本文摘要：本文对学生害怕做生物实验设计题、教师怕上生物实验设计课的原因作了分析；提出了提高学生生物实验设计能力的三种策略：“问”的教学策略、“学”的教学策略、“练”的教学策略。

近年来的生物学高考中，实验设计题已经成了一种热点题型。实验设计题侧重考查学生的实验能力、思维能力和创新能力等各方面的能力，以及进行科学实验的思想和方法，能较好地体现新课程的教学理念，有利于指导新一轮教育课程改革，以适应现代社会对人才需要的发展。实验设计题的能力要求高，难度大，在生物教学中，一直存在着学生怕做实验设计题，一提实验设计便愁眉苦脸；老师怕上实验设计课，实验设计不知从何开始。因此，无论是平时教学还是高考备考中，普遍存在着解答实验设计题花费时间多，效果却并不明显的现象。

造成这种现状的原因究竟是什么呢？

首先是老师还没有摆脱“以知识为中心”的课程观念的束缚，还没有建立以全面提高学生的科学素养为宗旨，以培养学生的创新精神和实践能力为重点的新课程观；学生的学习方式仍然是被动接受式学习。

其次，实验设计包括提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达与交流等等方面，过程长环节多。老师在上课或训练时往往面面俱到，且要求在较短时间内完成，大多数学生完成一次实验设计要花费不少的时间。由于一次花费的时间多，而生物教学又不能仅上实验设计课，训练的次数很有限，训练重点又不突出，学生的实验设计能力自然难以提高。

再次，每次实验设计要求面面俱到，学生很难取得成功、很难获得老师的表扬。长此以往，在多次失败的打击下，学生就会对实验设计产生厌倦、害怕甚至对抗的心理。在这种消极情绪的支配下，又怎能提高生物实验设计的能力呢？

要走出这种困境，就必须重新调整我们的教学策略：

一、“问”的教学策略

“问”就是“问题意识”“问题情境”“问题的发现”“问题的提出”等。生物实验设计是学生探究性学习的一个环节，实验设计是为了解决科学问题而展开的。如果师生缺乏问题意识、发现不了问题、提不出问题，实验设计则会无从下手。“问”的教学策略是针对传统的生物学教学中教师讲科学、学生记结论，师生缺乏问题意识的实际提出的。受“以知识为中心”的课程观念的负面影响，以记住了结论获得高分成了评价的唯一标准，师生问题意识比较淡薄，而问题意识的培养又是培养创新精神的切入点、探究式学习过程中实验设计的起点。因此，必须对学生进行问题意识的培养。

那么，学生的问题意识是从哪里来的呢？它不可能都是自发形成，很大程度上需要教师在平时的教学过程中创设问题情境。当前形势下，作为教师就必须转变教育观念，改变以往的以单纯输入知识为主的满堂灌的方式和学生围绕老师的问题转的教法，通过挖掘教材、实验、运用信息技术，把生物科学知识的发生、发展、应用的全过程展示给学生，让学生在和谐、轻松、愉悦的课堂氛围中活跃思维，充分发挥学生在课堂的主体地位，使师生平等交流，让学生尽量多地体会科学家们是在什么问题情境下设计实验的。也可以带领学生走出校园，深入生产生活实际，引导学生结合自己身边的实际、日常生活、多观察勤思考，多问几个为什么，鼓励并指导学生敢问、会问、善问。提出有科学价值的问题来，激发他们进行实验设计解决问题的欲望。例如：学习《艾弗里证明遗传物质是DNA的实验》时提出，科学家们为何选择大肠杆菌和噬菌体为实验材料？为何不早点把DNA与蛋白质分开，直接地去观察DNA和蛋白质的作用？通过学习光合作用，同学们知道了地球上的生命都是建立在绿色植物叶绿体光合作用的基础上的：光合作用是地球上一切生物的食物来源、能量来源和氧气来源，光合作用有利于维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定，于是就自觉地关心起新学校的绿化设计，并提出了许多问题：“学校运动场是种草好还是铺塑胶好？”“荫香树叶的褐斑究竟是病害还是虫害？怎样防治？学校能不能种多一点花草树木？”；通过走出去，发现春节期间，广州、佛山等地区的应节鲜花（如金百合等）价钱很高，提出“金百合究竟是怎样栽培的？为何这样贵？”；通过结合生活实际，学生们提出了“同时做卤水豆腐和石膏豆腐时，豆腐表面的水为什么会发紫？” 等等。问题意识得到了有效提高。

