以教材實驗案例引導學生思考的視角及啟示

摘 要：本文通過對學生學習中存在的三個問題：為什么難以正確表述實驗結論、為什么難以設計實驗方案、為什么難以分析實驗細節的例證剖析，指出教師要引導學生從整體的視角、遷移的視角和論證的視角去解決問題。

關鍵詞： 教材；實驗；案例；思考；視角；啟示

一、為什么難以正確表述實驗結論

1.問題的提出

沃泰默固執地認為，胰腺分泌胰液仍屬神經調節。常規教學中，教師強調他對實驗結果的解釋是錯誤的。因此學生形成印象：胰液的分泌不受神經調節，完全否定了沃泰默的觀點。貝利斯和斯他林的實驗中，沒有神經的參與，所以胰液的分泌受到的調節屬于化學調節，而不是神經調節。教材的資料中顯示貝利斯和斯他林的結論得到高度肯定，貢獻突出。因此學生普遍認為：胰腺分泌胰液只有化學調節沒有神經調節。

2.教材實驗案例

人教版高中生物教材必修3第24頁的主要內容：法國學者沃泰默對胰腺分泌胰液的調節做了實驗：（1）將稀鹽酸注入狗的上段小腸腸腔，胰腺分泌胰液；（2）將稀鹽酸注入狗的血液中，胰腺不分泌胰液；（3）將稀鹽酸注入狗的上段小腸腸腔（切除通向該段小腸的神經，留下血管）后，胰腺分泌胰液。貝利斯和斯他林重復了沃泰默的實驗，他們的假說是：在鹽酸的作用下，小腸黏膜可能產生了一種化學物質，該物質進入血液后，隨血液循環到胰腺，引起胰液的分泌。1902年，為驗證該假設，他們把狗的小腸黏膜與稀鹽酸混合后，加沙子研磨制成提取液。將提取液注射到同一只狗的靜脈中，發現胰腺分泌胰液。他們將小腸黏膜分泌的這種化學物質命名為促胰液素。

3.引導學生思考

沃泰默實驗第（3）步驟中只是人工去除了神經，人為地排除了神經調節的方式。第（1）和第（3）步只能說明神經的存在與否對本實驗結果無影響。如果要得出結論：胰液的分泌不受神經調節，應該再設計第（4）組實驗：切除通向該段小腸的血管，只留下神經，再向小腸內注入稀鹽酸，預期的現象是胰腺不分泌胰液。貝利斯和斯他林的實驗沒有推翻沃泰默的實驗，而是發現了新的調節途徑。俄國的生理學家巴普洛夫對消化腺的神經調節做了大量研究，也曾認為鹽酸刺激胰腺分泌胰液是神經反射。在此基礎上，用發展的觀點引導學生，即胰腺分泌胰液既受到體液調節又受到神經調節。

4.啟示

教師應該將一個個實驗聯系起來，以免學生對每個實驗形成孤立的印象，無法形成整體認知。教師應引導學生從整體的視角去思考實驗結論的最佳表述，有利于提高學生的實驗評價分析能力。

二、為什么難以設計實驗方案

1.問題的提出

在考試中，設計實驗方案證明以下命題：（1）頂芽的生長素運輸到側芽導致側芽生長受抑制；（2）種子產生生長素導致子房壁發育成果實；（3）成熟葉產生脫落酸導致葉柄容易脫落。學生不會設計合理的實驗方案，題目發生變化，更不知道如何動筆。

2.教材實驗案例

人教版高中生物教材必修3教材46頁的主要內容：1880年英國達爾文研究植物的向光性，實驗的過程：第一組：胚芽鞘在單側光下，向光彎曲生長；第二組：在單側光下，去除尖端的胚芽鞘，不生長也不彎曲；第三組：在單側光下，用錫箔罩住胚芽鞘尖端，向上直立生長；第四組：在單側光下，用錫箔罩住胚芽鞘尖端以下一段，向光彎曲生長。

3.引導學生思考

達爾文實驗的推想：單側光照射使胚芽鞘產生某種“影響”，傳遞到下面的伸長區，造成背光側比向光側生長更快，因此胚芽鞘出現向光彎曲。其核心內容是：尖端產生“影響”導致下部伸長區彎曲生長，這句話符合“A產生B導致C發生”的模式，其中的A是“尖端”，B是“影響”，C是“下部伸長區彎曲生長”。該模式的命題下實驗設計往往需要四組，第一、二組的單一變量是有無A，第三、四組的單一變量是有無B。例如命題：頂芽的生長素運輸到側芽導致側芽生長受抑制。那么設計的方案可以是，第一組：不做處理；第二組：去除頂芽；第三組：去除頂芽，切口放置空白瓊脂塊；第四組：去除頂芽，切口放置含有生長素的瓊脂塊。如果第一組側芽抑制，第二組側芽發育，第三組側芽發育，第四組側芽抑制，則命題成立。該設計方案與達爾文的實驗步驟有著異曲同工之妙。

4.啟示

教材實驗案例不僅是案例，而且是可以挖掘很多實驗設計思路的重要資源。教師引導學生以教材實驗為原型，思考教材實驗設計還可以遷移到什么樣的題目中，思考各種實驗命題素材的共性和模式，將有效幫助學生在學習和考試中解決類似問題。

三、為什么難以分析實驗細節

1.問題的提出

學完了“DNA是主要的遺傳物質”這一節內容，很多教師直接指出：DNA具有更強的熱穩定性，加熱殺死后的S型細菌中蛋白質發生變性，DNA并沒有失去活性，在溫度下降后DNA恢復原狀。學生被動接受，沒有自我思考，也沒有論證的過程。學生再碰到類似實驗細節的分析，還是不會。

2.教材實驗案例

格里菲思的第四組實驗：將R型活細菌與加熱后殺死的S型細菌混合后，注射到小鼠體內，結果小鼠患敗血癥死亡。艾弗里實驗中的一個步驟：將S型細菌的DNA加入到R型細菌的培養基上，結果出現了S型細菌的菌落，分離后培養還是S型細菌的菌落。

3.引導學生思考

加熱殺死的S型細菌與R型細菌混合后再注射，從小鼠尸體中分離S型細菌，其后代還是S型細菌。而S型細菌的DNA加入到R型細菌培養基上，就是S型細菌的DNA與R型細菌混合，而且培養基上出現了S型細菌的菌落。肺炎雙球菌體內和體外轉化實驗的現象實質都是R型細菌轉化為S型細菌。格里菲思實驗中R型細菌接觸加熱殺死的S型細菌，而艾弗里實驗中R型細菌接觸S型細菌的DNA，二者都發生了轉化。“加熱殺死的S型細菌”與“S型細菌的DNA”起的作用是一樣的，所以S型細菌在加熱殺死后，DNA并沒有失去活性。

4.啟示

學生經常被灌輸正確的現成結論，喪失了提出問題和反思問題的能力。我們在進行教材典型的實驗案例教學時，不要將實驗結論直接灌輸到學生頭腦中，而要引導學生從逆向論證的視角去思考實驗細節的本質所在，引導學生去提出問題，并主動思考實驗細節的支持依據。