利用“建模法”分析實驗設計中常考題型

鄧文秀

實驗設計題是近幾年生物高考考察的熱點和難點，高考生物試題十分重視對實驗和探究能力的考查。考試統計結果顯示，實驗題成為得高分的瓶頸，而實驗設計的能力絕不是短時期內培養起來的。筆者在“構建生物實驗設計題常考模型”的教學中采用了“建模法”，并將其概括為3個步驟：激活舊知，生成問題—轉化問題，引導歸類—拓展延伸，活用模型。

一、激活舊知，生成問題

實驗設計題常以新情境下探究型實驗方案設計為主要形式，綜合考察同學們的實驗探究能力。通過復習探究型實驗的知識體系（見下圖），指出學生在實驗設計方面存在的問題，學會生成解決此類問題的思維模型：明目的—找變量—析結果—得結論。

二、轉化問題，引導歸類

【構建模型1】設計實驗，證明細胞分裂素能引起營養物質向細胞分裂素所在的部位運輸

【學生活動1】根據實驗要求展開交流討論，以學習小組為單位在學案上填寫相應內容。由因變量的檢測方法，自變量和因變量的關系，構建實驗設計題型的第一種書寫模型。

【教師進行問題引導】設計實驗時，需要關注的問題：一是本實驗的自變量是？因變量是？定性實驗還是定量實驗？實驗處理是施用加法原則還是減法原則？二是實驗中對因變量的檢測若涉及到物質的運輸類、過程類時，一般要對該物質作上標記，本實驗采用放射性同位素標記法。三是應該如何標記營養物質？在對物質進行標記時，往往標記的是合成該物質的原料，如課本中涉及分泌蛋白的合成和加工的過程，標記的是3H-亮氨酸。而本實驗中營養物質的范圍較廣，可標記氨基酸，也可標記葡萄糖等小分子物質，一般不標記大分子物質，為什么呢？通過這種問題鏈教學，既可以體現教師在課堂教學中的引導地位，又可以充分體現學生參與課堂、自主探究、合作探究的教學理念。

【問題解決】

【歸類總結】構建模型1：自變量 →材料→因變量（常考模型）

【構建模型2】將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，葉片中的脫落酸（ABA）含量增高，葉片氣孔開度減小。研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，請以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設計實驗來驗證這一結論，要求簡要寫出實驗思路和預期結果。

【學生活動2】圍繞探究活動1交流討論問題，每個學習小組形成一份討論方案，明確實驗的自變量、因變量。由因變量的檢測方法，自變量和因變量的關系，構建實驗設計題型的第二種書寫模型。

【教師進行問題引導】本實驗提供的材料是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1不同的是本探究實驗需要滿足一定條件，即“干旱條件下”才能達到實驗目的，提醒學生在書寫設計思路時應注意題干所給定的條件。

【問題解決】

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

【構建模型3】“葉片中 CO 基因通過促進 FT 基因轉錄影響開花”。為驗證上述假設，以野生擬南芥、CO突變體兩種植株為材料，證明該推測。請簡述你的實驗設計思路及預期結果。

【學生活動3】根據探究要求展開交流討論，以學習小組為單位在學案上填寫相應內容。明確本實驗的自變量、因變量，由因變量的檢測方法，自變量和因變量的關系，構建實驗設計題型的第三種書寫模型。展示小組交流討論后學習成果，其它學習小組補充完善。

【教師進行問題引導】實驗的自變量是？加法實驗還是減法實驗？因變量是？本探究實驗是希望學生找準自變量和因變量，而中間物FT基因轉錄的產物——FT-mRNA應作為自變量去處理還是作為因變量去檢測呢？所給定的材料中不難發現，FT-mRNA應該作為因變量1去檢測，而開花時間應作為因變量2去檢測。

【問題解決】

【歸類總結】構建模型3：自變量→導致→因變量1→ 因變量2

【構建模型4】“葉片中 CO 基因通過促進 FT 基因轉錄影響開花”。為驗證上述假設，以野生擬南芥植株、CO突變體植株、FT-mRNA、無關mRNA為實驗材料進行實驗，證明該推測。請簡述你的實驗設計思路及預期結果。

【學生活動】圍繞探究活動3交流討論問題，以學習小組為單位在學案上填寫相應內容。明確本實驗的自變量、因變量，由因變量的檢測方法，自變量和因變量的關系，構建實驗設計題型的第四種書寫模型。展示小組交流討論后學習成果，其它學習小組補充完善。

【教師進行問題引導】本實驗的自變量是？因變量是？本探究實驗與探究實驗3的區別是材料的不同，而中間物FT基因轉錄的產物——FT-mRNA應作為自變量去處理還是作為因變量去檢測呢？所給定的材料中不難發現，CO基因應作為自變量1處理，FT-mRNA應作為自變量2處理，為排除mRNA中還存在其他的附屬物會對實驗結果造成干擾，實驗組中設置加入的是無關mRNA，而不是不作處理，本實驗開花時間是作為因變量去檢測。作為中間變量到底應該作為自變量處理還是因變量檢測，關鍵是看題干中所提供的材料。

【問題解決】

【歸類總結】構建模型4：自變量1 → 產生→ 自變量 2 → 因變量

三、拓展延伸，活用模型

通過新的問題，再次啟發學生活用模型，讓學生取得收獲，進一步發展能力的同時，體驗成功的過程。例如：獨腳金內酯是近年新發現的一類植物激素。為了研究獨腳金內酯類似物GR24對側枝生長發育的影響，科研人員進行了實驗。

第一步：

為了進一步研究GR24的作用機理，科研人員用野生型植株進行了圖2所示實驗，結果如圖3。

①進行實驗處理時，NAA應加入固體培養基____________（填“A”或“B”）中。

②據圖分析，GR24對側枝生長____________，推測GR24的作用機理是____________。

第二步：

據圖3的結果，科研人員提出了一個假設：在頂芽產生的生長素沿主莖極性運輸時，GR24會抑制側芽的生長素向外運輸。為驗證該假設，采用與圖2相同的切段進行實驗。請在下表中的空白處填寫相應處理內容，完成實驗方案。

課后讓學生多練習生物實驗設計題，更牢固掌握模型，使知識繼續延伸，達到提高學生運用知識解決實際問題的能力的目標。

運用“建模法”，“問題引導”是基礎，“模型歸類”是關鍵，“活用模型”是核心。教師是學生學習方向的引導者，學習方法的指導者;而學生則應通過“自主、探究、合作”的方式進行學習。利用“建模法”引導學生構建生物實驗設計題常考模型，提高學生實驗設計的應對能力，解決了千變萬化的實驗設計題，但模型并不是萬能的，所以更要加強學生審題，準確的語言表達等多方面的能力培養。