操纵的特定因素或条件。据其在实验中的作用，可分为两类：实验变量与反应变量：实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者操纵的因素或条件。反应变量，又称因变量，指实验中由于实验变量引起的变化和结果。通常实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如在“口腔内的化学变化”实验中，所给定的低温、适温和高温是实验变量，而由于低温、适温和高温条件的变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应结果也随之变化，这就是反应变量，该实验即获得和解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）的因果关系。

无关变量与额外变量：无关变量也称控制变量，指实验中除实验变量外的影响实验现象和实验结果的因素或条件。额外变量也称干扰变量，指实验中由于无关变量引起的变化和结果。显然额外变量会对反应变量起干扰作用。如：上述实验中除实验变量以外，试管的洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度、实验操作程序、温度处理的时间长短等，都属于无关变量。如果无关变量的任何一个或几个因素或条件，对三个实验组的给定不等同、不均衡、不稳定，则会对实验结果造成干扰，产生误差。在实验设计和操作中，要尽量减少无关变量，而且不同的实验组中的无关变量应完全相同，这样就会避免实验结果的差异是由于无关变量引起的可能性，便于清晰地研究实验变量与反应变量的关系。实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。

二确定对照类型

通过设置对照实验，既可排除无关变量的干扰，又增强了对实验结果的可信度和说服力。在一个对照实验中，可包括实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组，对照组是不接受自变量处理的对象组，一般是随机决定的。如“探究光对种子萌发的影响”，接受光处理的种子是实验组，不接受光处理的种子为对照组。设置对照通常有以下4种方法：

空白对照：设计一个不加任何实验处理的对照组。即不给对照组做任何处理因素。

自身对照：指实验组与对照组都在同一研究对象上进行，即不另设对照组。如“外界溶液浓度影响根细胞的吸水”是典型的自身对照实验，这种对照实验的关键是比较实验前后的变化。

条件对照：给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理。如在“验证甲状腺激素对蝌蚪发育的影响”的实验中，存在以下实验组和对照组。

甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）

乙组：饲喂甲状腺素抑制剂（条件对照组）

丙组：对蝌蚪不做任何处理（空白对照组）

相互对照：指不另设置对照组，而是利用几个实验组相互对照。如证明植物根向地生长实验中不同方向放置的玉米种子之间的对照。

根据实验要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照实验。了解常用对照的类型，有利于学生在实验设计时针对不同的情况加以设置。

2.2理解实验原理

实验原理决定着实验中主要实验步骤的设计及相应实验试剂的选择。如“设计实验验证呼吸时二氧化碳体积分数的变化”的实验。这一实验的实验原理同教材中常规实验“植物呼吸作用产生二氧化碳”实验原理相同，因此可用二氧化碳与澄清的石灰水反应来验证这一问题，明确了这一原理之后，也就明确了其主要实验步骤是类似的。

2.3提出假设和预期

假设：是“可能会怎么样”，并对可见现象提出一种可检测的解释。具体为：提出假设→寻找证据→符合事实（不符合事实）→假设成立（假设不成立）。

预期：在检测提出的假设以前，先提出实验的预期结果（一个假定的结果），若预期没有实现，则说明假设不成立；若预期得到实现，则假设成立。

2.4恰当选取实验材料

正如18世纪普鲁斯特莱选择一株生长旺盛的植物作为实验材料是其实验成功的原因之一一样，正确的选材决定着实验的成败。实验的选材是受实验原理、实验目的制约的。如“绿叶在光下制造淀粉”实验目的是鉴定绿叶在光下制造淀粉，因而，取材应注意含淀粉量要高。鉴定的原理是“淀粉与碘相遇变蓝色”，为使呈色易于观察，所选材料最好深绿色；又如“绿叶细胞中的叶绿体”实验，所选材料应当是色素含量高的材料（新鲜菠菜）；“外界溶液浓度影响根细胞的吸水”的选材应注意两点：一是所选材料必须有大液泡存在；二是为了便于观察，所选材料的细胞液最好有一定颜色。

