基于ATDE教學(xué)模式培養(yǎng)創(chuàng)造陛思維的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促使學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐。本文以“DNA的粗提取與鑒定”一節(jié)為例，將ATDE教學(xué)模式問、想、做、評(píng)環(huán)節(jié)與高中生物實(shí)驗(yàn)課堂有機(jī)結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在分析問題、解決問題的過程中體會(huì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想方法及規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)造性思維能力。

關(guān)鍵詞：ATDE教學(xué)模式；創(chuàng)造性思維；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；DNA粗提取

文章編號(hào)：1003-7586（2024）03-0046-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確指出創(chuàng)造性思維是學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維的必備素養(yǎng)。當(dāng)前高中生物學(xué)課程中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具有明確的實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生往往會(huì)動(dòng)手不動(dòng)腦地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，無法對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、材料選擇以及操作要求等有更深刻的認(rèn)識(shí)，學(xué)生的創(chuàng)造性思維培養(yǎng)效果不明顯。因此，教師需更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式以提升驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。

臺(tái)灣學(xué)者陳龍安提出的ATDE教學(xué)模式由問（Asking）、想（Thinking）、做（Doing）、評(píng)（Evaluation）四個(gè)要素組成。ATDE模式能夠激發(fā)和增進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力和思維的靈活性，符合當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與發(fā)展的需要。本文嘗試運(yùn)用ATDE教學(xué)模式精心規(guī)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和創(chuàng)造性思維能力的有效路徑。

1 融入ATDE教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

ATDE模式是一種培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思考能力的教學(xué)模式。結(jié)合ATDE模式的實(shí)驗(yàn)課堂以問題探究為主線，圍繞實(shí)驗(yàn)取材、實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)展開創(chuàng)造性探究活動(dòng)，并進(jìn)行多元化評(píng)價(jià)，使學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)與創(chuàng)造性思考能力得以協(xié)調(diào)發(fā)展。教師必須創(chuàng)造“支持性的環(huán)境”，即能接納及包容不同意見的和諧、自由、活躍的環(huán)境，這是實(shí)施ATDE教學(xué)模式的必要條件。在這一教學(xué)環(huán)境中，教師可根據(jù)實(shí)際情況彈性調(diào)整“問、想、做、評(píng)”的操作順序。

“問”是指教師在實(shí)驗(yàn)情境中提出一系列需要探索和思考的問題，激起學(xué)生的好奇心與內(nèi)驅(qū)力，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)進(jìn)行探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和發(fā)散性思維。實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及的問題內(nèi)容，應(yīng)立足于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課題的原理、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)。問題之間的聯(lián)結(jié)與遞進(jìn)要體現(xiàn)邏輯性、發(fā)散性，每個(gè)問題都相輔相成，服務(wù)于實(shí)驗(yàn)探究的目標(biāo)和重點(diǎn)。

“想”是指一系列的問題提出后，教師提供充足的思考時(shí)間，學(xué)生在原有的認(rèn)知基礎(chǔ)上積極進(jìn)行類比聯(lián)想、發(fā)散延伸等創(chuàng)造性思維活動(dòng)，推測(cè)問題的答案或?qū)で髥栴}的解決思路。為了得出問題答案，學(xué)生需以小組為單位進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，討論實(shí)驗(yàn)的變量、實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的異常情況及應(yīng)對(duì)措施并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。為確保實(shí)驗(yàn)方案的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，師生之間、生生之間需有積極高效的溝通交流。

“做”主要體現(xiàn)于整個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程各實(shí)驗(yàn)小組的成員分工協(xié)作，按照實(shí)驗(yàn)方案科學(xué)有序地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)材料及試劑的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)步驟的實(shí)施、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析等。實(shí)驗(yàn)過程中，教師一方面要觀察各小組的分工及配合的情況，及時(shí)協(xié)調(diào)學(xué)生之間的矛盾，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)與團(tuán)隊(duì)精神；另一方面密切注意各小組成員的實(shí)驗(yàn)操作，嚴(yán)格要求學(xué)生規(guī)范使用實(shí)驗(yàn)儀器、器具，幫助學(xué)生養(yǎng)成規(guī)范的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。

“評(píng)”是實(shí)驗(yàn)課堂的診斷手段。通過學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)和教師評(píng)價(jià)，學(xué)生可以從自身、同學(xué)、教師的評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)和不足，教師能夠及時(shí)獲取實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋，了解學(xué)生的認(rèn)知情況、實(shí)踐能力、科研素養(yǎng)。教師應(yīng)根據(jù)具體的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容選擇多元的評(píng)價(jià)方式，比如課堂行為觀察、學(xué)生成長(zhǎng)記錄、習(xí)題測(cè)驗(yàn)等。此外，教師的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)局限于學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞，應(yīng)從知識(shí)、技能、思維和態(tài)度幾個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，多維度的了解學(xué)生的個(gè)人特質(zhì)與能力。

