浙江 王家付 安徽 房 杰

(作者單位：杭州師范大學(xué)附屬未來科技城學(xué)校；安徽定遠第二中學(xué))

探究實驗一直是高考考查的熱點，也是教師教學(xué)的重點，更是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。因此，對實驗的復(fù)習(xí)需要在學(xué)生熟悉教材實驗的情況下，教師通過在教學(xué)過程中發(fā)揮“催化劑”的作用，把握好教材實驗的關(guān)鍵點，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題并運用針對性的原創(chuàng)題訓(xùn)練學(xué)生的思維，增加學(xué)生的課堂參與度，從而達到培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力和科學(xué)思維的目的。

一、實驗教學(xué)現(xiàn)狀

能獨立完成“生物知識內(nèi)容表”所列的生物實驗(活動)，包括理解實驗?zāi)康摹⒃?、方法和操作步驟，掌握相關(guān)的操作技能，并能將這些實驗涉及的方法和技能進行綜合運用，是《考試說明》中對于實驗與探究能力的要求。在新課教學(xué)時教師按照實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟的順序進行教學(xué)，在復(fù)習(xí)課時再按此模式進行復(fù)習(xí)，學(xué)生在答題時就會感到自身的能力的不足。

目前，教師對培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計與分析能力感到缺乏抓手，實驗教學(xué)主要停留在教材實驗。如何在近年來以教材實驗為情境的高考題背景下進行實驗復(fù)習(xí)?筆者嘗試對發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維進行實驗教學(xué)。如2017年全國卷Ⅰ的第29題，這道題在2017年高考中的錯誤率非常高，其原因是學(xué)生對實驗的學(xué)習(xí)往往側(cè)重于對細節(jié)知識的理解和記憶，缺乏對其進行整體性的思考，在腦海中無法借用一定方法將細節(jié)知識組成一個有機整體。對此情況，教師需要利用教材中典型的實驗案例和實驗方法幫助學(xué)生進行實驗思維的進階。

二、科學(xué)思維的內(nèi)容及要求

科學(xué)思維是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。

學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會議題。

學(xué)生在日常生活中已經(jīng)形成了一定的思維方式，但青少年在處理問題時往往感性思維比較突出，教師可以在實驗教學(xué)過程中不斷引導(dǎo)。例如“基因在染色體上”一節(jié)中，最初摩爾根認為孟德爾的遺傳規(guī)律是建立在可靠的實驗基礎(chǔ)之上，所以是正確的，但后來經(jīng)自己實驗沒有取得相似結(jié)果后，他便產(chǎn)生懷疑，最后又通過新的實驗重新加以確認。而“用進廢退”的觀點就是科學(xué)思維的反例。例如，“在進化地位上越高等的生物，適應(yīng)能力就越強?！比绻J同這一觀點，其實就是缺乏批判性思維的表現(xiàn)。進化的結(jié)果是占據(jù)更多的生態(tài)位，而不一定是適應(yīng)能力更強。由此可見，能力的訓(xùn)練有助于突破知識學(xué)習(xí)的瓶頸。學(xué)生要具有分析問題和解決問題的能力，關(guān)鍵還是要具有科學(xué)思維，而實驗探究過程正是培養(yǎng)這一能力的重要途徑。

三、科學(xué)思維導(dǎo)向的實驗復(fù)習(xí)策略

實驗復(fù)習(xí)階段，需要學(xué)生從已構(gòu)建的知識體系中提煉有效信息與重要考點進行綜合應(yīng)用。

1.考點歸納、概括提升

在平時的教學(xué)過程中經(jīng)常遇到以洋蔥作為材料的實驗習(xí)題?！耙匝笫[為材料，可以進行哪些實驗？”教師可以以此設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生在實驗復(fù)習(xí)時將實驗材料、實驗方法進行歸納。如教材中用到的物質(zhì)分離方法包括以下幾點。

①紙層析法：分離各種色素；

②離心分離法：借助離心力使比重不同的物質(zhì)進行分離，如提取細胞膜的實驗；

③差速離心法：采取逐漸提高離心速度的方法分離不同大小的細胞器；

④密度梯度離心法：研究DNA半保留復(fù)制時，分離含15N的DNA和含14N的DNA；

⑤透析法：通過小分子經(jīng)過半透膜擴散到水(或緩沖液)的原理，將小分子與生物大分子分開的一種分離純化技術(shù)，如透析型人工腎；

⑥鹽析法：用于蛋白質(zhì)的初步純化；

⑦電泳法：利用帶電粒子在電場中移動速度不同而達到分離，可以用于DNA片段的分離等；

⑧凝膠色譜：根據(jù)分子量的不同分離蛋白質(zhì)。

2.演繹過程、自主推理

在復(fù)習(xí)DNA和RNA一節(jié)中，讓學(xué)生利用所學(xué)知識，確定某新型病毒的核酸類型。學(xué)生提出的方案有：甲基綠吡羅紅染色法、確定嘧啶種類法、確定五碳糖種類法、嘌呤嘧啶比例法、酶解法等。通過可操作性分析排除其中不可實現(xiàn)的實驗方案，對剩下較好的實驗方案，完善其步驟。這樣的討論，在拓展了學(xué)生思維的同時，也鼓舞了學(xué)生大膽假設(shè)的勇氣。