2.5细心研究实验条件和器材

完成这一实验所必需的理化条件及生物学处理方法。如光照、温度、PH值、酶、缓冲剂、离心等。认真研究实验装置设计的严密性和合理性；在实验设计中，用具及材料的选择是十分重要的，要根据实验所提出的问题和要求，联系命题者所提供的器材，准确判断和选取实验所需的用具及材料。

2.6合理设计实验步骤

实验步骤的构思一般是：材料准备与前处理→分组、编号→对不同（或同一）对象施以不同的处理（对照原则）→结果观察（或预测）、记录→根据结果（现象）进行分析，得出结论。

实验步骤有一定的顺序，要注意实验步骤的关联性和实验操作的程序性。实验步骤的前后顺序一般不能颠倒，特别是关键环节。不同的操作顺序导致不同的结果并影响实验的严密性。如“模拟酸雨影响植物种子的萌发”实验，操作时必须先将种子分别置于不同的PH值中，放置一段时间后在观察。如在“口腔内的化学变化”的实验中，应“将3支试管先分别放入37℃、0℃、沸水中5分钟后再加淀粉酶”还是“先向3支试管中加入唾液后再将3支试管分别放入37℃、0℃、沸水中”呢？表面看两种操作无多大差别，其实前者的操作是正确的，因为如果先向盛有淀粉溶液的试管中加入唾液，此时唾液中淀粉酶对3支试管中淀粉均起消化分解作用。

在实验步骤的构思或表述中一定要遵循科学性原则、可操作性原则、对照性原则、单因子变量原则。

2.7观察和收集数据：

在实验方案中要事先设计定时观察的内容和观察的次数，同时应按要求进行观察，并将观察的现象和结果如实地记录下来。

2.8预测和分析实验结果，得出结论：

对记录的数据（包括现象、结果），进行整理分析，一般常用的表达方法有文字描述、表格、坐标曲线、画出观察图象等，然后进行推导得出结论。

3 实验设计中的注意技巧

3．1一实验组别的编号：

凡实验中涉及到两组或两组以上，需用一、二、3……或A、B、C……或甲、乙、丙……等加以编号便于区分。

3．2二实验现象的观察：

找准实验观察的对象并准确描述。如“骨的成分与骨的特性之间的关系”实验中，观察的实验现象为气泡的大小和气泡产生的速率；又如甲状腺激素对动物个体发育的影响，依不同的实验材料等因素确定观察现象。再如2006年钦州市会考模拟卷 “不同浓度酒精对水蚤的影响”……请回答：（一）采用何种方法来确定酒精对水蚤的影响？……（4）设计一张表格用于实验时记录数据。本题就考查如何确定实验观察的对象。

3．3实验结果的表达：

针对实验现象，分析单一实验变量对结果的影响并选用文字、表格、坐标曲线图等形式进行具体、准确表达。如上述2007甘肃兰州考查以表格形式来记录数据，呈现结果。在预期实验结果时，注意验证性实验具有明确的实验结果和结论；而探究性实验的现象和结果是未知的或不确定的，应针对多种可能分别加以讨论和分析，得到相应的结论。如 “探究蚯蚓在什么样的物体表面爬的快”，其预期结果就有4种可能。

3．4对照实验的科学性

对照实验中除变量外，其他条件应相同，同时要确保实验的正常进行。

如06年广西钦州市生物会考39题探究“蛆是从哪里来的?”某同学的探究过程是：将一块猪肉放在碗里，碗口覆盖有纱布，几天后，碗里的肉没有产生蛆。他得出的结论是:腐烂的肉不会产生蛆。该实验得出的结论不正确是由于实验过程中这个同学没有设置对照组。正确的探究过程是排除实验因素对结果的干扰，取两块大小相同的猪肉分别放在两个同样大小的玻璃碗里，期中一个碗口覆盖有纱布，另一个碗口敞开，连续观察几天，如下图一，二所示：

图一                                   图二

 又如06年钦州市初中文化素质学与练生物模拟卷（一）第四探究题“光对植物光合作用的影响的实验”中，实验开始就将两个装置分别放置黑暗处和光照处，互为对照实验。

3．5语言的准确描述

一在实验设计中，学生一般在时间、温度、物质的量上难以做到准确的量化描述，故尽可能用“定性”的语言表达，在实验步骤表述中巧用下列词语：如“一段时间”、“适宜的温度”、“适量的”、“一定量的”、“等量的”、“相同条件下”、“适宜条件”等。