2 基于ATDE教學(xué)模式的“DNA的粗提取與鑒定”教學(xué)案例

2.1 教學(xué)目標(biāo)

（1）了解DNA的物理和化學(xué)性質(zhì)，掌握DNA粗提取的方法及鑒定原理，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

（2）提出探究性問題的實(shí)驗(yàn)思路及注意事項(xiàng)，設(shè)計(jì)DNA的粗提取和鑒定方案，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

（3）能聯(lián)系社會(huì)生活，將常見的洗滌劑、果蔬用于實(shí)驗(yàn)探究，完成DNA的粗提取與鑒定，提升科學(xué)探究能力。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

2.3 教學(xué)過程

2.3.1 “問”——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，存疑設(shè)問

教師展示情境材料：近年來，DNA指紋鑒定技術(shù)在農(nóng)作物品種鑒定領(lǐng)域大顯身手。我國(guó)建立了全球首個(gè)農(nóng)作物品種DNA指紋庫公共平臺(tái)，對(duì)我國(guó)的種業(yè)發(fā)展具有里程碑式的意義，也推動(dòng)DNA檢測(cè)技術(shù)打開了新局面。

教師科普DNA指紋鑒定技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，提出問題：“為了構(gòu)建農(nóng)作物的DNA指紋圖譜，首先要做什么？”以此引出實(shí)驗(yàn)課題“DNA的粗提取與鑒定”。教師追問：“要提取的DNA主要存在于細(xì)胞的什么結(jié)構(gòu)中？如何將它提取出來呢？怎樣才能破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)？在選擇DNA提取材料時(shí)需要考慮哪些因素？”教師引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析教材的實(shí)驗(yàn)方案并得出問題答案。

教師播放實(shí)驗(yàn)操作視頻，提出以下問題：“洋蔥切片或研磨時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)會(huì)刺激學(xué)生眼鼻，影響實(shí)驗(yàn)操作，是否有其他常見材料適合用于DNA的粗提取？”“取30 mL洗滌劑、25 9食鹽和200 mL蒸餾水配成的試劑可以作為DNA提取實(shí)驗(yàn)的研磨液，不同洗滌劑的DNA提取效果是否相同？”“以下兩種方法能否去除濾液中的蛋白質(zhì)，哪種方法更好？第一種方法是直接在濾液中加入嫩肉粉（含有木瓜蛋白酶），反應(yīng)10～15 min。第二種方法是將濾液放在60～75℃的恒溫水浴箱中保溫10～15 min。”

教師通過問題激起學(xué)生的好奇心和探索欲，進(jìn)而布置課堂探究任務(wù)：每個(gè)學(xué)習(xí)小組選擇其中一個(gè)問題進(jìn)行探究，所有小組完成實(shí)驗(yàn)后派代表匯報(bào)該組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論。

2.3.2 “想”——推陳出新，類比聯(lián)想

各小組經(jīng)過討論后選定本次實(shí)驗(yàn)要探究并解答的問題，然后在教師的指導(dǎo)下查閱資料、類比分析教材實(shí)驗(yàn)方案及其他實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)思路，最終各小組針對(duì)各自的問題提出探究思路。

研究DNA粗提取的實(shí)驗(yàn)材料的實(shí)驗(yàn)小組通過討論認(rèn)為花椰菜和香蕉方便購買，容易研磨，鑒定時(shí)無顏色干擾，是理想的DNA提取材料。提出的探究思路為：以常見的花椰菜和香蕉作為洋蔥的替代材料，探究這兩種材料的DNA提取量。

研究不同洗滌劑DNA提取效果的實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)洗潔精和洗衣液中含有的SDS（十二烷基硫酸鈉）可瓦解細(xì)胞膜，使蛋白質(zhì)變性而與DNA分離。為了探究不同洗滌劑的DNA提取效果，該實(shí)驗(yàn)小組確定的探究思路是取30mL洗潔精和30mL洗衣液，分別與25 g食鹽、200 mL蒸餾水配制成研磨液，以洋蔥為實(shí)驗(yàn)材料比較這兩種洗滌劑的DNA提取量。

