王志国

摘 要：生物实验设计题作为一种经典的高考题型，学生答题结果依然不尽人意。主要原因是学生没有形成一套连贯完整的变量分析方法。如何帮助学生培养和提高对实验的分析和解决能力，本文以高考生物实验设计题为例，介绍笔者在教学实践中建立的基于“变量分析”的实验设计解题建模和应用，以供参考。

关键词：变量分析;实验设计;.教学模型;解题指导

1.建立以“变量分析”为核心的解题模型

实验设计题是生物高考必考题型，在浙江生物高考卷中的出现实验设计题更是体现浙江高考命题的特色，在2015的新选考卷中仍延续于今。但学生对这类实验设计题的答题情况总是丢三落四，总认为都是不小心导致错误。从本质看，是学生没有形成一套针对实验设计题的科学分析方法。在复习实验设计时，培养和提高学生的科学思维和方法，如何培养学生从题干信息中获取有效信息，形成一套完整的有效解决问题的分析方法，让学生真正学会思考，学会解决问题，是教学的核心目标。生物实验的各种结果都是由于实验中的变量引起，而实验操作时又必须保证控制好无关（额外）变量来观测实验结果，基于变量分析法是解决实验设计的科学方法。纵观各省历年高考中出现的生物实验设计题，都有一套较为固定的命题模式。整个试题都由题干描述、实验材料和用具、答题要求三部分组成，而在题干文字描述部分，都会出现实验目的的描述，实验目的中都指明了本实验要控制的实验自变量和因变量，实验分析和解决能力的培养完全可以从实验目的展开变量分析。若学生对实验过程中要施加和控制自变量和无关变量清楚了，要检测的因变量清析了，就把握了整个实验设计核心思维了。授以学生以鱼，不如授学生以渔，笔者在多年高三复习教学中，针对历年高考卷中出现的实验设计题，建构了始于实验目的的变量分析模型，用于指导学生解题，效果很好，所建模型如下图所示。

以浙江高考为例，例析以上解题模型在指导学生解题过程的应用;

试题：（浙江高考）请根据以下提供的实验材料，完善生物制剂W对动物不同细胞的分裂具有促进作用的实验思路，并预测实验结果。

实验材料：培养液、正常体细胞、癌细胞、W、胰蛋白酶、显微镜、血球计数板、盖玻片。

（要求与说明：答题时不考虑加入W后的体积变化等误差。提供的细胞均具有分裂能力，只进行原代培养且培养条件适宜）

（1）实验思路：

①取培养瓶若干个，分组如下：。

每组设置若干个重复样品。

②各组样品在培养箱中培养一段合适的时间后，各取其中的几个样品，加入胰蛋白酶，摇匀，取1滴样液到_______的方格区，盖上盖玻片，在________下分别计数并记录细胞数。

③重复②若干次。

④。

（2）预测实验结果（用坐标系和细胞数变化曲线示意图表示）：

2.应用模型指导学生解题教学实践

2.1寻找实验目的明确实验性质

任何一个实验设计试题的题干文字表述部分中总能找到本实验的实验目的，学生在阅读本题时，不难发现本题中的实验目的即“完善生物制剂W对动物不同细胞的分裂具有促进作用的实验思路”。从实验目的表述来看，本实验就是验证类实验，验证性实验的实验结果和实验结论是可知的，也是明确的，就是促进分裂作用，因此若要把实验结果画成坐标图形，其图形也是唯一的，也就是加了生物制剂W的实验组相比对照组都会促进。但若实验的性质是探究性质，那么生物制剂W的作用就不唯一了，可能促进分裂，可能抑制分裂，也可能无作用;所以把握实验的性质对实验结果的预测都有重要的帮助;

