運用“ATDE”模式構建高階思維課堂

魯華

在高三復習“實驗變量的分析及應用”一課中，筆者通過問（Asking）、想（Thinking）、做（Doing）、評（Evaluation）等訓練，不僅“授人以魚”、“授人以漁”，更是“授人以漁場”，發(fā)展了學生的高階思維能力，取得了較好的教學效果。

1 實驗變量的分析——自主學習

教師要求學生自主學習變量的定義、種類，并以例子進行變量的識別。

（1） 變量的定義：變量是指在實驗過程中可以變化的因素。

（2） 變量的種類：

自變量：實驗中要研究的因素，可以人為改變。

因變量：實驗中由于自變量變化而引起的現象變化或結果。

無關變量：實驗中除自變量以外的影響實驗結果的因素。

（3） 變量的識別：教師利用例1，引導學生識別變量。

【例1】 請根據表1分析“探究酶的高效性”中的自變量、因變量和無關變量。

師：本例可以換成“催化劑種類對H2O2分解速率的影響”。

生：自變量是催化劑的種類，因變量是H2O2分解速率，無關變量有溫度、pH、催化劑的量、肝臟的新鮮程度等。

師：單位時間氣泡產生速率不能說成因變量，只是因變量的檢測指標，還可以用點燃但無明火的衛(wèi)生香復燃程度檢測。

（4） 師生總結規(guī)律——歸納提升。

① 自變量的識別：來自于對實驗目的的分析，如探究什么、驗證什么、證明什么等。其中“什么”就是自變量。

② 因變量的識別：因變量是自變量的結果，通過實驗現象體現，是觀察的指標。

③ 無關變量的識別：對實驗結果有影響，但又不是所要研究的因素。

（5） 教師引導學生構建三種變量之間關系的模型，如圖1所示。

（6） 教師引導學生學習變量的處理。

師：自變量必須是一個可操縱的因素，具有可控性。如何正確操縱自變量？在觀察SO2對植物的影響、探究甲狀腺激素對小白鼠生命活動的影響、溫度對酶活性的影響的實驗中，如何操作自變量？

教師提出正確操作自變量的方法——加法原理或減法原理。包括施加、改變、去除，即采用“有”與“無”、“多”與“少”、“濃度、pH、數量或位置的變化”等方法。

學生小結常見自變量的操作方法：

① 增加水中的氧氣——泵入空氣或吹氣或放入綠色植物。

② 減少水中的氧氣——容器密封或油膜覆蓋或用涼開水。

③ 除去容器中的二氧化碳——氫氧化鈉溶液。

④ 增加水中二氧化碳——NaHCO3。

⑤ 除去葉片中原有淀粉——置于黑暗環(huán)境中暗處理。

⑥ 除去葉片中葉綠素——酒精脫色。

⑦ 除去光合作用對細胞呼吸的干擾———遮光。

⑧ 添加蛋白質、多肽類激素——注射。

⑨ 添加固醇類激素——飼喂。

師：無關變量并非與實驗無關，只不過不是本實驗要研究的對象，要保證實驗得出科學的結論，一定嚴格控制無關變量——隨機分組、設置對照（空白對照、條件對照、自身對照、相互對照等）、條件相同且適宜、重復實驗等。

教師提出問題：在“探究甲狀腺激素對小白鼠影響”實驗中，如何控制無關變量？

學生小結控制無關變量的方法：

① 通過“生長狀況一致;大樣本取樣;隨機分組”等，排除因實驗對象個體差異帶來的影響。

② 設置對照實驗，以排除對實驗現象的干擾。

③ 提供相同且適宜的適宜條件，排除不利環(huán)境因素對實驗結果的影響。

④ 通過重復實驗，如多次測量求平均值排除偶然性，減少實驗誤差，增強實驗的可信度。

師：因變量具有可測性?？茖W地獲取因變量——根據實驗原理和實驗條件確定觀察和測量的指標及方法。

① 觀察特定顏色變化;

② 觀察形態(tài)結構、生理、特征變化;

③ 測量生長發(fā)育速度;

