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梯度法在高中生物实验教学中的应用

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李晶张改相

梯度法是一种测定单一因素的最适条件的实验方法。用梯度法测定某一因素的最佳条件或者最适条件时，首先根据文献资料或预实验结果确定取值范围，在该范围内缩小范围设置梯度，进行实验测定并绘制实验曲线。若该范围内测定的数据出现峰值，则峰值所对应的条件即为最佳或者最适条件;若此范围内未出现峰值，则需扩大自变量取值范围，继续实验，直到出现峰值为止。

梯度法最早应用于数学计算和工程学分析中。随着学科交叉的发展，梯度法的基本思路逐渐在高中生物实验教学中得到渗透和应用，扩展了高中生的实验设计和分析能力。下面以“探究生长素类似物促进插条生根的最适浓度”实验为例，分析归纳出高中生物实验中梯度实验法应用的基本思维过程。

一、梯度实验实例

高中生物必修三第三章中“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”的实验，就需要学生设计梯度实验去进行探究学习。学生在课前预习的基础上，可能会提出如何选取插条生根的浓度值的问题。根据“生长素浓度与所起作用的关系”曲线，学生知道促进生根的最适生长素浓度在[10-10]mol.[L-1]。然而生长素类似物又不完全等同于生长素，所以生长素类似物的浓度设置即成为实验设计的难点。教师可引导学生进行预实验来摸索条件，先以生根粉说明书上所给的6.0mg/ml为基准浓度，两边等梯度进行浓度取值：0mg/ml、2.0mg/ml、4.0mg/ml、6.0mg/ml、8.0mg/ml、10.0mg/ml，通过预实验发现所选的柳树插条在2.0mg/ml和4.0mg/ml的浓度下生根条数相对较多，浓度超过4.0mg/ml后生根条数持续减少。由此大致可以确定柳树插条生根的适宜浓度不能超过4.0mg/ml。为进一步精确确定柳树插条生根的最适浓度，可引导学生以2.0mg/ml为基准，以0.5mg/ml为梯度差，进行再次取值实验：0mg/ml、0.5mg/ml、1.0mg/ml、1.5mg/ml、2.0mg/ml、2.5mg/ml、3.0mg/ml、3.5mg/ml、4.0mg/ml。實验发现柳树插条生根条数较多的浓度为1.5mg/ml和2.0mg/ml，当浓度超过2.0mg/ml后，生根条数减少。若要更加精确锁定最适浓度值，可以此浓度为基准，缩小梯度差，在左右两侧等梯度取值进行再次实验，不断缩小梯度差值，直至达到所要求的测量精度为止。

上述实例仅仅是梯度法在高中生物实验中应用的缩影。实际上，高中生物实验中凡是测定最佳条件或者最适条件的实验均可运用梯度实验法解决。例如：高中生物必修一第五章中“探究影响酶活性的因素”中酶的最适温度和最适pH值的测定实验等都是应用梯度法的典例。

二、梯度法的实验流程剖析

梯度法的应用能够有效培养学生的实验设计思维和实验分析能力，教师应将梯度法的基本思维逐渐渗透在高中生物实验教学过程中。现将梯度法在高中生物实验设计中的基本实验流程总结如下：

根据系统论和程序设计的有关知识和思想，笔者将描述梯度实验步骤的过程借用程序设计的循环模式（如图1所示）来进行概括。其中输入过程指的是实验所用到的材料、试剂和条件的准备，在梯度实验中侧重为梯度等差值的设置;操作包含了“准备、处理和得到结果”三要素的完整处理过程;输出过程为得到最终结论的过程。依据试验流程的循环模式，笔者总结出了梯度实验的基本操作流程（如图2所示）。

高中生物教师在开展最适条件测定类实验时，就可依据以上梯度实验流程模式图所示的操作流程，适时引导学生进行实验思维和分析能力的训练，以达到有效提高实验教学效果和学生实验思维能力的目的。

作者单位 ?甘肃兰州市第五十中学 ? 甘肃兰州市第四中学

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