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浅谈生物教学中的“实验设计”汉寿县朱家铺中学 陈瑞兰目前，随着教育教学和考试命题改革的不断深入，对生物实验教学有了更高的要求，开放性的实验设计已成为当前生物老师与广大学生面临的一个新课题。在此，笔者想从以下几个方面谈谈自己的拙见。一、实验设计的意义：生物学是一门以实验为基础的自然学科，无论是教改还是考试命题改革都要求教师和学生对生物实验进行设计。其生物实验设计的具体意义体现在以下几个方面。1、是进行思想观念教育的需要。生物学设计是实验探索生命本质的一项复杂而艰巨的实践活动。具有客观性，不以人的意志为转移，则学生实验及得出实验结论时都应以实事为依据，养成良好的实事求是的精神品质。通过实验设计和操作可以让学生形成人和自然必须和谐，才能发展的理念。 2、是训练学生养成科学学习方法的需要。学生只要掌握了科学的学习方法，就能终身学习，享用终生。而在实验设计中所考虑的观察方法，实验技能，实验操作以及社会调查活动的开展都可以让学生形成科学学习方法得到良好的训练。 3、是培养学生多种能力的需要。通过生物实验设计可以逐渐使学生初步具有观察能力、实验操作能力、思维能力，研究能力，创新能力以及团结协作精神。 4、是学生获得生物学知识的重要途径，由于生物实验设计可以在极大程度上激发学生学习生物学的兴趣。它是提供学生认识材料和学习情景的有效途径。对学生获取新知识，加深理解和巩固知识，获得良好的学习效果有着十分重要的意义。二、明确实验设计中的基本理论实验设计的“开放性”不能违背实验中的基本理论。科学的实验，由于实验研究问题的性质及真理不同，科学研究的过程以及实验操作者也有差异，但一般而言通常有以下基本步骤。1、观察，这里的观察是指处于自然常态条件下进行的积极主动的团体或个人行为。观察时必须仔细而周详，且要作好相应的记录，培养学生观察、记录和处理实验数据的技能自己编制观察记录表的能力，独立进行观察和团体协作能力，统计分析实验结果的能力等。更为重要的是要以科学、客观的态度来进行观察，特别要避免产生定势思维和经验幻想，以确保观察的真实性、可靠性。2、提问。如何提出问题？一方面学生对事物作慎密观察后会因疑问想作进一步了解而提出问题，但是，一般只看有意义的问题才值得再探究。另一方面，教师要为学生创造情境提问题，教师通过精心设计难度适当而又有助于学生形成认知冲突的问题情境，让学生产生一种认知的困惑，以形成积极的探究动机，激发学生的学习兴趣，这个探究情境同时是为学生设定一个适当的探究范围以及在探究过程中所用的方法。再者所提问题应让学生充分争论，充分发挥学生的主观能动性，研究时，不仅要提出问题，更要提出确切而又科学的问题，并保证问题的叙述要清楚且正确。例如“蚯蚓如何借助肌肉的收缩与舒张而移动身体的？”3、假说。假说实际上是对所提出的问题所作出的参考答案。一般来说假说的形成可分为两步：首先依据探究的事实材料或已知的科学知识，通过发散性思维，提出涵益各种可能的初步假定。之后，依据假定进行推理、排除并综合分析，得出具体的假设性结论。例如：“培养彩色植物的实验”。其假说是：a、“能培养出彩色植物”，b、“不能培养出彩色植物”，c、“培养出彩色花斑植物体”，假定性结论是“用彩色液体便能培养出美丽的彩色植物”。4实验。一方面是学生各种技能培养的关键以及各种技能的再现，另一方面是实现验证假说和解决问题的最终途径，科学的实验过程必须要注意以下几个方面。a、实验变量与反应变量。实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件。而反应变量是指由实验变量而引起的变化结果，二者之间是前因后果的关系。实验的目的就在于培养学生的各种技能，在于获得和解释前因与后果。例如关于“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，“低温（冰块）、适宜温度（37）、高温（沸水）”就是实验变量，而这些实验变量引起的实验变化结果就是反应变量。该实验是在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。b、无关变量与额外变量。无关变量是指实验中除实验时人为改变的量外的影响实验结果与现象的因素或条件。由无关变量引起的变化结果就是额外变量。它们之间也是前因后果的关系。但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。例如“唾液淀粉酶实验”中，除实验变量（温度）外，试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、温度处理的时间长短等诸多因素都属于无关变量，如果无关变量中的任何一个或几个对上述三组实验不等同、不均衡，就会出现与本实验所需达到的结果不相符的结果产生额外变量，影响实验的真实结果。c、单一变量原则。不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量而限定其它变量，然后对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。