二、“学”的教学策略

“学”就是“学习”、“模仿”。

学什么？首先是学习教材中蕴含的大量有关实验设计的背景材料内容。如：《细胞膜的分子结构》、《酶的发现》、《光合作用》、《生长素的发现》、《肺炎双球菌的转化实验》、《艾弗里证明遗传物质是DNA的实验》、《遗传的基本规律》的发现等等。这些内容，我们都可以充分利用科学发现史来创设情境，利用清华同方优质的多媒体教学资源引导学生观察，学习科学家们是如何发现问题、提出问题、分析问题，如何选择实验材料、提出假设、设计实验、作出预期、得出结论的，从而激发学生探索生命科学的兴趣，并在轻松愉快的观察过程中既掌握知识、领悟科学的思想观念，又学习了科学工作的方法和技能，为实验设计打下坚实的基础。

   模仿什么？当学生学习完课本中科学家们某个探索性实验后，教师就应该提出一些类似的问题，鼓励学生运用领悟的科学探究过程和方法；模仿科学家选材、安排实验步骤、做出假设、预期、分析实验现象、得出实验结论、表达和交流。例如：学完赫尔希和蔡斯所做的《噬菌体侵染细菌的实验》后，列出科学家探究的一般过程：提出问题（如何更有力地证明生物体内的遗传物质是DNA而不是蛋白质？）——制定计划（用³⁵S或³²P分别标记噬菌体的蛋白质和DNA，用被标记的噬菌体去侵染未标记的细菌，然后检测噬菌体的子代 ）——实施计划（首先在分别含有放射性同位素³⁵S和放射性同位素³²P的培养基中培养细菌，然后分别用上述细菌培养噬菌体，接着用被³⁵S或³²P分别标记的噬菌体去感染未被标记的细菌，经过短时间的保温后，用搅拌器搅拌、离心，检测离心管的上清夜和沉淀物的放射性）——作出假设（假设DNA是遗传物质；预期效果是沉淀物中将有放射性，DNA可以随噬菌体繁殖出大量的后代，而蛋白质不能；假设蛋白质是遗传物质，预期效果是离心管的上清夜中将有放射性，蛋白质可以随噬菌体繁殖出大量的后代，而DNA不能；假设DNA和蛋白质都是遗传物质；预期效果是离心管的上清液和沉淀物都有放射性，DNA和蛋白质都可以随噬菌体繁殖出大量的后代。）——得出结论（噬菌体的DNA是真正的遗传物质）——表达和交流（在科学杂志上发表论文）。然后要求学生模仿赫尔希和蔡斯设计：《烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不是蛋白质》，学生通过模仿很快就会作出正确的设计方案，从而体验科学探究的一般过程，体验到成功的喜悦。

   三、“练”的教学策略

“练”就是“练习”、“强化训练”。

生物实验设计训练，是培养学生实验设计能力的必经之路。学生在明确了完整的实验设计方案应该包括的内容和必须遵循的重要原则后，只有通过必要的实验设计训练，才能真正掌握实验设计的方法，提高实验设计能力。

1.迁移课本实验设计原理，平时渗透实验设计—树立实验设计的自信心

鉴于当前学生的科学实验素质较低的实际，进行实验设计的初期，学生对实验设计方案的思路模糊，存在畏惧的心理。此时我们迁移课本实验设计原理，平时渗透实验设计的策略，帮助学生树立实验设计的自信心。