④ 測量生化反應速度。

教師提出問題：在“探究淀粉酶對淀粉和蔗糖的作用”實驗中，應如何檢測因變量？

生：加斐林試劑水浴加熱后，是否出現磚紅色沉淀。

師：為什么不能用碘液檢測？

生：蔗糖和蔗糖的水解產物都不能與碘液發(fā)生顏色反應。

學生小結常見的因變量的檢測方法：

① 光合速率——O2釋放速率或CO2吸收速率或有機物積累速率。

② 呼吸速率——O2吸收速率或CO2釋放速率或有機物減少速率。

③ 原子途徑——放射性同位素示蹤。

④ 新陳代謝速度——動物耗氧量。

⑤ 生長發(fā)育——動物身高、體重變化。

⑥ 胰島素作用——動物活動狀態(tài)。

教師引導學生分析例2。

【例2】 為了驗證甲狀腺激素的生理作用，試以大白鼠的耗氧量和活動量為觀察指標，根據給出的實驗材料和用具，如何處理變量？

材料和用具：日齡相同體重相近的雄性成年大白鼠若干，甲狀腺激素溶液，生理鹽水，灌胃器，耗氧量測定裝置，小動物活動測定儀等。（實驗提示：給藥途徑為每日灌胃，給藥劑量和儀器操作不作考試要求，室溫恒定。）

答案：自變量為有無甲狀腺激素。

操作方法：實驗組：灌甲狀腺激素溶液;對照組：灌等量生理鹽水。

無關變量是大白鼠的日齡體重，飼養(yǎng)條件等?？刂品椒ǎ捍髽颖?、均分、相同且適宜條件。

因變量是耗氧量和活動量。檢測方法：用相應的儀器測定耗氧量，觀察活動量。

師生總結規(guī)律：

通常自變量是原因，因變量是結果，二者具有因果關系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。自變量是指實驗中由實驗者根據實驗目的所操縱的因素或條件，具有可控性。因變量是指實驗中由于自變量而引起的變化和結果，具有可測性。無關變量是指實驗中除自變量以外的影響實驗現象或結果的因素或條件，具有可控性，無關變量應完全相同且適宜。

2 變量分析在實驗設計題型中的應用

【例3】 為了驗證甲狀腺激素的生理作用，試以大白鼠的耗氧量和活動量為觀察指標，根據給出的實驗材料和用具和例2中的變量分析，自主完善實驗步驟。

材料和用具：日齡相同體重相近的雄性成年大白鼠若干，甲狀腺激素溶液，生理鹽水，灌胃器，耗氧量測定裝置，小動物活動測定儀等。（實驗提示：給藥途徑為每日灌胃，給藥劑量和儀器操作不作考試要求，室溫恒定。）

第一步：取日齡相同體重相近的雄性成年大白鼠若干，均分為等量的兩組，編號為A、B。

第二步：A組每日用灌胃器灌一定量的甲狀腺激素溶液，B組灌以等量的生理鹽水。

第三步：將兩組大白鼠置于相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)，并定期同時用儀器測定兩組大白鼠的耗氧量，同時對比兩組大白鼠的活動強度。

教師提供該題型的解題步驟。

（1） 實驗步驟書寫的基本原則：

① 實驗步驟中必須能夠反映出對自變量的控制手段、因變量的檢測方法和標準以及無關變量的控制方法。

② 實驗步驟必須分步書寫，每一步驟中一般包含一個操作的主題。

（2） 實驗步驟書寫的一般格式：

簡單的實驗一般可以分為3～4步書寫。

① 分組，控制與分組有關的無關變量。

② 實驗組和對照組中自變量的控制。

③ 實驗過程的控制以及實驗過程中的無關變量的控制。

④ 因變量的檢測方法和標準。

注意：具體書寫方式應該根據實驗具體內容相應調整，而不能機械地套用該格式。

學生利用規(guī)律，解題：

（1） 取材、分組、編號，控制與分組有關的無關變量。

① 選材：“選取年齡、性別相同，健康且發(fā)育狀況相同的同種動物”“選取長勢相同、大小相似的同種植物”等。

② 分組：“隨機均分（或等分）為X組”。

③ 編號：“編號為A、B……組”或“編號為甲、乙……組”。

（2） 實驗組和對照組中自變量的控制以及實驗過程中無關變量的控制。

例如，實驗組“用適量的某溶液”處理，對照組“用等量的蒸餾水（或生理鹽水或清水）”處理，且“每組都在相同且適宜的條件下培養(yǎng)（或飼養(yǎng)）”或“觀察相同的時間”。