實(shí)驗(yàn)小組分析了濾液的除雜原理，認(rèn)為兩種方法都能去除蛋白質(zhì)，只有進(jìn)行實(shí)際操作才能比較出二者的除雜效果。探究思路是以洋蔥為材料進(jìn)行DNA的粗提取，將兩種除雜方法分別用于本實(shí)驗(yàn)，根據(jù)DNA的鑒定結(jié)果比較二者的除雜效果。

各組的探究思路確定后，教師引導(dǎo)學(xué)生思考探究過程中的注意事項(xiàng)：要充分研磨實(shí)驗(yàn)材料，但時(shí)間不可過長(zhǎng)，否則DNA容易降解，影響DNA析出量；提取過程中，加入預(yù)冷無水乙醇時(shí)需傾斜試管，讓溶液沿著管壁緩慢流下，切忌快速倒入，避免沖散已析出的DNA絮狀物；用玻璃棒卷取絲狀DNA時(shí)，需沿著同一方向進(jìn)行攪拌，且速度不能過快，動(dòng)作幅度也不能過大，避免DNA發(fā)生斷裂；DNA鑒定試劑是本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵試劑，不僅要嚴(yán)格遵守A、B液的配比，更要遵循現(xiàn)配現(xiàn)用的原則，且二苯胺試劑具有刺激性氣味且有毒性，應(yīng)避免該試劑接觸眼鼻和皮膚。

2.3.3 “做”——自主探究，分工協(xié)作

學(xué)生們按照探究思路有創(chuàng)造性地調(diào)整教材實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)過小組討論和教師審核后，在此方案的基礎(chǔ)上形成各個(gè)問題的實(shí)驗(yàn)探究步驟（見表1）。各小組成員根據(jù)組內(nèi)的探究方案和實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行分工，確保每位成員都有動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。教師密切關(guān)注學(xué)生的動(dòng)向，糾正學(xué)生的不規(guī)范操作，監(jiān)督各小組的實(shí)施進(jìn)度。

2.3.3 “評(píng)”——成果展示，師生共評(píng)

學(xué)生觀察組內(nèi)提取的DNA及鑒定結(jié)果，討論后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和探究結(jié)論記錄于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，每組提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并自行推選小組代表匯報(bào)全組的探究結(jié)果及結(jié)論。全班的探究結(jié)果及結(jié)論經(jīng)教師和課代表篩選評(píng)鑒后匯總?cè)缦隆?/p>

同等質(zhì)量下，香蕉的DNA提取量多于花椰菜；香蕉的DNA較為細(xì)碎不易挑取，而花椰菜的DNA是一團(tuán)絲狀物，容易挑取；香蕉和花菜都易于研磨，但香蕉勻漿過于粘稠，過濾時(shí)間長(zhǎng)。綜合來看，花椰菜比香蕉更適合作為DNA粗提取的材料。

不同洗滌劑的DNA提取效果不完全相同，洗潔精提取出的洋蔥DNA量略多于洗衣液；DNA鑒定時(shí)顯現(xiàn)的藍(lán)色比較深，說明洗潔精與洗衣液提取洋蔥DNA的效果都比較好。在研磨和過濾時(shí)，使用含洗衣液的研磨液所產(chǎn)生的泡沫多于洗潔精，所以建議選用洗潔精配置研磨液。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，兩種除雜方法都有效果。從實(shí)驗(yàn)條件的角度來看，許多實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的中學(xué)實(shí)驗(yàn)室不具備恒溫水浴鍋，而75℃恒溫水浴法必須要有此儀器，所以有的學(xué)生認(rèn)為添加嫩肉粉的除雜方法更好。

所有小組展示實(shí)驗(yàn)報(bào)告并完成匯報(bào)后，教師與學(xué)生一起從課題展示的完整性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論的準(zhǔn)確性、表述用語的規(guī)范與流暢性三個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，分別票選出最佳實(shí)驗(yàn)報(bào)告及最佳匯報(bào)人。課堂的最后，教師對(duì)全班的整體表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)，從多個(gè)角度對(duì)學(xué)生閃光點(diǎn)給予肯定，從不同層面對(duì)學(xué)生的不足之處提出建議。

3 結(jié)語

ATDE模式為高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了以“問、想、做、評(píng)”四要素為主的操作框架。在該模式下，教師從學(xué)生原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)問題，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑、好奇，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性思考并開展創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。學(xué)生在問題情境中充分發(fā)揮主動(dòng)學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性思考的積極性，對(duì)新舊知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整合與綜合運(yùn)用，多層次、多角度思考并積極參與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用ATDE教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，既是生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革需要，也是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的需要。總之，ATDE教學(xué)模式與生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合還需要不斷地探索與嘗試，從而促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提升。