利用“建模法”分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中?？碱}型

鄧文秀

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題是近幾年生物高考考察的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，高考生物試題十分重視對(duì)實(shí)驗(yàn)和探究能力的考查。考試統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)題成為得高分的瓶頸，而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力絕不是短時(shí)期內(nèi)培養(yǎng)起來(lái)的。筆者在“構(gòu)建生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題?？寄Ｐ汀钡慕虒W(xué)中采用了“建模法”，并將其概括為3個(gè)步驟：激活舊知，生成問(wèn)題—轉(zhuǎn)化問(wèn)題，引導(dǎo)歸類—拓展延伸，活用模型。

一、激活舊知，生成問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題常以新情境下探究型實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為主要形式，綜合考察同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)探究能力。通過(guò)復(fù)習(xí)探究型實(shí)驗(yàn)的知識(shí)體系（見(jiàn)下圖），指出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面存在的問(wèn)題，學(xué)會(huì)生成解決此類問(wèn)題的思維模型：明目的—找變量—析結(jié)果—得結(jié)論。

二、轉(zhuǎn)化問(wèn)題，引導(dǎo)歸類

【構(gòu)建模型1】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明細(xì)胞分裂素能引起營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞分裂素所在的部位運(yùn)輸

【學(xué)生活動(dòng)1】根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求展開(kāi)交流討論，以學(xué)習(xí)小組為單位在學(xué)案上填寫相應(yīng)內(nèi)容。由因變量的檢測(cè)方法，自變量和因變量的關(guān)系，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題型的第一種書(shū)寫模型。

【教師進(jìn)行問(wèn)題引導(dǎo)】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要關(guān)注的問(wèn)題：一是本實(shí)驗(yàn)的自變量是？因變量是？定性實(shí)驗(yàn)還是定量實(shí)驗(yàn)？實(shí)驗(yàn)處理是施用加法原則還是減法原則？二是實(shí)驗(yàn)中對(duì)因變量的檢測(cè)若涉及到物質(zhì)的運(yùn)輸類、過(guò)程類時(shí)，一般要對(duì)該物質(zhì)作上標(biāo)記，本實(shí)驗(yàn)采用放射性同位素標(biāo)記法。三是應(yīng)該如何標(biāo)記營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)？在對(duì)物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)記時(shí)，往往標(biāo)記的是合成該物質(zhì)的原料，如課本中涉及分泌蛋白的合成和加工的過(guò)程，標(biāo)記的是3H-亮氨酸。而本實(shí)驗(yàn)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的范圍較廣，可標(biāo)記氨基酸，也可標(biāo)記葡萄糖等小分子物質(zhì)，一般不標(biāo)記大分子物質(zhì)，為什么呢？通過(guò)這種問(wèn)題鏈教學(xué)，既可以體現(xiàn)教師在課堂教學(xué)中的引導(dǎo)地位，又可以充分體現(xiàn)學(xué)生參與課堂、自主探究、合作探究的教學(xué)理念。

【問(wèn)題解決】

【歸類總結(jié)】構(gòu)建模型1：自變量 →材料→因變量（?？寄Ｐ停?/p>

【構(gòu)建模型2】將生長(zhǎng)在水分正常土壤中的某植物通過(guò)減少澆水進(jìn)行干旱處理，該植物根細(xì)胞中溶質(zhì)濃度增大，葉片中的脫落酸（ABA）含量增高，葉片氣孔開(kāi)度減小。研究表明：干旱條件下氣孔開(kāi)度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，請(qǐng)以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一結(jié)論，要求簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。

【學(xué)生活動(dòng)2】圍繞探究活動(dòng)1交流討論問(wèn)題，每個(gè)學(xué)習(xí)小組形成一份討論方案，明確實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量。由因變量的檢測(cè)方法，自變量和因變量的關(guān)系，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題型的第二種書(shū)寫模型。

【教師進(jìn)行問(wèn)題引導(dǎo)】本實(shí)驗(yàn)提供的材料是ABA缺失突變體的植株，在自變量處理上采取了減法原則，而與探究活動(dòng)1不同的是本探究實(shí)驗(yàn)需要滿足一定條件，即“干旱條件下”才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模嵝褜W(xué)生在書(shū)寫設(shè)計(jì)思路時(shí)應(yīng)注意題干所給定的條件。

【問(wèn)題解決】

【歸類總結(jié)】構(gòu)建模型2：在……條件下，自變量 → 材料→ 因變量（條件模型）

【構(gòu)建模型3】“葉片中 CO 基因通過(guò)促進(jìn) FT 基因轉(zhuǎn)錄影響開(kāi)花”。為驗(yàn)證上述假設(shè)，以野生擬南芥、CO突變體兩種植株為材料，證明該推測(cè)。請(qǐng)簡(jiǎn)述你的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及預(yù)期結(jié)果。

【學(xué)生活動(dòng)3】根據(jù)探究要求展開(kāi)交流討論，以學(xué)習(xí)小組為單位在學(xué)案上填寫相應(yīng)內(nèi)容。明確本實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量，由因變量的檢測(cè)方法，自變量和因變量的關(guān)系，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題型的第三種書(shū)寫模型。展示小組交流討論后學(xué)習(xí)成果，其它學(xué)習(xí)小組補(bǔ)充完善。

