基于ATDE教學模式培養創造陛思維的實驗教學設計

摘要：實驗教學是促使學生達成生物學學科核心素養的重要支撐。本文以“DNA的粗提取與鑒定”一節為例，將ATDE教學模式問、想、做、評環節與高中生物實驗課堂有機結合，引導學生在分析問題、解決問題的過程中體會生物學實驗的思想方法及規律，培養學生科學探究與創造性思維能力。

關鍵詞：ATDE教學模式；創造性思維；實驗教學；DNA粗提取

文章編號：1003-7586（2024）03-0046-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確指出創造性思維是學生發展科學思維的必備素養。當前高中生物學課程中的驗證性實驗具有明確的實驗步驟和預期實驗結果，學生往往會動手不動腦地進行實驗，無法對實驗原理、材料選擇以及操作要求等有更深刻的認識，學生的創造性思維培養效果不明顯。因此，教師需更新實驗教學理念，轉變教學模式以提升驗證性實驗的教學質量。

臺灣學者陳龍安提出的ATDE教學模式由問（Asking）、想（Thinking）、做（Doing）、評（Evaluation）四個要素組成。ATDE模式能夠激發和增進學生的創造性思維能力，培養學生的應變能力和思維的靈活性，符合當前實驗教學改革與發展的需要。本文嘗試運用ATDE教學模式精心規劃和設計實驗教學過程，探索實驗教學中培養學生科學探究和創造性思維能力的有效路徑。

1 融入ATDE教學模式的實驗教學環節

ATDE模式是一種培養學生創造性思考能力的教學模式。結合ATDE模式的實驗課堂以問題探究為主線，圍繞實驗取材、實驗方案改進展開創造性探究活動，并進行多元化評價，使學生的科學實驗素養與創造性思考能力得以協調發展。教師必須創造“支持性的環境”，即能接納及包容不同意見的和諧、自由、活躍的環境，這是實施ATDE教學模式的必要條件。在這一教學環境中，教師可根據實際情況彈性調整“問、想、做、評”的操作順序。

“問”是指教師在實驗情境中提出一系列需要探索和思考的問題，激起學生的好奇心與內驅力，引導學生運用生物學知識進行探究活動，培養學生的創造力和發散性思維。實驗教學涉及的問題內容，應立足于生物學實驗課題的原理、實驗方案設計、操作要點及注意事項。問題之間的聯結與遞進要體現邏輯性、發散性，每個問題都相輔相成，服務于實驗探究的目標和重點。

“想”是指一系列的問題提出后，教師提供充足的思考時間，學生在原有的認知基礎上積極進行類比聯想、發散延伸等創造性思維活動，推測問題的答案或尋求問題的解決思路。為了得出問題答案，學生需以小組為單位進行合作學習，討論實驗的變量、實驗思路、實驗中可能出現的異常情況及應對措施并設計實驗方案。為確保實驗方案的準確性、科學性，師生之間、生生之間需有積極高效的溝通交流。

“做”主要體現于整個實驗的實施過程各實驗小組的成員分工協作，按照實驗方案科學有序地進行實驗材料及試劑的準備、實驗步驟的實施、實驗現象的觀察與記錄、實驗結果的分析等。實驗過程中，教師一方面要觀察各小組的分工及配合的情況，及時協調學生之間的矛盾，培養學生的合作意識與團隊精神；另一方面密切注意各小組成員的實驗操作，嚴格要求學生規范使用實驗儀器、器具，幫助學生養成規范的實驗習慣。

“評”是實驗課堂的診斷手段。通過學生自評、小組互評和教師評價，學生可以從自身、同學、教師的評價中發現優點和不足，教師能夠及時獲取實驗教學反饋，了解學生的認知情況、實踐能力、科研素養。教師應根據具體的生物學實驗教學目標及教學內容選擇多元的評價方式，比如課堂行為觀察、學生成長記錄、習題測驗等。此外，教師的評價標準不應局限于學生實驗結果的好壞，應從知識、技能、思維和態度幾個方面對學生進行綜合評價，多維度的了解學生的個人特質與能力。

2 基于ATDE教學模式的“DNA的粗提取與鑒定”教學案例

2.1 教學目標

（1）了解DNA的物理和化學性質，掌握DNA粗提取的方法及鑒定原理，強化結構與功能相適應的生命觀念。

（2）提出探究性問題的實驗思路及注意事項，設計DNA的粗提取和鑒定方案，增強實驗創新能力。

（3）能聯系社會生活，將常見的洗滌劑、果蔬用于實驗探究，完成DNA的粗提取與鑒定，提升科學探究能力。

2.2 教學設計

教學設計思路如圖1所示。

2.3 教學過程

2.3.1 “問”——創設情境，存疑設問

教師展示情境材料：近年來，DNA指紋鑒定技術在農作物品種鑒定領域大顯身手。我國建立了全球首個農作物品種DNA指紋庫公共平臺，對我國的種業發展具有里程碑式的意義，也推動DNA檢測技術打開了新局面。

教師科普DNA指紋鑒定技術的應用價值，提出問題：“為了構建農作物的DNA指紋圖譜，首先要做什么？”以此引出實驗課題“DNA的粗提取與鑒定”。教師追問：“要提取的DNA主要存在于細胞的什么結構中？如何將它提取出來呢？怎樣才能破壞細胞結構？在選擇DNA提取材料時需要考慮哪些因素？”教師引導學生仔細分析教材的實驗方案并得出問題答案。

