“問題導學，變式拓展”在實驗教學中的應用
——以“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”為例

廣東 許燕雯 邵龍國

一、“問題導學，變式拓展”實驗教學模式提出的背景

生物是一門以實驗為基礎的自然科學，生物學中的理論與實踐是密不可分的。新制訂的《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》（以下簡稱《課程標準》）強調在生物學教學中突出生物學科核心素養，而《課程標準》提及的四種核心素養中就有“科學思維”“科學探究”兩種素養與實驗密切相關，因此生物實驗的教學更為重要。但在教學實踐中，受限于課時緊張、實驗條件等多方面因素，生物實驗教學大都被邊緣化。然而對于一些重要的基礎實驗的考查卻在不斷加強。因此，在有限的條件下探索出實用又高效的實驗教學模式顯得尤為重要。

二、“問題導學，變式拓展”模式的內涵

問題導學，即通過問題來達到教學目的的過程，是在課堂教學中通過創設特定問題情境，引導學生在解決問題的過程中，主動獲取和運用知識、技能，發揮其學習的主動性，提高其自主學習能力的教學方式。在新課程課堂教學改革理論指導下，通過教師的合理引導，把教學內容轉化為值得探究的、有意義的、有不同解決方法的問題，創造情境讓學生自主探究。“問題”是基礎，“導”是關鍵，“學”是核心。教師針對某一實驗設定一系列問題，讓學生以問題為基石，自行建構出實驗的基本框架。教師再引導學生解決這些問題，完善細節知識，這就如同建房時添磚加瓦的過程。

在變式訓練中鞏固理論知識，同時也可以提升學生的應試能力。拓展延伸可以啟發學生思維，鍛煉變式拓展是指對現有實驗的材料、試劑、方法甚至理論知識進行多方面的變式訓練以及拓展延伸，使學生的科學思維及實驗探究能力得到發展和提升，這也是新課標中生物學科素養的要求。

問題導學與變式拓展是相輔相成的。問題導學是引導學生學習基礎內容的主要手段，在學生掌握相關基本知識的基礎上再進行變式拓展，可以達到舉一反三、觸類旁通的效果。教師根據學生在問答過程的反饋情況再進行形成性評價，使學生理解、掌握實驗的原理、方法以及變式等。問題導學的關鍵在于讓學生從枯燥煩瑣的課本知識中解脫出來，從問題導學，提升學生的學習熱情，引發學生獨立思考，理順思路逐步解決問題，并且構建知識框架。

圖1 “問題導學，變式拓展”實驗教學模式圖

三、“問題導學，變式拓展”模式的實施過程

與傳統的講授型課堂教學模式不同的是，“問題導學，變式拓展”模式在課堂實施環節主要進行問答式教學。教師通過對實驗原理、實驗器材、實驗步驟、實驗結果的深入分析，提出一系列核心問題組，循序漸進地引導學生進行思考，從而理解實驗中每個環節背后的生物學原理。

下文以人教版教材必修1《分子與細胞》中“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗為例淺談“問題導學，變式拓展”的課堂實施。由于洋蔥根尖有絲分裂觀察實驗的步驟相對較復雜，實驗耗時較長，實驗結果不明顯，所以在一些學校里并沒有開設這一節實驗課。但由于這一節內容與減數分裂、染色體變異等重要知識聯系緊密，故這一實驗在相關的練習與測試中出現頻率較高。

為便于呈現“導”與“學”的完整過程，筆者在本文中對學生的思考回答作出了相應的預設，在教學實踐中，教師需要根據學生的反饋對“導”的過程進行相應調整。

（一）問題導學

核心問題組1：

師：觀察有絲分裂應選擇真核生物還是原核生物？

生：真核細胞才能進行有絲分裂。

師：植物、動物、真菌你更傾向于選用什么？

生：植物，取材方便、更易觀察等。

師：植物的根、莖、葉、花、果實、種子中，你更傾向于選用哪一個？

生：從有無有絲分裂、是否含色素、制片的難易程度等方面思考，選取植物根尖為實驗材料更好。

師：如何獲得實驗材料？

生：將洋蔥或蒜頭接觸水面置于溫暖的地方培養生根。

圖2 核心問題組1 思維導圖

設計意圖：以上問題主要聚焦于實驗選材的依據。從材料是否能進行有絲分裂，取材的簡便性和觀察的實際操作程度，材料的形態、顏色是否對結果造成影響，材料的培養等因素進行設問引導，從目的入手理解選用洋蔥根尖分生組織的原因。

核心問題組2：

師：根的全部位置都適合觀察嗎？

生：不是，根尖分生區細胞才能進行有絲分裂。

師：如何找到分生區細胞？

生：取材時選取距離根尖2～3 mm 處；低倍鏡下找到呈正方形的細胞。

師：所有時間都適合觀察嗎？

生：一般在上午10 點至下午2 點觀察為宜。

圖3 核心問題組2 思維導圖

設計意圖：以上問題主要聚焦于對洋蔥根尖的細微結構的認識。通過具體設問引導學生思考，由簡單刻板的機械記憶轉化為理解記憶，使學生進一步明確實驗目的。引導學生在掌握根尖細微結構的基礎上深入理解本實驗選材的生物學基礎，同時也能幫助學生提升關于本實驗選材方面的答題能力。

