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生物实验设计类试题研究

高考生物实验试题主要可以分为三类:基础实验类(包括考试说明列出的实验和教材涉及的科学史经典实验)、实验设计类(包括验证性实验和探究性实验)、实验分析与评价类(包括实验分析、实验评价与修订、综合运用)。其中,实验设计类试题信息新、容量大、逻辑严密复杂、读写要求较高,加上新的技术和方法,会使部分学生感觉到难以解决,甚至读不懂题目。其实,生物实验探究所蕴含的设计思路和思想不会因为承载试题的知识内容不同而改变。因此,对于生物实验设计类试题,可以应用“模式识别”解题策略构建解题流程。

一、“模式识别”解题策略的内涵“模式识别”是指对表征事物或现象的各种形式

(数值、文字和逻辑关系)的信息进行处理和分析,以对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程。“模式识别”解题策略要求解题者对积累的知识和经验进行加工,得出有长期保存价值或代表性的典型解题方法以及基本模式,再将其有意识地记忆下来,并做简单编码。由此,遇到一个新问题时,首先思考它与哪个类型比较接近,其次分辨它属于已经掌握的哪种基本模式,再次确定解决这个类型的题目有哪些方法以及哪个方法可以拿来试用,最后联系一个已经解决过的问题,提取相应的解题方法来解决新问题。

二、“模式识别”策略在生物实验设计类试题中的应用举例试题

某生物兴趣小组调查发现,在黄瓜幼苗期喷洒一次乙烯利溶液(100~200mg•L-1),可促进其多开雌花,提高黄瓜产量。但乙烯利浓度低于或高于这个范围时,其作用效果尚不清楚。请设计实验,探究乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响。材料用具:2~3片真叶的盆栽黄瓜幼苗若干、乙烯利溶液(300mg•L-1)、蒸馏水、喷壶……方法步骤:(1)将黄瓜幼苗平均分成A、B、C、D四组。(一)明确实验目的。实验目的是实验设计类试题的灵魂,抓住了实验目的,就能顺势找到实验的原理和实验的变量。而实验的目的往往会通过一些表示目的的词语显示出来,如“为了”“探究”“研究”“验证”“证明”等。因此,我们可从题干的一大段文字中提取到实验目的:探究乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响。(二)明晰实验原理。实验原理往往来自三个方面:一是承载这道实验设计类试题的教材中的基础知识,如探究环境因素对光合作用强度的影响(人教版高中生物必修1第104页),其原理就是光合作用;二是一些特定的实验现象,如探究酵母菌细胞呼吸的方式(人教版高中生物必修1第91页),其原理包含检测酒精和二氧化碳的特有方法及特定现象;三是题干中的相关信息,如从本题中提取到的实验原理:乙烯利溶液(100~200mg•L-1)可促进黄瓜幼苗多开雌花,提高黄瓜产量。值得注意的是,并非每个实验的原理都要有这三个方面,有的可能仅有其中的一个方面。(三)明辨实验变量。在实验方案设计之前,要弄清楚实验所涉及的变量有哪些。一般实验的变量可分为三个部分,即自变量、因变量和无关变量。自变量和因变量一般蕴含在实验目的中,如本题的实验目的是探究乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响,结合自变量和因变量的含义不难确定,自变量为“乙烯利浓度”,因变量为“黄瓜开雌花数量”。除了自变量、因变量之外的实验变量均是无关变量,一般为实验各组所用生物材料、试剂的浓度及用量、培养条件等,如本题中的“黄瓜幼苗的状况”“培养液的用量”“各种培养条件”等。确定了变量之后,就要明确怎样控制无关变量,以使自变量单一,这是实验思路及实验步骤确定的前提。同时,对于一些比较抽象的因变量,如光合作用强度,要找到一个合适的观察指标,以便于实验结果的记录和分析。三种变量之间的关系可以通过图2来分析。(四)明察实验思路。实验思路是实验方案设计的指导思想,它的呈现方式多种多样,有的甚至直接以实验步骤的形式呈现出来。明察实验思路其实就是明白相应实验通过什么样的方法来控制自变量,根据什么样的实验现象来观测因变量,进而判断实验的目的是否达到以及自变量和因变量的关系。可以利用三个关键词来建立这一环节的识别模式:通过……根据……判断……。比如,本题的设计思路或设计思想可描述为:通过用不同浓度的乙烯利溶液处理黄瓜幼苗,根据黄瓜所开的雌花数目,判断乙烯利浓度对黄瓜开雌花数量的影响。(五)明分实验步骤。实验步骤是实验思路的具体呈现形式,也是实验方案的核心,更是“实验与探究”考查的重点。有些试题甚至会直接要求写出完整的实验步骤,这对学生的语言表达能力及逻辑思维能力都有很高的要求。实验步骤一般包含三个部分:第一部分是实验的准备工作,如取材、分组、编号等,同时要注意无关变量要相同且适宜以及重复实验原则;第二部分是描述自变量的处理方式,以确保其单一,同时对实验组和对照组的相同处理和不同处理,要体现对照实验的原则,强调无关变量相同且适宜;第三部分重点描述因变量是通过什么样的观测指标来表示的,即检测、观察、统计、比较实验数据和现象。比如,本题的实验步骤可写成:(1)取生长状况一致的黄瓜幼苗若干,平均分成A、B、C、D四组。(2)用蒸馏水稀释乙烯利溶液,配置成0mg•L-1、50mg•L-1、150mg•L-1、250mg•L-1四种浓度。(3)取等量上述各浓度乙烯利溶液,用喷壶分别喷洒各组黄瓜幼苗一次。(4)在相同且适宜的条件下培养一段时间后,记录并统计各组平均每株雌花数。(六)明记实验结果。对实验结果的记录最直观地方式是设计一个合适的表格来记录实验现象、数据等,而实验数据常常也可以某种数学模型的形式呈现出来,如曲线图。比如,本题便要求学生在预期的实验结果(某种可能的数据)的基础上,以曲线图的形式直观地表达实验可能的结果(如图3所示)。

作者:李素平 吴志强 单位:1.安徽省六安市霍邱县第一中学 2.安徽省芜湖市第十二中学

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