教師播放實驗操作視頻，提出以下問題：“洋蔥切片或研磨時產生的化學物質會刺激學生眼鼻，影響實驗操作，是否有其他常見材料適合用于DNA的粗提取？”“取30 mL洗滌劑、25 9食鹽和200 mL蒸餾水配成的試劑可以作為DNA提取實驗的研磨液，不同洗滌劑的DNA提取效果是否相同？”“以下兩種方法能否去除濾液中的蛋白質，哪種方法更好？第一種方法是直接在濾液中加入嫩肉粉（含有木瓜蛋白酶），反應10～15 min。第二種方法是將濾液放在60～75℃的恒溫水浴箱中保溫10～15 min。”

教師通過問題激起學生的好奇心和探索欲，進而布置課堂探究任務：每個學習小組選擇其中一個問題進行探究，所有小組完成實驗后派代表匯報該組的實驗結果和結論。

2.3.2 “想”——推陳出新，類比聯想

各小組經過討論后選定本次實驗要探究并解答的問題，然后在教師的指導下查閱資料、類比分析教材實驗方案及其他實驗方案和實驗思路，最終各小組針對各自的問題提出探究思路。

研究DNA粗提取的實驗材料的實驗小組通過討論認為花椰菜和香蕉方便購買，容易研磨，鑒定時無顏色干擾，是理想的DNA提取材料。提出的探究思路為：以常見的花椰菜和香蕉作為洋蔥的替代材料，探究這兩種材料的DNA提取量。

研究不同洗滌劑DNA提取效果的實驗小組發現洗潔精和洗衣液中含有的SDS（十二烷基硫酸鈉）可瓦解細胞膜，使蛋白質變性而與DNA分離。為了探究不同洗滌劑的DNA提取效果，該實驗小組確定的探究思路是取30mL洗潔精和30mL洗衣液，分別與25 g食鹽、200 mL蒸餾水配制成研磨液，以洋蔥為實驗材料比較這兩種洗滌劑的DNA提取量。

實驗小組分析了濾液的除雜原理，認為兩種方法都能去除蛋白質，只有進行實際操作才能比較出二者的除雜效果。探究思路是以洋蔥為材料進行DNA的粗提取，將兩種除雜方法分別用于本實驗，根據DNA的鑒定結果比較二者的除雜效果。

各組的探究思路確定后，教師引導學生思考探究過程中的注意事項：要充分研磨實驗材料，但時間不可過長，否則DNA容易降解，影響DNA析出量；提取過程中，加入預冷無水乙醇時需傾斜試管，讓溶液沿著管壁緩慢流下，切忌快速倒入，避免沖散已析出的DNA絮狀物；用玻璃棒卷取絲狀DNA時，需沿著同一方向進行攪拌，且速度不能過快，動作幅度也不能過大，避免DNA發生斷裂；DNA鑒定試劑是本實驗成功的關鍵試劑，不僅要嚴格遵守A、B液的配比，更要遵循現配現用的原則，且二苯胺試劑具有刺激性氣味且有毒性，應避免該試劑接觸眼鼻和皮膚。

2.3.3 “做”——自主探究，分工協作

學生們按照探究思路有創造性地調整教材實驗方案，經過小組討論和教師審核后，在此方案的基礎上形成各個問題的實驗探究步驟（見表1）。各小組成員根據組內的探究方案和實驗步驟進行分工，確保每位成員都有動手操作的機會。教師密切關注學生的動向，糾正學生的不規范操作，監督各小組的實施進度。

2.3.3 “評”——成果展示，師生共評

學生觀察組內提取的DNA及鑒定結果，討論后將實驗結果和探究結論記錄于實驗報告，每組提交一份實驗報告，并自行推選小組代表匯報全組的探究結果及結論。全班的探究結果及結論經教師和課代表篩選評鑒后匯總如下。

同等質量下，香蕉的DNA提取量多于花椰菜；香蕉的DNA較為細碎不易挑取，而花椰菜的DNA是一團絲狀物，容易挑取；香蕉和花菜都易于研磨，但香蕉勻漿過于粘稠，過濾時間長。綜合來看，花椰菜比香蕉更適合作為DNA粗提取的材料。

不同洗滌劑的DNA提取效果不完全相同，洗潔精提取出的洋蔥DNA量略多于洗衣液；DNA鑒定時顯現的藍色比較深，說明洗潔精與洗衣液提取洋蔥DNA的效果都比較好。在研磨和過濾時，使用含洗衣液的研磨液所產生的泡沫多于洗潔精，所以建議選用洗潔精配置研磨液。

根據實驗現象，兩種除雜方法都有效果。從實驗條件的角度來看，許多實驗設備不足的中學實驗室不具備恒溫水浴鍋，而75℃恒溫水浴法必須要有此儀器，所以有的學生認為添加嫩肉粉的除雜方法更好。

所有小組展示實驗報告并完成匯報后，教師與學生一起從課題展示的完整性、實驗結果及結論的準確性、表述用語的規范與流暢性三個方面進行綜合評價，分別票選出最佳實驗報告及最佳匯報人。課堂的最后，教師對全班的整體表現進行總結，從多個角度對學生閃光點給予肯定，從不同層面對學生的不足之處提出建議。

3 結語

ATDE模式為高中生物實驗教學提供了以“問、想、做、評”四要素為主的操作框架。在該模式下，教師從學生原有的知識和經驗出發，設計探究性實驗問題，鼓勵學生質疑、好奇，引導學生進行創造性思考并開展創新實踐活動。學生在問題情境中充分發揮主動學習和創造性思考的積極性，對新舊知識和經驗進行整合與綜合運用，多層次、多角度思考并積極參與實驗創新。在實驗教學中應用ATDE教學模式培養學生的創造性思維，既是生物學實驗教學的改革需要，也是培養學生核心素養的需要。總之，ATDE教學模式與生物學實驗教學的融合還需要不斷地探索與嘗試，從而促進實驗教學質量的提升。