二注意避免“词不达意”。如图三，有些学生描述为“分别在甲、乙两试管中加入A、B物质”，如此表达则成了图四的含义，显然两者不符。准确的描述应为“在甲乙两支试管中分别加入A、B物质”或“在甲试管中加入A物质，乙试管中加入B物质。” 

             图三            图四

说明：           代表A物质                  代表B物质

总之，解生物实验设计题时，既要掌握答题的基本思路（准确地把握实验目的——确定实验变量——设置实验变量——理顺设计思路——表达实验步骤——找准观察对象——预测和分析结果——得出实验结论），同时又要了解实验设计中的注意技巧，并结合实践多训练，定能提高实验设计能力。

[例]（二00二年上海卷）某生物学兴趣小组开展“不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响”的课题研究。他们已将香烟和蒸馏水按照一：一的重量比浸泡二4h，过滤后的滤液作为原液。如果你是其中一员，请回答：

(1）采用何种测定指标来确定香烟浸出液对水蚤有无影响？（只要一种指标）。

(2）做该实验时必备的实验器材是___________________________________________。

(3）写出实验的主要操作步骤______________________________________________。

(4）设计一张表格用于在实验时记录数据。

【思路方法】本题主要考查探究性实验的设计。基本解题思路如下：

①明确实验目的→②确定实验变量→③分析实验原理→④提出实验假设→⑤落实实验用品→⑥设计实验步骤→⑦预测实验结果→⑧得出实验结论

实验目的：探究不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响。

实验原理：烟草细胞中所含烟碱、焦油等对动物有毒害作用（生物学科知识定位），通过测定不同浓度香烟浸出液对水蚤的影响，如：每分钟心跳次数，单位时间内的死亡率或相同的水蚤全部死亡所需要的时间等任一种明确的、可量度的指标进行评价。

实验假设：假设香烟浸出液中含有烟碱等有毒物质，对水蚤生命活动有重大影响。

实验预期：香烟浸出液浓度越高，单位时间内水蚤死亡率越高（或心跳次数越慢）。

实验变量：不同浓度的香烟浸出液。

反应变量：水蚤的运动速度、单位时间内水蚤死亡率（心跳次数）的变化等。

无关变量：水温、PH值、水蚤的数量等

对照实验：空白对照（蒸馏水）

搜集相关资料信息：香烟的成分、水蚤的生物学特征（在实际开展研究性学习时应当了解这方面的情况，但应试答题时不一定要搞清）。

实验用具：显微镜、秒表（计时工具）、量筒、烧杯、载玻片、盖玻片等。

实验材料：香烟浸出液、蒸馏水

实验对象：水蚤

设计实验过程：材料准备与前处理→分组、编号→对不同（或同一）对象施以不同的处理（对照原则）→结果观察（预测）、记录→并根据结果（现象）进行分析

主要操作步骤：

（1）材料准备：用蒸馏水稀释烟草浸出液原液，配成3种不同浓度的溶液。

（2）分组、编号：准备4组生活状况相同（或相似）的相等数目的适量水蚤。

（3）对不同对象作不同处理（控制变量、设置对照等）：用3种不同浓度的烟草浸出液和蒸馏水（对照）分别处4组生活状况相同或相似等数适量水蚤，观察和记录一定时间内水蚤在蒸馏水及不同浓度烟草浸出液中心跳次数，重复3次。

（4）结果预测，设计表格，记录数据。

（5）观察结果，分析数据，做出结论。

[答案]

（1）水蚤每分钟心脏跳动次数。

（2）显微镜、秒表（计时工具）、量筒、烧杯、载玻片和盖玻片等。

（3）①用蒸馏水稀释烟草浸出液原液，配成3种不同浓度的溶液；②用吸管吸取水蚤，放于载玻片上，盖上盖玻片，调节光线，在显微镜低倍镜下观察；③用引流法引流，观察和记录一定时间内水蚤在蒸馏水（对照）及不同浓度烟草浸出液中心跳次数，重复3次；④整理实验资料，算出每分钟心跳的平均次数，做出评价。 

（4）

初中生物实验探究题的解题思路与技巧