利用“建模法”分析实验设计中常考题型

邓文秀

实验设计题是近几年生物高考考察的热点和难点，高考生物试题十分重视对实验和探究能力的考查。考试统计结果显示，实验题成为得高分的瓶颈，而实验设计的能力绝不是短时期内培养起来的。笔者在“构建生物实验设计题常考模型”的教学中采用了“建模法”，并将其概括为3个步骤：激活旧知，生成问题—转化问题，引导归类—拓展延伸，活用模型。

一、激活旧知，生成问题

实验设计题常以新情境下探究型实验方案设计为主要形式，综合考察同学们的实验探究能力。通过复习探究型实验的知识体系（见下图），指出学生在实验设计方面存在的问题，学会生成解决此类问题的思维模型：明目的—找变量—析结果—得结论。

二、转化问题，引导归类

【构建模型1】设计实验，证明细胞分裂素能引起营养物质向细胞分裂素所在的部位运输

【学生活动1】根据实验要求展开交流讨论，以学习小组为单位在学案上填写相应内容。由因变量的检测方法，自变量和因变量的关系，构建实验设计题型的第一种书写模型。

【教师进行问题引导】设计实验时，需要关注的问题：一是本实验的自变量是？因变量是？定性实验还是定量實验？实验处理是施用加法原则还是减法原则？二是实验中对因变量的检测若涉及到物质的运输类、过程类时，一般要对该物质作上标记，本实验采用放射性同位素标记法。三是应该如何标记营养物质？在对物质进行标记时，往往标记的是合成该物质的原料，如课本中涉及分泌蛋白的合成和加工的过程，标记的是3H-亮氨酸。而本实验中营养物质的范围较广，可标记氨基酸，也可标记葡萄糖等小分子物质，一般不标记大分子物质，为什么呢？通过这种问题链教学，既可以体现教师在课堂教学中的引导地位，又可以充分体现学生参与课堂、自主探究、合作探究的教学理念。

【问题解决】

【归类总结】构建模型1：自变量 →材料→因变量（常考模型）

【构建模型2】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。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。

【学生活动2】围绕探究活动1交流讨论问题，每个学习小组形成一份讨论方案，明确实验的自变量、因变量。由因变量的检测方法，自变量和因变量的关系，构建实验设计题型的第二种书写模型。

【教师进行问题引导】本实验提供的材料是ABA缺失突变体的植株，在自变量处理上采取了减法原则，而与探究活动1不同的是本探究实验需要满足一定条件，即“干旱条件下”才能达到实验目的，提醒学生在书写设计思路时应注意题干所给定的条件。

【问题解决】

【归类总结】构建模型2：在……条件下，自变量 → 材料→ 因变量（条件模型）

【构建模型3】“叶片中 CO 基因通过促进 FT 基因转录影响开花”。为验证上述假设，以野生拟南芥、CO突变体两种植株为材料，证明该推测。请简述你的实验设计思路及预期结果。

【学生活动3】根据探究要求展开交流讨论，以学习小组为单位在学案上填写相应内容。明确本实验的自变量、因变量，由因变量的检测方法，自变量和因变量的关系，构建实验设计题型的第三种书写模型。展示小组交流讨论后学习成果，其它学习小组补充完善。

【教师进行问题引导】实验的自变量是？加法实验还是减法实验？因变量是？本探究实验是希望学生找准自变量和因变量，而中间物FT基因转录的产物——FT-mRNA应作为自变量去处理还是作为因变量去检测呢？所给定的材料中不难发现，FT-mRNA应该作为因变量1去检测，而开花时间应作为因变量2去检测。

【问题解决】

【归类总结】构建模型3：自变量→导致→因变量1→ 因变量2

【构建模型4】“叶片中 CO 基因通过促进 FT 基因转录影响开花”。为验证上述假设，以野生拟南芥植株、CO突变体植株、FT-mRNA、无关mRNA为实验材料进行实验，证明该推测。请简述你的实验设计思路及预期结果。

【学生活动】围绕探究活动3交流讨论问题，以学习小组为单位在学案上填写相应内容。明确本实验的自变量、因变量，由因变量的检测方法，自变量和因变量的关系，构建实验设计题型的第四种书写模型。展示小组交流讨论后学习成果，其它学习小组补充完善。

【教师进行问题引导】本实验的自变量是？因变量是？本探究实验与探究实验3的区别是材料的不同，而中间物FT基因转录的产物——FT-mRNA应作为自变量去处理还是作为因变量去检测呢？所给定的材料中不难发现，CO基因应作为自变量1处理，FT-mRNA应作为自变量2处理，为排除mRNA中还存在其他的附属物会对实验结果造成干扰，实验组中设置加入的是无关mRNA，而不是不作处理，本实验开花时间是作为因变量去检测。作为中间变量到底应该作为自变量处理还是因变量检测，关键是看题干中所提供的材料。

【问题解决】

【归类总结】构建模型4：自变量1 → 产生→ 自变量 2 → 因变量

三、拓展延伸，活用模型

通过新的问题，再次启发学生活用模型，让学生取得收获，进一步发展能力的同时，体验成功的过程。例如：独脚金内酯是近年新发现的一类植物激素。为了研究独脚金内酯类似物GR24对侧枝生长发育的影响，科研人员进行了实验。

第一步：

为了进一步研究GR24的作用机理，科研人员用野生型植株进行了图2所示实验，结果如图3。

①进行实验处理时，NAA应加入固体培养基____________（填“A”或“B”）中。

②据图分析，GR24对侧枝生长____________，推测GR24的作用机理是____________。

第二步：

据图3的结果，科研人员提出了一个假设：在顶芽产生的生长素沿主茎极性运输时，GR24会抑制侧芽的生长素向外运输。为验证该假设，采用与图2相同的切段进行实验。请在下表中的空白处填写相应处理内容，完成实验方案。

课后让学生多练习生物实验设计题，更牢固掌握模型，使知识继续延伸，达到提高学生运用知识解决实际问题的能力的目标。

运用“建模法”，“问题引导”是基础，“模型归类”是关键，“活用模型”是核心。教师是学生学习方向的引导者，学习方法的指导者;而学生则应通过“自主、探究、合作”的方式进行学习。利用“建模法”引导学生构建生物实验设计题常考模型，提高学生实验设计的应对能力，解决了千变万化的实验设计题，但模型并不是万能的，所以更要加强学生审题，准确的语言表达等多方面的能力培养。