基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路落實(shí)生物學(xué)核心素養(yǎng)的策略

于秀萍

摘要：生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，生物課程以提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)為宗旨，通過學(xué)科學(xué)習(xí)，即要讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識，又要領(lǐng)悟生物學(xué)過程中所持有的觀點(diǎn)以及解決問題的思路和方法，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究能力是一種較高的綜合能力，能夠很好地承載這一功能，在高考理綜生物試題中，實(shí)驗(yàn)探究所占比重很大，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題成為必不可少的一道大題，且以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的考察為重點(diǎn)。本文主要以高考實(shí)驗(yàn)題為例，對學(xué)生進(jìn)行思維引導(dǎo)，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：生物學(xué)核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究;學(xué)生的思維培養(yǎng)

1區(qū)分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)步驟

以往高考非常重視實(shí)驗(yàn)步驟的書寫，隨著課程理念和育人宗旨的改變，能體現(xiàn)學(xué)生決策能力的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路題型成為每年必考題。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路是實(shí)驗(yàn)的基本方法和大致步驟，是對實(shí)驗(yàn)過程的分析、安排思路，重點(diǎn)落實(shí)在實(shí)驗(yàn)是怎么設(shè)計(jì)的，規(guī)范表達(dá)可以分兩步走：如何控制自變量和測量因變量，從而得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)步驟是實(shí)驗(yàn)思路的具體實(shí)施，更加具體，重視操作，往往涉及分組編號、材料處理、觀察記錄等幾個環(huán)節(jié)。

2對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路

2.1題目（2019全國Ⅰ卷第29題）：將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進(jìn)行干旱處理，該植物根細(xì)胞中溶質(zhì)濃度增大，葉片中的脫落酸（ABA）含量增高，葉片氣孔開度減小，回答下列問題。有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請以該種植物的ABA缺失突變體（不能合成ABA）植株為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一結(jié)論。要求簡要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。

2.2思維引導(dǎo)：

2.2.1分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模孩僮C明干旱條件下植物氣孔開度減小不是缺水引起的;②證明干旱條件下植物氣孔開度減小是ABA引起的。

2.2.2確定相關(guān)變量：依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鞔_了解題方向，確定本實(shí)驗(yàn)應(yīng)設(shè)置兩組自變量，分別為①正常條件和缺水環(huán)境②植物體中有無ABA;因變量均為氣孔開度變化，也是實(shí)驗(yàn)的觀測指標(biāo);無關(guān)變量有溫度、光照強(qiáng)度、土壤含水量等。

2.2.3理順實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：分析過程中，要引導(dǎo)學(xué)生不能忽略材料用具的用途。本實(shí)驗(yàn)已給出的實(shí)驗(yàn)材料為ABA缺失突變體植株（不能合成ABA），若要證明①干旱條件下植物氣孔開度減小不是缺水引起的，可對實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行前后對照處理：正常條件和干旱條件，需要測定ABA缺失突變體干旱處理前后氣孔開度;若要證明②干旱條件下植物氣孔開度減小是ABA引起的，利用的材料是經(jīng)上述干旱處理的ABA缺失突變體植株，可對實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行空白對照處理：在干旱條件下（無關(guān)變量），一組進(jìn)行ABA處理，另一組不做ABA處理作為對照組，一段時(shí)間后，分別測定兩組的氣孔開度。

2.2.4預(yù)測結(jié)果結(jié)論：要注意驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)在結(jié)論上的不同。作為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)論已知：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，由結(jié)論可以反推預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果為①干旱處理前后氣孔開度不變②ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。

由以上分析，整理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路為：

取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經(jīng)干旱處理后，再測定氣孔開度。預(yù)期結(jié)果是干旱處理前后氣孔開度不變。

將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進(jìn)行ABA處理，另一組作為對照組，一段時(shí)間后，分別測定兩組的氣孔開度。預(yù)期結(jié)果是ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。

