探究性實驗思維訓練中的教學策略

　　生物學是一門以實驗為基礎的自然科學，在近幾年的高考中，實驗能力考查所占比例達到了最大值，成為高考的重點、難點。探究性實驗題可綜合考查學生的理解、分析能力，對信息的處理能力，語言表達、遷移能力，等等。這一類題目往往開放程度高，存在一定的難度，因此得分率較低。根據對江蘇2009年高考生物試題第32題的分析、研究，我結合教學實踐，對學生探究性實驗思維訓練的教學策略總結如下。
　　一、探究性實驗題的一般分析步驟
　　探究性實驗題的一般步驟可分為：明確實驗目的→實驗原理→確定實驗變量→設計對照實驗→控制無關變量→實驗觀測指標的確定及預測實驗結果。
　　二、高考真題
　　（2009年江蘇生物高考32題）動物器官的體外培養技術對于研究器官的生理、病理過程及其機制意義重大。下圖是一個小鼠的肝臟小塊培養裝置示意圖。請回答下列問題。
　　（1）肝臟切成小薄片，這有利于肝臟細胞?搖?搖?搖?搖。
　　（2）氣室中充入5%CO氣體的主要作用是?搖?搖?搖?搖。
　　（3）培養液中添加抗生素是為了抑制細菌生長，但要注意選擇抗生素的?搖?搖 ?搖?搖，以保證抗生素對肝臟無害。
　　（4）有機物X有毒性，可誘發染色體斷裂。利用上圖所示裝置和提供的下列材料用具，探究肝臟小塊對有機物X是否具有解毒作用。
　　材料用具：
　　肝臟小塊，外周血淋巴細胞，淋巴細胞培養液，植物凝集素（刺激淋巴細胞分裂）；顯微鏡，載玻片，蓋玻片，玻璃皿，滴管；吉姆薩染液（使染色體著色），有機物X溶液等。實驗過程：
　　①在淋巴細胞培養液中加入植物凝集素培養淋巴細胞，取4等份，備用。
　　②利用甲、乙、丙、丁4組上圖所示裝置，按下表步驟操作（“√”表示已完成的步驟）。
　　上表中還需進行的操作是?搖?搖?搖?搖。
　　③培養一段時間后，取4組裝置中的等量培養液，分別添加到4份備用的淋巴細胞培養液中繼續培養。
　　④一段時間后取淋巴細胞分別染色、制片。在顯微鏡下觀察?搖 ?搖?搖?搖，并對比分析。若丙組淋巴細胞出現異常，而甲組的淋巴細胞正常，則說明?搖?搖?搖?搖。
　　【參考答案】（1）吸收氧氣和營養物質、排出代謝廢物
　　（2）維持培養液適當的pH
　　（3）種類和劑量
　　（4）向乙（或丁）組裝置中放置肝臟小塊?搖染色體形態和數量?搖肝臟小塊對有機物X具有解毒作用
　　本題是一道探究性實驗題，涉及的內容很多；但由于高考時間限制，對學生探究性實驗設計的原則、要求等并沒有過多考查。如果評講時就題論題，學生就會失去一次很好的思維訓練機會。為此，我根據實驗設計的一般規則對它進行重新設計，以培養學生的實驗設計能力與分析能力。
　　三、教學策略
　　教師呈現題目后，首先應要求學生仔細審題，明確目的要求，搞清題意。然后通過問題驅動，引導學生思考，培養學生良好的思維習慣。
　　問題1：本實驗的實驗目的與原理是什么？
　　在實驗設計題中，實驗目的、實驗原理、對照實驗設計是密切相關，相互提示的。因此，在解實驗題時，應該首先明確實驗的目的和原理。
　　本實驗的目的是探究肝臟小塊對有機物X有無解毒作用；原理是有機物X有毒，可誘使染色體斷裂。
　　問題2：探究小鼠肝臟小塊有無解毒功能。此實驗中的自變量、應變量分別是什么？
　　實驗設計中變量的確定是非常重要，只有明確自變量、應變量，才能做好對照實驗的設計。一個實驗中的自變量一般只有一個，但要求不同，自變量的數量也有可能發生改變；因變量則是實驗觀察的指標，一般只有一個。