2.2确定實验自变量和分清实验组数

自变量的确定较为容易，从实验目的中就可以清晰的确定本实验的自变量是生物制剂W和不同细胞两个自变量。但实验组数的确定往往是学生最困难最易错之处，实验组数的精准确定至关重要，组数过多会导致人力物力的浪费，组数过少会引起实验数据的缺乏可信度而导致结果的不科学性;当然按评分标准来看，组数多了或少了都是不得分的。如何确定实验的组数呢？从两个方面考虑，一个是从自变量本身考虑，一个是从提供的材料数量考虑;显然本题的实验对象没有任何的限制，因此本题可分多组。本题从自变量角度分析，为体现对照原则，每个自变量都有实验组和对照组之分，即同种细胞加入生物制剂W和不加生物制剂W，因此两个自变量可确定分为四组，即只加体细胞、加体细胞和W、只加癌细胞、加癌细胞和W四组（本题答案）;实验组数确定了，实验步骤的书写就可基本确定。为体现单因子变量原则，所加的一切物质都要体现等量;

2.3推敲实验的观测指标和处理

每一个实验都有观测指标，实验观测指标是记录实验数据的重要途径。如何确定实验观测指标呢？其实很简单，可提示学生认真阅读题目提供的“实验材料”这段文字的描述。因为实验提供的材料和用具中，除了必备的试剂、药品和实验中会用到的仪器，如试管、烧杯、量筒等实验器皿外，一般都会提供本实验观测的设备，如显微镜或测量仪等设备。就可指导学生思考，提供的设备和实验的观测指标之间的联系，不难就可以推敲出实验的观测指标。如本题中的“实验材料”文字中有“显微镜、血球计数板”，显然实验的结果就是在显微镜下用血球计数板计数细胞的数量。

但实验观测指标的测量次数的确定，也是学生犯错率很高地方。有的实验需要进行实验前的测量，施加自变量后再次进行测量，否则最后的测量数据是没有可信度的。本题中关于细胞数量的计数，开始加入的是等量的细胞，因此没必要实验前测，只需培养一段时间后再测就可。解决这类问题的有效方法就是收集针对本类的近年各省的高考试题，请学生根据不同的实验情境确定观测次数训练，可显著提高学生对此类问题的敏感度。

此外，若一个组内实验对象有多个，还需对观测数据进行平均值处理，提高数据的准确度。如果试题要求测量随时间变化情况，还需对同一组实验对象进行间隔时间多次测量获得过程变化数据。获得实验全部数据后，都需要对实验数据进行整理统计分析比较得出结论;

3.依托变量分析的实验步骤语言表述

根据以上的分析，相信学生对整个实验设计的核心和细节问题都会比较清楚，对学生书写实验步骤的书面表达能起到指向性较强的指导作用。实验步骤的安排顺序其实就是实验变量分析的过程，有一般的规律性可循。现将实验步骤的书面表达过程模式总结如下：

第一步：取材、分组、编号、实验前观测;（取材时注意平行对照原则，实验的组数依据材料和变量而定，编号最好不要用阿拉伯数字以免和步骤号码混淆，看清是否需要实验前观测记录现象）

第二步：施加控制实验变量;（根据分组情况对不同的组别进行实验变量的施加和控制，并注意等量原则）

第三步：培养、观测、记录;（写清楚应在相同且适宜的培养条件和实验的具体观测指标）

教学过程可提供几个具有代表性的实验，进行学生自主书写实验步骤的书面表达训练，对学生的书写情况，利用高拍仪即时评价提出不规范之处，并进行逐步分析评价要点是否到位。

4.本模式教学中存在的问题及反思

在使用本模式组织教学时，学生的分析过程仍有些零乱，因为即时改变学生的思维习惯有些难度。在教学过程中，可设计学生活动，邀请学生同伴互助合作，针对实验进行分析互相点评，效果更加显著。在学生训练中帮助学生自主总结简化的思维要点，思维要点总结如下，一找自变量，知道自变量控制方法;二定实验的组数;三找因变量，推测因变量的观测方法，要不要实验前测量;四明了探究还是验证，知道结果预测有几种。按以上四要点来整体把握实验设计的要点和细节，教学实践证明更能有效指导学生实验设计。5C8F148E-E448-4D93-B607-8796433F5E33