设计科学探究

目的

科学探究从观察或问题陈述开始，而不是直接从目的开始。例如，反应加热后变快这一观察，可转化为问题陈述：温度如何影响酶促反应的速率？

目的则准确说明探究要找出什么，并写成可通过实验测试的形式。本页自始至终使用同一个实例：探讨温度对淀粉酶分解淀粉速率的影响。

假设则更进一步，以可由结果证明成立或不成立的形式，预测两个主要变量之间的关系，例如：温度越高（直到最适温度），淀粉酶分解淀粉的速度越快；超过最适温度后，速率则下降。这是对反应如何进行的预测，而不是对考试会考什么的预测。

变量

• 操纵变量，探究者在各次实验之间刻意改变的唯一因素。在本实例中，即反应混合物的温度，设定为25°C、35°C、45°C、55°C和65°C等数值。
• 应变量，因可能随操纵变量而改变而被测量的因素。在此实例中，即样本的碘液测试呈阴性所需的时间，反映淀粉被分解的速度。
• 控制变量，所有可能影响结果，因此必须在每次实验中保持相同的其他因素，以确保应变量的任何变化只能归因于操纵变量。在本探究中，这包括淀粉酶溶液的浓度与体积、淀粉溶液的浓度与体积，以及混合物的pH值。

材料与仪器

仪器须能准确设定与测量操纵变量、精确测量应变量，并保持每个控制变量不变。在淀粉酶与温度的探究中，符合要求的仪器包括：

• 每次实验浓度与体积相同且已注明的淀粉酶溶液和淀粉溶液
• 设定在所选温度范围内的水浴（或用本生灯加热、或用冰块冷却的烧杯水）
• 温度计，用以确认每个水浴已达到并维持所需温度
• 试管、滴管，以及配有碘液的白色点滴板，用于定时取样并测试混合物
• 秒表，用以计算从混合到碘液测试呈阴性所经过的时间
• 量筒，用以每次量取相同体积的淀粉酶溶液和淀粉溶液

步骤

良好的步骤须注明确切用量与浓度，采用合适范围的操纵变量，保持每个控制变量相同，并在每个数值上重复进行以得出可靠规律。适合淀粉酶探究的步骤如下：

1. 设置五个水浴，温度分别为25°C、35°C、45°C、55°C和65°C，并用温度计检查每个温度。
2. 分别量取5 cm³淀粉溶液和5 cm³淀粉酶溶液，放入两支试管中，再将两支试管一同放入同一水浴中5分钟，使其达到该温度。
3. 将两种溶液倒入同一支试管中混合，并立即启动秒表。
4. 每隔30秒，用滴管取一滴混合液滴在装有一滴碘液的点滴板上。
5. 记录碘液不再变蓝黑色的时间，这表示淀粉已全部被分解。
6. 在其余四个温度下重复步骤1至5，并确保每次淀粉酶溶液与淀粉溶液的浓度和体积保持相同。

预期结果

结果应记录在表格中，每栏须有清楚的标题与单位，例如以°C为单位的温度和以秒为单位的碘液测试呈阴性所需时间。根据假设，所需时间预期随温度升高至最适温度（约35至45°C）而缩短，之后再升高时因酶变性而重新延长。

这是对实验表现的预测，须与实际结果核对，并非对考卷内容的预测。

结论

良好的结论须重申目的，描述结果实际显示的规律，并说明假设是否成立。对于淀粉酶探究：温度从25°C升高至最适温度时，碘液测试呈阴性所需时间缩短，显示淀粉分解速率增加；超过最适温度后，所需时间再次延长，因为酶受热变性。

这一规律支持了温度影响酶活性直到最适点、超过该点反应便减慢的假设。

常见错误

第三卷风格问题

情境。一名学生发现水草在强光下比在弱光下产生更多气泡，想探究光照强度如何影响光合作用速率。

下列问题以此情境为准。

问题1（提出假设）。为本探究写出一个合适的假设。

参考答案。光照强度越高，光合作用速率越高（每分钟产生的气泡越多），直至某一程度为止。

这将操纵变量（光照强度）与应变变量（每分钟气泡数）联系起来。

问题2（控制变量）。说出操纵变量、应变变量和两个控制变量。

参考答案。操纵变量：光照强度，通过把灯移到设定的距离来改变。

应变变量：每分钟释放的气泡数。控制变量：水温和二氧化碳浓度（例如来自所加入的碳酸氢钠），以及水草的种类和长度。

问题3（列表与呈现数据）。说明结果应如何记录和呈现。

参考答案。将光照强度和每分钟平均气泡数记录在带清楚标题与单位的表格中。

把平均速率对光照强度绘制成折线图，因为光照强度是连续变量，并画出最佳拟合线。

问题4（作出推论）。在高光照强度下，速率不再上升。

你能作出什么推论？

参考答案。可以推断另一个因素已成为限制因素，例如二氧化碳浓度或温度。

进一步提高光照强度不再提高速率，因为反应此时受该因素限制。

安全事项

• 设计任何探究时，凡涉及化学品、加热或玻璃器皿之处，都应计划佩戴护目镜。
• 纳入安全处理热水浴、本生灯和玻璃器皿的步骤，并在不使用时关闭热源。
• 若使用活体生物，应计划以人道方式对待，并在探究结束后负责任地将其放归或处置。
• 评估所选化学品的危害，使用适宜的最低浓度，并遵照标签上的安全信息。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题