3運(yùn)用假說-演繹法的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

3.1題目（2016全國Ⅰ卷第32題）：已知果蠅的灰體和黃體受一對等位基因控制，但顯隱性關(guān)系和該等位基因所在的染色體是未知的。同學(xué)甲用一只灰體雌蠅與一只黃體雄蠅雜交，子代中♀灰體∶♀黃體∶♂灰體∶♂黃體為1∶1∶1∶1。同學(xué)乙用兩種不同的雜交實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性。請根據(jù)上述結(jié)果，回答下列問題：

（1）僅根據(jù)同學(xué)甲的實(shí)驗(yàn)，能不能證明控制黃體的基因位于X染色體上，并表現(xiàn)為隱性？

（2）請用同學(xué)甲得到的子代果蠅為材料設(shè)計(jì)兩個不同的實(shí)驗(yàn)，這兩個實(shí)驗(yàn)都能獨(dú)立證明同學(xué)乙的結(jié)論。（要求：每個實(shí)驗(yàn)只用一個雜交組合，并指出支持同學(xué)乙結(jié)論的預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。）

3.2思維引導(dǎo)：

3.2.1審題中引導(dǎo)學(xué)生方向?qū)嶒?yàn)結(jié)果。根據(jù)同學(xué)甲的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，子代的雌性和雄性果蠅中，性狀分離比是相同的，都是灰體：黃體=1：1。常染色體雜合子測交情況下也符合這一比例，故僅根據(jù)同學(xué)甲的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不能判斷控制黃體的基因是否位于X染色體上，也不能證明控制黃體的基因表現(xiàn)為隱性。

3.2.2用同學(xué)甲得到的子代果蠅為材料設(shè)計(jì)兩個不同的實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立證明同學(xué)乙的結(jié)論，可以根據(jù)乙的結(jié)論，設(shè)控制灰體的基因?yàn)锳，控制黃體的基因?yàn)閍，假定相關(guān)基因位于X染色體上。同學(xué)甲的實(shí)驗(yàn)中，雜交子代出現(xiàn)四種表現(xiàn)型且分離比為1∶1∶1∶1，可推出親子代果蠅的基因型，要求學(xué)生用遺傳圖解表示相關(guān)的推理過程。

3.2.3利用F1果蠅為材料設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)，雜交組合方式共有4種。要證明同學(xué)乙的結(jié)論：黃體為伴X染色體隱性遺傳，用F1果蠅雜交獲得的F2 果蠅，雌雄中表現(xiàn)型比例應(yīng)該有所不同。故實(shí)驗(yàn)采用的雜交組合為：F1中黃體雌蠅×灰體雄蠅、F1中灰體雌蠅×灰體雄蠅。若實(shí)驗(yàn)支持同學(xué)乙的結(jié)論，可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果要求學(xué)生用遺傳圖解表示出來。

根據(jù)遺傳圖解及以上分析過程，整理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：

（1）不能

（2）實(shí)驗(yàn)1：雜交組合：♀黃體×♂灰體

預(yù)期結(jié)果：子一代中所有的雌性都表現(xiàn)為灰體，雄性都表現(xiàn)為黃體。

實(shí)驗(yàn)2：雜交組合：♀灰體×♂灰體

預(yù)期結(jié)果：子一代中所有的雌性都表現(xiàn)為灰體，雄性中一半表現(xiàn)為灰體，另一半表現(xiàn)為黃體。

3.3小結(jié)：本題的考查點(diǎn)是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究基因的位置及顯隱關(guān)系，聯(lián)系教材摩爾根果蠅雜交的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)運(yùn)用假說-演繹法來探究。一般可采用兩種思路：

思路1.隱性純合子的雌性個體與顯性的雄性個體雜交;

思路2. 雌性雜合子與顯性的雄性個體雜交。

總之，在中學(xué)階段將課本的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法有機(jī)的應(yīng)用到自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)當(dāng)中去，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和思維能力;而將學(xué)生的思維培養(yǎng)與整個教學(xué)過程有機(jī)地結(jié)合起來，就可以更好地把生物學(xué)核心素養(yǎng)落到實(shí)處，我們的教學(xué)就能收到良好的教學(xué)效果。