2017年全國卷Ⅰ第29題，要求“利用放射性同位素標(biāo)記法”確定新病毒的類型并完成實驗設(shè)計，是用該病毒分別侵染已用3H標(biāo)記的T/U的宿主細胞，分別檢測兩組子代病毒的放射性以確定病毒的類型，這正是全卷中的亮點、難點。學(xué)生看到題目時感覺既熟悉又陌生，但思路很快轉(zhuǎn)移到可以從區(qū)別堿基種類出發(fā)，模仿教材噬菌體侵染大腸桿菌的實驗完成實驗設(shè)計。

【例1】HCV可以引起豬瘟，豬細胞是該病毒的唯一宿主。請用同位素標(biāo)記技術(shù)研究HCV的遺傳物質(zhì)是RNA還是蛋白質(zhì)，得到RNA是遺傳物質(zhì)的實驗設(shè)計思路是________。

【答案】將帶有同位素標(biāo)記的HCV中的RNA和蛋白質(zhì)彼此分離，分別與豬細胞混合培養(yǎng)，觀察豬細胞是否存活

【點評】受題干“同位素標(biāo)記”影響，學(xué)生依據(jù)定式思維，容易得出分別用32P、35S標(biāo)記兩組病毒的RNA和蛋白質(zhì)，再讓兩組病毒各自侵染豬細胞，觀察子代病毒是否具有放射性的答案。噬菌體侵染細菌實驗中，通過對比兩組實驗結(jié)果的放射性情況，可以確定蛋白質(zhì)不進入宿主細胞，從而得到DNA是遺傳物質(zhì)的結(jié)論。學(xué)生錯誤地模仿了這一實驗過程。然而此題題干中指明是“RNA病毒”，所以本實驗應(yīng)該按照煙草花葉病毒實驗的思路進行演繹、推理。

3.模型建構(gòu)、提升層次

具有對一些生物學(xué)問題進行初步探究的能力，包括運用觀察、實驗與調(diào)查、假說-演繹、建立模型與系統(tǒng)分析等科學(xué)研究方法。強化對實驗數(shù)據(jù)的處理能力，在教學(xué)過程中結(jié)合一些典型探究性實驗例題進行引導(dǎo)，避免了空洞的灌輸。

【例2】在適宜的溫度和一定的CO2濃度等條件下，某同學(xué)對甲、乙兩個品種玉米進行實驗，測得的相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示，根據(jù)表中的信息回答有關(guān)問題：

甲、乙兩種玉米的光合作用速率

(1)比較甲、乙兩個品種的玉米，________玉米更適合在遮陰條件下生長。

(2)推測甲、乙兩個品種的玉米，光合色素含量更高的是________玉米，理由是________。

【答案】(1)甲 (2)乙 相同光照條件下，乙種玉米的總光合作用速率大于甲種玉米的總光合作用速率

【點評】本題表格中數(shù)據(jù)較多，學(xué)生很難直接對這些數(shù)據(jù)做出有效反應(yīng)。如能將這些抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模型，那么這些數(shù)據(jù)的含義將顯而易見(如圖所示)。

甲、乙兩品種玉米光合速率曲線

能利用數(shù)據(jù)模型將抽象的信息具體化，降低出錯率，是實驗與探究能力的基本要素之一。故高中階段學(xué)生需具備驗證簡單生物學(xué)事實的能力，能對實驗現(xiàn)象和結(jié)果進行分析、解釋，并能對收集到的數(shù)據(jù)進行處理。

4.思維辨析、質(zhì)疑批判

實驗復(fù)習(xí)過程中還要抓住課堂生成的問題，培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力和邏輯推理能力，從而鼓勵學(xué)生勇敢提出質(zhì)疑。

如在生長素發(fā)現(xiàn)歷程的實驗中，教師先提出“生長素具有兩重性這一特殊性質(zhì)，那么其他植物激素也應(yīng)具有兩重性”這一錯誤觀點時，學(xué)生并沒有做出特別的反應(yīng)，甚至有部分學(xué)生還整理成了筆記。

然后教師對高濃度生長素的抑制作用原理展開分析：生長素達到一定濃度時會使細胞合成更多的乙烯，而乙烯所起的作用抵消了生長素的影響。其他植物激素(如赤霉素)促進植物生長的原理：赤霉素和生長素一起協(xié)調(diào)促進植物生長，赤霉素有利于色氨酸轉(zhuǎn)化為生長素，同時抑制生長素的分解，所以赤霉素不具有兩重性。教師順勢又提出“教材中并沒有提出動物激素具有兩重性，所以動物激素不具有兩重性”這一觀點。這時同學(xué)們不再安靜了，學(xué)生開始相互討論、演繹動物體液調(diào)節(jié)的過程。通過提問多個小組的同學(xué)，同學(xué)們逐漸達成“正常生理狀態(tài)下的動物生命活動普遍受神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)”這一共識，當(dāng)動物激素的分泌過量時，動物體可以通過負反饋調(diào)節(jié)維持體內(nèi)激素的平衡。

四、小結(jié)與反思

傳統(tǒng)高三課堂過于倚重教輔資料整理好的知識專題，部分專題存在內(nèi)容機械、形式單一、知識相互脫節(jié)的現(xiàn)象，學(xué)生在解決綜合問題時也會感到困難，導(dǎo)致其課堂聽課效率不高；而科學(xué)思維組織的復(fù)習(xí)模式，是以教材經(jīng)典實驗現(xiàn)象或生物學(xué)實驗數(shù)據(jù)為情境，運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象并結(jié)合學(xué)生生成的問題進行的課堂教學(xué)，在提高學(xué)生實驗探究能力的同時還發(fā)展了學(xué)生的高階思維。