例如：我们在做“植物的向性运动”时，就有重力与单侧光两个实验变量，必须要有各自实验和变化结果，常见的错误就是在有光的条件下进行重力实验变量，影响了实验结果的准确性。d、平衡控制。平衡控制主要是针对无关变量与额外变量的控制。因为许多实验中的无关变量是客观存在的，很难避免，既然如此，那么只能设法平衡和抵消它们的负面影响。平衡控制的形成主要有以下几种。单组实验法：对一组或一个对象，随机或轮流循环地采用两种（或两种以上）的方法，选用两种（或两种以上）的实验材料。由于实验对象唯一，无关变量影响也被平衡与抵消。如：“观察质壁分离与复原”实验，通常先做质壁分离实验，然后紧接着在同一材料上再做质壁复原实验。等组实验法：将一种状况相等的实验对象分成若干组，不同组采用不同的方法处理。例如：“根对矿质元素的交换吸附”的实验中，两组等量被染色的根，一份放入CaCl2溶液中，另一份放入等量的蒸馏水中的对比实验，就是等组实验。轮组实验法：对两组或更多以上的实验对象，循环采用两个或两个以上的实验处理。例如：在“植物向光性”实验中，可随机取两株生长状况不同的玉米幼苗，作如下处理：甲组中，玉米幼苗A先用“不透光”处理，B后用“单侧光”，乙组中，玉米幼苗C先用“单侧光”，D后用“不透光”。实验结果处理是A+D与B+C的对比。轮组实验操作要麻烦些，但这种处理的匹配，对平衡消除无关变量与额外变量往往更具有说服力。分区片对比法：所谓分区片对比法就是把班上的实验小组分为几个大区，采用不同的实验材料来完成同一类型的实验，然后把实验结果进行对比总结，以便进一步培养学生实验的积极性与主动性，进一步培养学生的好奇心和求知欲。进一步开拓学生的探究视野。例如：在做“培养彩色植物体”的实验时，就可以将班上实验小组，划分为若干个区片（每个区中至少要有三个实验小组），给每个区片发放不同的活植物体（至少三株）。实验时把二株植物体分别栽培在盛有红水、蓝水的烧杯中，把余下的一株植物体进行特殊栽培让一部分根在红水中，另一部分根在蓝水中，结果是无论运用哪样植物体都可以得到叶子变红、叶子变蓝的整棵植物体，红、蓝相间的植物体。这一实验与传统实验相比，不仅证明了导管的功能，而且能让学生认识到植物的茎内有许多导管，还能直观感受到导客运输水分的作用。e、对照。对照是对实验设计和实施进行有效控制的准则之一。通常，一个实验总是分为实验组和对照组。从理论上讲，由于实验组与对照组的无关变量相等，额外变量被平衡，因此实验组与对照组的差异，即可以认为是来自实验变量而产生的反应变量。当然，实验中，至于哪一个作为对照组或实验组，一般是随机的。对照的形式又有以下四种。空白对照：对照组为不做任何实验处理的对象组。例如：在做“培植彩色植物体”的实验中，实验组的烧杯中滴加了红水或蓝水，而对照组的烧杯中只放了等量的蒸馏水，起空白对照自身对照：实验与对照在同一对象上进行，不再另设对照组。例如：在做“质壁分离与复原”实验时，先将“细胞”放入浓盐水中，看到分离现象，然后再把它放入清水中，又看到复原现象，这样自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。条件对照：这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，用以验证实验结论的正确性。例如：在做“动物激素饲养小动物”的实验时，采用条件对照。甲组为实验组（饲喂甲状腺激素），乙组为条件对照（饲喂甲状抑制剂），显然，通过条件对照，实验说服力大大提高。相互对照：几个实验组的相互对照，不另设对照组，这种方法常见于区片对比法实验中。如：前面已谈到的“彩色植物体的培植”实验中，把植物体分别培养在盛有红水、蓝水的烧杯中，把一株植物的根培养在分别盛着红水、蓝水的两个烧杯中，可以培养出红色、蓝色、红蓝相间的植物体，这些植物体的培植，可以得出了植物导管的作用。5、实验结论。实验的真正价值体现在以下两大方面：一方面获得验证性的结果，另一方面探求出新的观点让学生养成科学学习的方法。实验中必须要如实详尽地记录实验事实、现象及相关数据（即反应变量），并采用科学合理的方法进行论证，才能得出真实可靠的结论。三、遵循实验设计的基本原则实验设计是指在正式实验之前，实验者根据一定的目的要求，运用有关的科学知识、原理，对实验过程中的材料、手段、方法及步聚等全部方案的制定。实验设计的思路是整个实验过程的基本依据，它能充分体现实验者的创见。但一般而言，实验设计时往往遵循以下几个原则。1、科学性原则：所谓科学性，是指实验目的要明确，原理要正确，材料和手段的选择要恰当，整个设计思路和方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。2、可行性原则：在实验时，从原理、实验实施到实验结论的产生，都实际可行。 3、简便性原则：实验设计时，要考虑到实验材料经济易取、实验装置简单、实验操作较简便，实验步聚较少，实验时间较短。4、可重复性原则：任何实验都必须有足够的实验次数才能判断确定实验结论的可靠性，设计实验只进行一次而无法重复就得出“正式结论”是不科学的。四、实验设计时的注意事项。生物实验和其它自然科学实验具有许多相似之