课本实验是学生既熟悉又亲切的知识，师生在完成课本实验后可灵活地改变实验的某个条件，让学生模仿课本实验的程序进行简单的实验设计，使学生从中获得成功感，增强对实验设计的兴趣；同时在“模仿”的过程中训练学生实验设计的思维方式，使学生初步形成实验设计的思路，为实验设计实施的可行性奠定良好的心理基础。例如在学完《观察植物细胞的质壁分离和复原》的实验后，可布置下列一道实验设计题：现有老师配置的一烧瓶质量浓度为0.3g/ml的蔗糖溶液，另有一烧瓶清水，但忘记贴标签，现给你一台显微镜和相关器材，请设计一个实验鉴定哪瓶是清水, 哪瓶是蔗糖．这道题主要训练学生会不会迁移课本实验原理、选择实验材料和书写实验步骤，难度很小容易获得成功。接着可以让学生设计实验：验证洋葱表皮细胞液浓度的方法等。以逐步提高学生的实验设计能力。

2.重点训练——实验设计的思路

一个完整的实验探究过程包括以下六个环节，发现问题，提出假说，实验设计、实验实施、推导结论和运用结论。在这六个环节中实验设计是联系问题和结论的必经的桥梁。没有巧妙的切实可行的实验设计，一切科学探究都很难得出可靠的结论，因此实验设计能力的培养是培养学生科学研究素质的关键性的一环，中学阶段就应该加强对学生进行实验设计能力的培养。

加强学生实验能力的培养，不但要重视分析和解释实验现象和结果，以及推导实验结论能力的培养，更应重视培养设计实验方案的能力。无论哪种类型的生物实验设计，其本质都是根据实验题目所提出的问题，运用已具备的生物知识或生物学基本技能，有时甚至是根据实验题目所给出的信息或提示，构思出解决问题的方案，这有助于培养学生思维的发散性，综合知识和解决实际问题的能力。提高学生实验设计的能力，教师不但要让学生明确实验设计的理论知识，更重要的是应让学生掌握实验设计的正确思路。

实验设计的基本思路

1） 明确实验目的、实验原理及实验要求的基本条件；

2） 精心策划实验方法、严格设计实验过程、合理设置对照或变量，并引入科学的测量方法；

3） 能够做到有效预测实验结果、科学描述实验结果，并得出科学的实验结论。

例如：题目：血液中的钙离子在血液凝固过程中起重要作用，它的缺乏则血液不能凝固；草酸钾溶液能与血液中的钙离子发生反应，形成草酸钙沉淀，起抗凝作用。请根据提供的实验材料与用具，简要写出第二步及以后的实验步骤和实验结果，验证钙离子在血液凝固中的作用，并回答问题：
　　（1）．实验材料和用具1家兔2生理盐水3酒精棉4适宜浓度的草酸钾溶液5适宜浓度的氯化钙溶液6试管、注射器
　　（2）．实验步骤和结果
　　第一步：在A、B试管中分别加入等量的草酸钾溶液和生理盐水(见图1)

第二步：
　　……
　　问题：设置B管的目的　？
　　学生在解题时应确定以下的思路：
　　①明确要求和目的　根据材料设计实验，安排好实验程序，写出从第二步开始的实验步骤，并回答问题。
　　②联系知识原理　本题给出了钙离子在凝血中的作用及草酸与钙离子一旦生成草酸钙就会干扰血液凝固的现象。但不少题目是以学生已有的知识作为背景的，选用哪些知识原理，如何应用知识原理，需要认真分析思考，才能确定。
　　③确定实验思路　目的是组建起实验的基本框架。根据题中已给了A、B试管，而且管中已分别倒入了等量的草酸钾溶液和生理盐水，因此，应意识到A管与B管是一组对照，其单因素差别在于倒入的溶液不同，以下的各步骤应取完全一致的操作步骤。
　　④设计实验步骤　需根据思路思考后建立详细的实验程序，严格注意其中的可操作性，前后顺序要严谨、准确。如不能一开始就将氯化钙溶液倒入试管中。本题设计步骤如下：
　　第二步：用酒精棉消毒，用注射器取家兔血液。
　　第三步：立即将等量的新鲜血分别加入A、B两试管中，静置一段时间。
　　第四步：将等量的CaCl₂溶液分别加入A、B两试管中。
　　⑤实验结果的预期、分析和讨论 实验设计题的最后步骤。本题预期第三步后A管血不凝固，B管血凝固；第四步后，A管血凝固，B管血仍凝固。本题设置B管的目的是与A管对照。
　　据此，得出实验设计的基本思路为：1明确要求和目的→2联系理论原理→3确定实验思路→4设计实验步骤→5实验结果的预期、分析和讨论。由于实验设计题常常开放度较大，设计的实验步骤甚至在方法上可能不统一，但只要是科学的、合理的、可行的，都应给予认可。

