探究性实验思维训练中的教学策略

　　生物学是一门以实验为基础的自然科学，在近几年的高考中，实验能力考查所占比例达到了最大值，成为高考的重点、难点。探究性实验题可综合考查学生的理解、分析能力，对信息的处理能力，语言表达、迁移能力，等等。这一类题目往往开放程度高，存在一定的难度，因此得分率较低。根据对江苏2009年高考生物试题第32题的分析、研究，我结合教学实践，对学生探究性实验思维训练的教学策略总结如下。
　　一、探究性实验题的一般分析步骤
　　探究性实验题的一般步骤可分为：明确实验目的→实验原理→确定实验变量→设计对照实验→控制无关变量→实验观测指标的确定及预测实验结果。
　　二、高考真题
　　（2009年江苏生物高考32题）动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。下图是一个小鼠的肝脏小块培养装置示意图。请回答下列问题。
　　（1）肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞?摇?摇?摇?摇。
　　（2）气室中充入5%CO气体的主要作用是?摇?摇?摇?摇。
　　（3）培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长，但要注意选择抗生素的?摇?摇 ?摇?摇，以保证抗生素对肝脏无害。
　　（4）有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用上图所示装置和提供的下列材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。
　　材料用具：
　　肝脏小块，外周血淋巴细胞，淋巴细胞培养液，植物凝集素（刺激淋巴细胞分裂）；显微镜，载玻片，盖玻片，玻璃皿，滴管；吉姆萨染液（使染色体着色），有机物X溶液等。实验过程：
　　①在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。
　　②利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作（“√”表示已完成的步骤）。
　　上表中还需进行的操作是?摇?摇?摇?摇。
　　③培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。
　　④一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察?摇 ?摇?摇?摇，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明?摇?摇?摇?摇。
　　【参考答案】（1）吸收氧气和营养物质、排出代谢废物
　　（2）维持培养液适当的pH
　　（3）种类和剂量
　　（4）向乙（或丁）组装置中放置肝脏小块?摇染色体形态和数量?摇肝脏小块对有机物X具有解毒作用
　　本题是一道探究性实验题，涉及的内容很多；但由于高考时间限制，对学生探究性实验设计的原则、要求等并没有过多考查。如果评讲时就题论题，学生就会失去一次很好的思维训练机会。为此，我根据实验设计的一般规则对它进行重新设计，以培养学生的实验设计能力与分析能力。
　　三、教学策略
　　教师呈现题目后，首先应要求学生仔细审题，明确目的要求，搞清题意。然后通过问题驱动，引导学生思考，培养学生良好的思维习惯。
　　问题1：本实验的实验目的与原理是什么？
　　在实验设计题中，实验目的、实验原理、对照实验设计是密切相关，相互提示的。因此，在解实验题时，应该首先明确实验的目的和原理。
　　本实验的目的是探究肝脏小块对有机物X有无解毒作用；原理是有机物X有毒，可诱使染色体断裂。
　　问题2：探究小鼠肝脏小块有无解毒功能。此实验中的自变量、应变量分别是什么？
　　实验设计中变量的确定是非常重要，只有明确自变量、应变量，才能做好对照实验的设计。一个实验中的自变量一般只有一个，但要求不同，自变量的数量也有可能发生改变；因变量则是实验观察的指标，一般只有一个。
　　在本实验题中，根据实验目的和原理，可确定实验的自变量有：是否加入肝脏小块，是否加入有机物X（未加入有机物X作为空白对照）；因变量是淋巴细胞中的染色体形态、数目是否异常。
　　问题3：实验分组如何确定？
　　实验分组数一般是根据是否有自变量加上一组空白对照来确定，所有实验的分组必需有编号。
　　由于本实验的变量是是否加入肝脏小块、有机物X，因此实验可设计四组：A、肝脏培养液+有机物X+肝脏小块+淋巴细胞（观察肝脏细胞有无解毒功能）；B、肝脏培养液+肝脏小块+淋巴细胞（观察肝脏小块对淋巴细胞有无影响）；C、肝脏培养液+有机物X+淋巴细胞（观察有机物X对淋巴细胞的毒害作用）；D、肝脏培养液+淋巴细胞（作为空白对照，用于比较淋巴细胞中染色体是否发生异常）。
　　问题4：在实验设计中，如何减少无关变量对实验结果的影响？
　　无关变量能对实验结果造成一定的影响，会降低实验的说服力；因此在实验设计中要消除无关变量的影响。消除无关变量影响的措施有：设计对照实验，实验对象的生理状况一致，添加试剂的量相等，培养在相同适宜环境中，等等。
　　本实验对控制无关变量没有作具体要求，但在具体实验设计时要注意语言描述，减少无关变量的影响。例如在①中淋巴细胞分组时就强调随机、平均分为四组；②中应强调加入的试剂量相等、没有加入的可用等量的培养液调节，使最终的溶液体积相等；③应强调在相同且适宜的环境中培养。
　　问题5：如何确定实验可能的结果及结论？
　　在探究性实验中，实验可能的结论是根据实验目的推导的。在本实验中，实验目的是“肝脏小块对有机物X有无解毒作用”；因此可能的实验结论就有：a.肝脏小块对有机物X有解毒作用；b.肝脏小块对有机物X没有解毒作用；c.肝脏小块对有机物X只有部分的解毒作用。在具体解题时，实验可能的结果可由实验结论反向推测。本实验可能的结果及结论就有：如果甲、乙、丙、丁四组淋巴细胞形态基本相似，说明肝脏小块对有机物X有解毒作用；如果甲、丙、两组淋巴细胞形态异常，乙、丁两组淋巴细胞形态正常，说明肝脏小块对有机物X没有解毒作用；如果和乙、丁两组相比，丙组淋巴细胞明显异常、甲组细胞稍有异常，说明肝脏小块对有机物X有一定的解毒作用，但不能彻底解除有机物X的毒性。
　　问题6：如果让你根据题中给出的实验仪器、试剂、材料，进一步设计实验“观察淋巴细胞中染色体的形态、数目”，应注意哪些方面的内容？
　　在实验设计时，应根据实验目的、原理设计合理的实验方案。在设计实验方案时要充分思考题目中所给出的实验材料和试剂分别起什么作用，如何运用。一般情况下，题目中给出的实验材料和试剂要充分利用；除非题目允许，否则不能随意地增加实验试剂和材料。在本实验给出的材料、试剂中，外周血淋巴细胞用于检测染色体是不发生异常，吉姆萨染液用于使染色体着色（不可用龙胆紫溶液或醋酸洋红液），其它具体的实验过程可参照书本中有丝分裂装片的制作过程。
　　四、教学反思
　　高考结束后，我对所教学生作了随机调查，学生对该题的难度评价不一。普遍反映，由于试卷的阅读量比较大，此题又涉及新的背景信息，解题时把握性不大。因此在平时教学中应引导学生将难题分解为若干个小问题，再用常规思路分析，难度就会大大降低；同时能加强对学生分析、处理信息的能力。
　　从逐步解决小问题到整体综合考虑解决大问题，这是人们解决难题的一般思维过程；将同一题型的不同题目解题规律化更有利于学生思维的培养。教师应引导学生超越题目本身，领悟到这种思维方式的可贵与普遍性。