　　在本實驗題中，根據實驗目的和原理，可確定實驗的自變量有：是否加入肝臟小塊，是否加入有機物X（未加入有機物X作為空白對照）；因變量是淋巴細胞中的染色體形態、數目是否異常。
　　問題3：實驗分組如何確定？
　　實驗分組數一般是根據是否有自變量加上一組空白對照來確定，所有實驗的分組必需有編號。
　　由于本實驗的變量是是否加入肝臟小塊、有機物X，因此實驗可設計四組：A、肝臟培養液+有機物X+肝臟小塊+淋巴細胞（觀察肝臟細胞有無解毒功能）；B、肝臟培養液+肝臟小塊+淋巴細胞（觀察肝臟小塊對淋巴細胞有無影響）；C、肝臟培養液+有機物X+淋巴細胞（觀察有機物X對淋巴細胞的毒害作用）；D、肝臟培養液+淋巴細胞（作為空白對照，用于比較淋巴細胞中染色體是否發生異常）。
　　問題4：在實驗設計中，如何減少無關變量對實驗結果的影響？
　　無關變量能對實驗結果造成一定的影響，會降低實驗的說服力；因此在實驗設計中要消除無關變量的影響。消除無關變量影響的措施有：設計對照實驗，實驗對象的生理狀況一致，添加試劑的量相等，培養在相同適宜環境中，等等。
　　本實驗對控制無關變量沒有作具體要求，但在具體實驗設計時要注意語言描述，減少無關變量的影響。例如在①中淋巴細胞分組時就強調隨機、平均分為四組；②中應強調加入的試劑量相等、沒有加入的可用等量的培養液調節，使最終的溶液體積相等；③應強調在相同且適宜的環境中培養。
　　問題5：如何確定實驗可能的結果及結論？
　　在探究性實驗中，實驗可能的結論是根據實驗目的推導的。在本實驗中，實驗目的是“肝臟小塊對有機物X有無解毒作用”；因此可能的實驗結論就有：a.肝臟小塊對有機物X有解毒作用；b.肝臟小塊對有機物X沒有解毒作用；c.肝臟小塊對有機物X只有部分的解毒作用。在具體解題時，實驗可能的結果可由實驗結論反向推測。本實驗可能的結果及結論就有：如果甲、乙、丙、丁四組淋巴細胞形態基本相似，說明肝臟小塊對有機物X有解毒作用；如果甲、丙、兩組淋巴細胞形態異常，乙、丁兩組淋巴細胞形態正常，說明肝臟小塊對有機物X沒有解毒作用；如果和乙、丁兩組相比，丙組淋巴細胞明顯異常、甲組細胞稍有異常，說明肝臟小塊對有機物X有一定的解毒作用，但不能徹底解除有機物X的毒性。
　　問題6：如果讓你根據題中給出的實驗儀器、試劑、材料，進一步設計實驗“觀察淋巴細胞中染色體的形態、數目”，應注意哪些方面的內容？
　　在實驗設計時，應根據實驗目的、原理設計合理的實驗方案。在設計實驗方案時要充分思考題目中所給出的實驗材料和試劑分別起什么作用，如何運用。一般情況下，題目中給出的實驗材料和試劑要充分利用；除非題目允許，否則不能隨意地增加實驗試劑和材料。在本實驗給出的材料、試劑中，外周血淋巴細胞用于檢測染色體是不發生異常，吉姆薩染液用于使染色體著色（不可用龍膽紫溶液或醋酸洋紅液），其它具體的實驗過程可參照書本中有絲分裂裝片的制作過程。
　　四、教學反思
　　高考結束后，我對所教學生作了隨機調查，學生對該題的難度評價不一。普遍反映，由于試卷的閱讀量比較大，此題又涉及新的背景信息，解題時把握性不大。因此在平時教學中應引導學生將難題分解為若干個小問題，再用常規思路分析，難度就會大大降低；同時能加強對學生分析、處理信息的能力。
　　從逐步解決小問題到整體綜合考慮解決大問題，這是人們解決難題的一般思維過程；將同一題型的不同題目解題規律化更有利于學生思維的培養。教師應引導學生超越題目本身，領悟到這種思維方式的可貴與普遍性。