核心問題組3：

師：肉眼能觀察到根尖細胞有絲分裂嗎？

生：不能，必須用高倍顯微鏡才能觀察到。

師：為了在顯微鏡下觀察到細胞有絲分裂，根尖應如何處理？

生：制片，盡量處理成單層細胞。

師：如何制成單層細胞的裝片？

生：用95%酒精與15%鹽酸1∶1 混合制成解離液進行解離，壓片。

師：解離時間過長或過短是否影響實驗結果？

生：解離時間過長破壞細胞染色體結構，解離時間過短細胞無法分開。

圖4 核心問題組3 思維導圖

設計意圖：讓學生關注有絲分裂實驗過程中的核心步驟是“解離”與“壓片”。在教學實踐中學生普遍對這兩個過程比較生疏，除了這兩個過程本身出現的頻率較低以外，更多的是因為學生對實驗原理、過程理解不透徹。

核心問題組4：

師：如何確定細胞處于哪個時期？

生：通過觀察染色體的形態和數目確定。

師：觀察染色體應如何染色？

生：用堿性染料（龍膽紫或醋酸洋紅）染色。

師：染色時需要注意什么？

生：染色之前洗去解離液、染色時間適宜。

圖5 核心問題組4 思維導圖

設計意圖：以上問題聚焦于實驗步驟中的“解離”與“染色”。在考試中學生常常混淆步驟，在實驗操作中失誤較多，尤其是對“解離”“染色”這兩個過程容易顛倒記憶。通過引導學生結合實驗的目的及原理進行思考，理解這兩個步驟的作用，最后達到理解記憶的目的。

核心問題組5：

師：如何確定觀察的細胞正在進行有絲分裂？

生：觀察染色體的形態和數目。

師：根尖有絲分裂有何特點？

生：分裂間期長、各細胞分裂不同步。

師：能否觀察到有絲分裂的動態過程？

生：不能，細胞經解離后已經死亡。

師：未觀察到預期現象的原因可能是什么？

生：實驗材料、實驗操作、細胞周期等。

圖6 核心問題組5 思維導圖

設計意圖：以上問題聚焦于實驗結果的分析。通過設問引導學生對實驗結果進行科學分析。無論能否得到正確的實驗結果，都能讓學生理性思考，使他們知其然也知其所以然。分析結果的過程也可加強學生對實驗原理和方法的掌握。

（二）變式拓展

核心問題組6：

師：本實驗染色效果不明顯，可以如何優化？

生：在染色時適當加熱處理或換用其他染色劑。

師：若用動物材料來進行本實驗的觀察，應在本實驗的基礎上如何改進？

生：從取材部位、觀察時期、解離等過程考慮。

師：若要觀察無絲分裂、減數分裂、二分裂應在本實驗的基礎上如何改進？

生：觀察細胞無絲分裂可取蛙血細胞，主要觀察細胞核的形態；觀察細胞減數分裂可取花粉為材料，進行染色處理，觀察染色體；觀察細胞二分裂可取原核細胞為實驗材料，在100 倍油鏡下觀察，主要觀察細胞的形態。

師：你們還能想到觀察細胞的何種生理過程？

生：細胞分化：取植物組織培養不同階段的細胞，進行對比；細胞衰老：觀察細胞核的變化；細胞凋亡：觀察細胞凋亡小體；細胞癌變：觀察細胞形態的變化。

圖7 核心問題組6 思維導圖

設計意圖：以上核心問題聚焦于實驗的變式與拓展。通過問題引導學生對所學知識靈活運用，拓展學生知識面的同時啟發學生進行理性思考和科學探究，同時也能提升學生的解題能力。

四、總結與反思

采用問題導學的形式進行實驗的理論知識學習后，學生的參與度更高，課堂上積極討論與思考。經過層層設問，學生對于實驗的基本內容已經熟練掌握，在進行實驗的時候，學生的問題減少了很多，實驗過程也更加順利，實驗效果也更加明顯。一些沒有做出正確結果的小組也能自發對結果進行分析。在完成實驗后，再進行變式拓展訓練，學生思維活躍，提出了很多大膽的設想。對于這些拓展的問題，學生不一定能在實踐中完成實驗，也不一定有確切的答案，但是在思考過程中，學生的理論知識得到了升華，探究意識得到了啟發，探究能力得到了鍛煉。但在教學實施的環節中應注意結合學生的實際情況，并有針對性地設問與延伸，問題過于簡單會使學生失去關注的興趣，問題過難也會降低學生參與的積極性。總而言之，結合學情，科學地通過問題導學，并合理地進行變式拓展是一種實用且高效的實驗教學嘗試。