高三生物二轮复习微专题之生物实验方案的规范性叙述

以2019年人教版教材选择性必修２第３章第３节“探究.实践”栏目中“探究土壤微生物的分解作用”参考案例１为例，重点探讨实验方案中难度较大，学生最易出错的实验目的、实验原理、实验思路的规范性叙写方法。

一、案例
参考案例1：落叶是在土壤微生物的作用下腐烂的吗？以带有落叶的土壤为实验材料。

采用对照实验的方法，设计实验组和对照组。

对照组的土壤不做处理（自然状态）；实验组的土壤要进行处理，以排除土壤微生物的作用，同时要尽可能避免土壤理化性质的改变（如将土壤用塑料袋包好，置于60℃恒温下处理1h）。

案例探究落叶在土壤中被分解，是土壤理化因素的作用还是土壤微生物的作用，这是个很好的关于实验探究的命题情境。

在进行本实验操作之前，要求学生完整地写出具体实验方案，不仅能保障实验顺利进行，也能训练学生的实验题审答能力。

二、生物学实验方案规范性叙写的研究
1.实验目的规范性叙写
实验目的是指用精练的语言概述实验内容，是科学实验的出发点和归宿，也是科学探究活动的主线。

实验目的的叙写要明确检测、验证或探究某一生物学事实或生物学事实的某一方面，如探究（或验证）生命系统内部某一要素对另一生命要素的影响或某种环境因素对生命活动的影响等。

实验目的的叙写一般包括四个要素：实验性质（验证性或探究性）、实验变量、实验对象（实验材料）和反应变量（图1）。

实验目的的规范叙写，一方面要做到实验四要素的完整；另一方面要能正确把握该实验的自变量和因变量，并明晰自变量和因变量的逻辑关系。

本案例以落叶作为实验材料，实验变量是有无微生物，以落叶是否腐烂作为反应变量。

故本案例实验目的可叙写为“探究（实验性质）土壤中落叶（实验材料）腐烂（因变量）是否与土壤微生物（实验变量）有关”。

学生在叙写过程中常见的错误主要包括以下3个方面：
（1）对实验四要素的描述不准确或缺漏。

如“验证土壤微生物的分解作用”，缺少实验对象（土壤中的落叶）；“落叶是否是在土壤微生物作用下腐烂的”，缺少实验性质（探究）；“探究土壤中落叶腐烂的原因”，缺少自变量（土壤中微生物）。

（2）变量定位错误。

如“探究灭菌对土壤中微生物生活的影响”，实验变量和反应变量都定位错误。

（3）自变量和因变量逻辑关系错误。

如“探究落叶对土壤微生物分解作用的影响”，学生未能明确本实验自变量和因变量的逻辑关系。

实验结论是依据实验现象或实验结果，对自变量和因变量的关系作出科学推理而得出的一般性结论。

因此，实验结论的叙写与实验目的相类似。

2.实验原理规范性叙写
实验原理是指科学实验探究活动中实验方法、实验操作和检测方法等所依据的科学理论。

生物学实验就是采用一定实验手段操纵实验变量，使其施加于实验对象，然后观察和检测反应变量改变的情况，从而得出科学结论。

因此，实验原理应包括操纵自变量的原理、自变量作用的原理和检测因变量的原理（图2）。

其中，操纵自变量的原理包括材料选择、试剂选择和操作方法等的依据。

图２实验原理规范叙写的模式图
本案例中将土壤用塑料袋包好，置于60℃恒温下处理1h，可以灭活土壤中的微生物，是操纵自变量的理论依据。

以落叶的变化量作为观察指标是因为土壤中落叶在微生物分解作用下，质量会减少。

因此，依据图２所示思维模式图，本实验原理是“在60℃恒温1h条件下，土壤中的微生物将会全部死亡，但土壤理化性质不会发生改变（操作原理），微生物具有分解作用（自变量作用的原理），落叶在微生物分解作用下，质量就会减少（检测原理）”。

学生在叙写过程中常见的错误有两种：
（1）思维混乱，答非所问。

例如，“将落叶掩埋在土壤内部，使其发生作用”，“控制变量法、平行对照”等。

（2）缺步作答，对而不全。

例如，“微生物具有分解作用，能够将落叶分解成无机物”（缺少操纵原理和检测原理）。

近年高考试题设问中经常出现“这样操作的原因”“检测依据是什么”等，这实则是对实验原理的变式考查。

如2011年高考浙江卷第31题（3）实验中采用3H－TdR的原因“3H－TdR是DNA合成的原料之一，可根据CRD变化来判断细胞增殖（DNA合成）情况”。

3.实验思路规范性叙写
实验思路就是按照实验目的，依据相关的生物学规律和原理，采用科学实验方法，选择恰当的实验材料和仪器，制定出科学的实验实施方案。

“实验思路设计”题在近年高考中出现频率非常高，对学生科学思维和科学探究能力水平提出了更高的要求。

实验思路题的审答思维应该先从实验目的人手分析实验四要素，再选用合理的对照方法，创设实验条件，设计恰当的方案，最后理清思路、组织语言（图３）。

图３实验思路规范叙写的模式图
此题实验目的是探究土壤中落叶腐烂是否与土壤微生物有关，前面对实验目的叙写的叙述中，已经指
出实验的四要素。

实验变量是土壤中有无微生物，本实验可以判断为空白对照实验，应排除微生物分解作用以外因素的影响。

故实验思路是“取同种树叶若干，平均分成两份，一份埋人农田或林地（肥沃）的土壤中，另一份埋入经过灭菌（用塑袋包好，置于1h恒温箱1h灭菌）的同样土壤中，在相同且适宜的环境中培养，一段时间后将落叶取出称重比较，得出结论”。

学生在叙写中的错因主要包括以下４个方面：
（1）实验材料选择错误，如“取带有落叶的土壤两份，一份灭菌处理，另一份不灭菌，保持同等且适宜条件，一段时间后，观察两组腐烂情况”，由于土壤中已有落叶难以分离出来，同时其他不定因素较多，不宜直接作为实验材料，应另取新的树叶。

（2）变量判断错误，如“将落叶均分两份，一份灭菌，另一份不处理”，自变量应该是“有无灭菌的土壤”。

（3）对照方法错误，如“将落叶放在灭菌的土壤中，一段时间后，观察落叶是否腐烂”，缺少对照组。

（4）实验条件控制错误，如“将装有等量落叶的塑料袋分别埋入灭菌和未灭菌的土壤中”。

用塑
料袋装树叶，土壤中微生物将无法对树叶起作用。

综上所述，学生叙写实验思路时，错因集中体现在实验目的四要素判断不准、对照方法不正确和实验条件设置不当。

实验步骤是对实验设计思路的实践操作过程，其叙写思路与实验思路基本一致，只在表述上略有不同，实验步骤强调的是操作，实验思路强调的是想法。