【教師進(jìn)行問(wèn)題引導(dǎo)】實(shí)驗(yàn)的自變量是？加法實(shí)驗(yàn)還是減法實(shí)驗(yàn)？因變量是？本探究實(shí)驗(yàn)是希望學(xué)生找準(zhǔn)自變量和因變量，而中間物FT基因轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物——FT-mRNA應(yīng)作為自變量去處理還是作為因變量去檢測(cè)呢？所給定的材料中不難發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)T-mRNA應(yīng)該作為因變量1去檢測(cè)，而開(kāi)花時(shí)間應(yīng)作為因變量2去檢測(cè)。

【問(wèn)題解決】

【歸類總結(jié)】構(gòu)建模型3：自變量→導(dǎo)致→因變量1→ 因變量2

【構(gòu)建模型4】“葉片中 CO 基因通過(guò)促進(jìn) FT 基因轉(zhuǎn)錄影響開(kāi)花”。為驗(yàn)證上述假設(shè)，以野生擬南芥植株、CO突變體植株、FT-mRNA、無(wú)關(guān)mRNA為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明該推測(cè)。請(qǐng)簡(jiǎn)述你的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及預(yù)期結(jié)果。

【學(xué)生活動(dòng)】圍繞探究活動(dòng)3交流討論問(wèn)題，以學(xué)習(xí)小組為單位在學(xué)案上填寫相應(yīng)內(nèi)容。明確本實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量，由因變量的檢測(cè)方法，自變量和因變量的關(guān)系，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題型的第四種書(shū)寫模型。展示小組交流討論后學(xué)習(xí)成果，其它學(xué)習(xí)小組補(bǔ)充完善。

【教師進(jìn)行問(wèn)題引導(dǎo)】本實(shí)驗(yàn)的自變量是？因變量是？本探究實(shí)驗(yàn)與探究實(shí)驗(yàn)3的區(qū)別是材料的不同，而中間物FT基因轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物——FT-mRNA應(yīng)作為自變量去處理還是作為因變量去檢測(cè)呢？所給定的材料中不難發(fā)現(xiàn)，CO基因應(yīng)作為自變量1處理，F(xiàn)T-mRNA應(yīng)作為自變量2處理，為排除mRNA中還存在其他的附屬物會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾，實(shí)驗(yàn)組中設(shè)置加入的是無(wú)關(guān)mRNA，而不是不作處理，本實(shí)驗(yàn)開(kāi)花時(shí)間是作為因變量去檢測(cè)。作為中間變量到底應(yīng)該作為自變量處理還是因變量檢測(cè)，關(guān)鍵是看題干中所提供的材料。

【問(wèn)題解決】

【歸類總結(jié)】構(gòu)建模型4：自變量1 → 產(chǎn)生→ 自變量 2 → 因變量

三、拓展延伸，活用模型

通過(guò)新的問(wèn)題，再次啟發(fā)學(xué)生活用模型，讓學(xué)生取得收獲，進(jìn)一步發(fā)展能力的同時(shí)，體驗(yàn)成功的過(guò)程。例如：獨(dú)腳金內(nèi)酯是近年新發(fā)現(xiàn)的一類植物激素。為了研究獨(dú)腳金內(nèi)酯類似物GR24對(duì)側(cè)枝生長(zhǎng)發(fā)育的影響，科研人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

第一步：

為了進(jìn)一步研究GR24的作用機(jī)理，科研人員用野生型植株進(jìn)行了圖2所示實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3。

①進(jìn)行實(shí)驗(yàn)處理時(shí)，NAA應(yīng)加入固體培養(yǎng)基____________（填“A”或“B”）中。

②據(jù)圖分析，GR24對(duì)側(cè)枝生長(zhǎng)____________，推測(cè)GR24的作用機(jī)理是____________。

第二步：

據(jù)圖3的結(jié)果，科研人員提出了一個(gè)假設(shè)：在頂芽產(chǎn)生的生長(zhǎng)素沿主莖極性運(yùn)輸時(shí)，GR24會(huì)抑制側(cè)芽的生長(zhǎng)素向外運(yùn)輸。為驗(yàn)證該假設(shè)，采用與圖2相同的切段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)?jiān)谙卤碇械目瞻滋幪顚懴鄳?yīng)處理內(nèi)容，完成實(shí)驗(yàn)方案。

課后讓學(xué)生多練習(xí)生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，更牢固掌握模型，使知識(shí)繼續(xù)延伸，達(dá)到提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力的目標(biāo)。

運(yùn)用“建模法”，“問(wèn)題引導(dǎo)”是基礎(chǔ)，“模型歸類”是關(guān)鍵，“活用模型”是核心。教師是學(xué)生學(xué)習(xí)方向的引導(dǎo)者，學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)者;而學(xué)生則應(yīng)通過(guò)“自主、探究、合作”的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。利用“建模法”引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題常考模型，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)對(duì)能力，解決了千變?nèi)f化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，但模型并不是萬(wàn)能的，所以更要加強(qiáng)學(xué)生審題，準(zhǔn)確的語(yǔ)言表達(dá)等多方面的能力培養(yǎng)。