　3.强化训练——实验设计专题

“实践出真知”，学习的目的在于应用，只有将知识应用于实践，才能加深对知识的理解和巩固，从而形成相应的技能。学生在明确了实验设计的基本原则和思路之后，一定数量的设计练习是必要的，它可培养学生综合处理信息的能力、逻辑思维能力以及语言文字的表达能力等，提高实验设计题的应答准确性。为了使学生更好地掌握实验设计的方法，提高运用知识解决问题的能力，可以按照实验设计题的类型采用专题训练的做法。专题训练的内容有：（1）设计实验方案：如三支试管内分别装有红眼雄性和两种不同基因型的红眼雌性果蝇，还有一支试管内装有白眼果蝇。请利用实验室条件设计最佳方案，鉴定并写出上述三支试管内果蝇的基因型(显性基因用B表示)这种题型要求学生根据题目的要求和给出的条件，确定跟书本相关的知识点涉及的实验原理，构思相关的生物情景，而后再设计便于操作的实验方案。这有利于培养学生想象能力、设计能力和创造能力。（2）设计实验步骤：如：现提供新鲜柑桔６０个，塑料桶（篮）数个，松树针叶适量，蒸馏水、清水、无色透明保鲜袋若干，医用APC(保鲜剂)、温湿计、台式天平、量筒、空调机等。请你设计一个实验方案，在室温24℃的条件下，研究松树针叶是否有保鲜作用。此类题目要求学生根据给定的器材和药品以及实验提出的目的，设计或补全实验步骤。这类题目体现了高考题强调理论与实际结合，学以致用的特点，有利于学生全面掌握实验设计的方法、步骤。（3）设计实验改进方法：此类题目主要检查学生对实验设计的严密性和科学性的把握，并以此为媒介，引导解决问题的思路方法，进一步培养学生的科学素质和实验思维能力。题型如1999年广东省的生物高考的第44题：验证PH对唾液淀粉酶活性的影响(题略)。（4）综合实验设计型：如：某地种、养殖品种及生产的某些因素如表：

种植	玉米、小麦、棉花、苹果
养殖	猪、鸡、牛、鸭
施肥	农家肥、化肥（25千克0亩）
虫害	玉米螟、粘虫、棉铃虫
农药	适量

请依生态学原理，选择种、养殖生物各两种，设计一个良性循环的生态系统(以物质循环示意图方式展示，如有必要请做简要说明)。这类试题完全为开放性试题，其条件、方法和方案均具有不确定性。要求根据题型要求自行设计。学生通过专题性的实验设计练习，对实验设计的原理有了本质上的理解，训练了思维的独特性和文字表达的准确性，创新能力得到极大的提高，同时使学生对实验设计的情感得到了升华，最终对实验设计的兴趣发生了质的飞跃。

4.交流点拨

由于实验设计题具有开放性的特点，再加上每个学生自己独特的思考方法和不同的解决问题的途径，得出的结果是多种多样的，设计水平高低不同。所以，在进行了一定数量的设计训练后，教师要及时给予点拨或引导学生交流设计成果，总结出生物实验设计方案的基本思路和评价标准(科学合理、设计简捷、效果明显等)，从而使学生巩固实验设计方法，提高实验设计的能力。另外，通过学生对实验设计方案的讨论，可以互相取长补短，完善设计方案，丰富设计内容。同学的启示和教师的点拨丰富了解题的思路，启迪了思维，通过交流点拨使每个同学对问题的理解更加全面和深入，实验设计能力就能得到很大的提高。

参考文献：

1、人民教育出版社生物自然室编著《生物》第一册、第二册（全日制普通高级中学教科书.必修）2003年6月第1版。

2．中华人民共和国教育部制定：普通《生物课程标准》（实验）人民教育出版社2003年4月第一版。