基于实验设计思路落实生物学核心素养的策略

于秀萍

摘要：生物学课程标准指出，生物课程以提高学生的生物学核心素养为宗旨，通过学科学习，即要让学生获得基础的生物学知识，又要领悟生物学过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法，养成科学思维的习惯。实验设计和探究能力是一种较高的综合能力，能够很好地承载这一功能，在高考理综生物试题中，实验探究所占比重很大，实验设计题成为必不可少的一道大题，且以实验设计思路的考察为重点。本文主要以高考实验题为例，对学生进行思维引导，培养科学探究能力。

关键词：生物学核心素养;实验设计和探究;学生的思维培养

1区分实验设计思路和实验步骤

以往高考非常重视实验步骤的书写，随着课程理念和育人宗旨的改变，能体现学生决策能力的实验设计思路题型成为每年必考题。

实验设计思路是实验的基本方法和大致步骤，是对实验过程的分析、安排思路，重点落实在实验是怎么设计的，规范表达可以分两步走：如何控制自变量和测量因变量，从而得出结论。实验步骤是实验思路的具体实施，更加具体，重视操作，往往涉及分组编号、材料处理、观察记录等几个环节。

2对照实验的设计思路

2.1题目（2019全国Ⅰ卷第29题）：将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸（ABA）含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体（不能合成ABA）植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。

2.2思维引导：

2.2.1分析实验目的：①证明干旱条件下植物气孔开度减小不是缺水引起的;②证明干旱条件下植物气孔开度减小是ABA引起的。

2.2.2确定相关变量：依据实验目的，明确了解题方向，确定本实验应设置两组自变量，分别为①正常条件和缺水环境②植物体中有无ABA;因变量均为气孔开度变化，也是实验的观测指标;无关变量有温度、光照强度、土壤含水量等。

2.2.3理顺实验设计思路：分析过程中，要引导学生不能忽略材料用具的用途。本实验已给出的实验材料为ABA缺失突变体植株（不能合成ABA），若要证明①干旱条件下植物气孔开度减小不是缺水引起的，可对实验材料进行前后对照处理：正常条件和干旱条件，需要测定ABA缺失突变体干旱处理前后气孔开度;若要证明②干旱条件下植物气孔开度减小是ABA引起的，利用的材料是经上述干旱处理的ABA缺失突变体植株，可对实验材料进行空白对照处理：在干旱条件下（无关变量），一组进行ABA处理，另一组不做ABA处理作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。

2.2.4预测结果结论：要注意验证性实验与探究性实验在结论上的不同。作为验证实验，结论已知：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，由结论可以反推预期实验结果为①干旱处理前后气孔开度不变②ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

由以上分析，整理实验设计思路为：

取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。

将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

3运用假说-演绎法的实验设计思路

3.1题目（2016全国Ⅰ卷第32题）：已知果蝇的灰体和黄体受一对等位基因控制，但显隐性关系和该等位基因所在的染色体是未知的。同学甲用一只灰体雌蝇与一只黄体雄蝇杂交，子代中♀灰体∶♀黄体∶♂灰体∶♂黄体为1∶1∶1∶1。同学乙用两种不同的杂交实验都证实了控制黄体的基因位于X染色体上，并表现为隐性。请根据上述结果，回答下列问题：

（1）仅根据同学甲的实验，能不能证明控制黄体的基因位于X染色体上，并表现为隐性？

（2）请用同学甲得到的子代果蝇为材料设计两个不同的实验，这两个实验都能独立证明同学乙的结论。（要求：每个实验只用一个杂交组合，并指出支持同学乙结论的预期实验结果。）

3.2思维引导：

3.2.1审题中引导学生方向实验结果。根据同学甲的实验结果显示，子代的雌性和雄性果蝇中，性状分离比是相同的，都是灰体：黄体=1：1。常染色體杂合子测交情况下也符合这一比例，故仅根据同学甲的实验结果，不能判断控制黄体的基因是否位于X染色体上，也不能证明控制黄体的基因表现为隐性。

3.2.2用同学甲得到的子代果蝇为材料设计两个不同的实验，独立证明同学乙的结论，可以根据乙的结论，设控制灰体的基因为A，控制黄体的基因为a，假定相关基因位于X染色体上。同学甲的实验中，杂交子代出现四种表现型且分离比为1∶1∶1∶1，可推出亲子代果蝇的基因型，要求学生用遗传图解表示相关的推理过程。

3.2.3利用F1果蝇为材料设计不同的实验，杂交组合方式共有4种。要证明同学乙的结论：黄体为伴X染色体隐性遗传，用F1果蝇杂交获得的F2 果蝇，雌雄中表现型比例应该有所不同。故实验采用的杂交组合为：F1中黄体雌蝇×灰体雄蝇、F1中灰体雌蝇×灰体雄蝇。若实验支持同学乙的结论，可以得到实验结果要求学生用遗传图解表示出来。

根据遗传图解及以上分析过程，整理实验设计思路：

（1）不能

（2）实验1：杂交组合：♀黄体×♂灰体

预期结果：子一代中所有的雌性都表现为灰体，雄性都表现为黄体。

实验2：杂交组合：♀灰体×♂灰体

预期结果：子一代中所有的雌性都表现为灰体，雄性中一半表现为灰体，另一半表现为黄体。

3.3小结：本题的考查点是设计实验探究基因的位置及显隐关系，联系教材摩尔根果蝇杂交的经典实验运用假说-演绎法来探究。一般可采用两种思路：

思路1.隐性纯合子的雌性个体与显性的雄性个体杂交;

思路2. 雌性杂合子与显性的雄性个体杂交。

总之，在中学阶段将课本的基础实验、经典实验方法有机的应用到自己的实验设计当中去，可以更好地培养学生科学探究能力和思维能力;而将学生的思维培养与整个教学过程有机地结合起来，就可以更好地把生物学核心素养落到实处，我们的教学就能收到良好的教学效果。