（3） 因變量的檢測方法和標準。如“一段時間后，觀察（現象）或測量（數據），做好記錄（并計算出平均值）”。

3 學以致用

教師要求學生請根據以下提供的實驗材料，設計生物制劑W對動物不同細胞的分裂具有促進作用的實驗步驟。

實驗材料：培養(yǎng)液、正常體細胞、癌細胞、W、胰蛋白酶，培養(yǎng)瓶、血細胞計數板、顯微鏡（要求與說明：答題時不考慮加入W后的體積變化等誤差。提供的細胞均具有分裂能力，只進行原代培養(yǎng)且培養(yǎng)條件適宜）。

學生以小組為單位開展討論，組長組織成員互相幫助，寫出實驗步驟，并推薦小組代表向全班同學講解。

教師設計引導學生思考的問題串：

（1） 實驗的目的是什么？

（2） 實驗材料和用具有什么用？

（3） 該實驗要設幾組？怎么設計，每組幾個樣品？

（4） 找出自變量是什么？（如何變？）無關變量有哪些？（如何控制？應設置怎樣的對照來排除無關變量的影響？）

（5） 觀察指標是什么？

（6） 實驗步驟必須包含哪些內容？要體現哪些原則？

（7） 步驟的順序應怎樣？

（8） 如果您是評卷老師，如何評價考生設計的實驗步驟？

學習小組展示交流：

生1：實驗分二組：一組加正常體細胞和W，另一組加癌細胞和W。

生2：實驗分四組：一組加正常體細胞;一組加正常體細胞并加W;一組加癌細胞;一組加癌細胞并加W。

師：哪組方案更合理，為什么？

學生分析：二組的實驗方案不能確定細胞分裂是自身現象，還是W造成，實驗分四組更合理。

師：四組怎么設計，每組幾個樣品？

生3：取4個培養(yǎng)瓶，分別加入適量且等量的培養(yǎng)液。

生4：取培養(yǎng)瓶若干個，隨機均分為4組，標號為A、B、C、D。在各組中加入適量且等量的培養(yǎng)液。

師：哪種設計更合理，為什么？

分析：若干個重復樣品才能排除偶然因素的干擾，體現平行重復原則。

師：請繼續(xù)完善你的實驗步驟。

生5：展示交流。

學生質疑討論，并對照參考答案，自查自糾自評。

參考答案：

（1） 取培養(yǎng)瓶若干個，隨機均分為4組，標號為A、B、C、D。每組設置若干個重復樣品。在各組中加入適量且等量的培養(yǎng)液。

（2） A、B組中加入適量且等量的正常體細胞，C、D組中加入等量的癌細胞。A、C中加入適量且等量生物制劑W，B、D中不加。

（3） 各組樣品放在相同且適宜的環(huán)境中培養(yǎng)一段合適的時間后，各取其中的幾個樣品，加入胰蛋白酶，搖勻，在顯微鏡下用血細胞計數板分別計數并記錄細胞數。

（4） 重復3若干次，統(tǒng)計并分析所得數據。

4 教學反思

該節(jié)課運用“ATDE”教學模式，通過“問—想—做—評”，“問—做—想—問—想—做—評”等，強調“把思考還給學生”。學生以原有的知識和經驗為基礎，通過自己動腦、動口，動手，充分發(fā)揮了學習的積極性、主動性?；臃绞阶呦蚨嘣簬熒涣鳌⑸涣?、生本交流、小組交流、班級交流等等。該教學模式改變傳統(tǒng)的教學方式，突出了學科的特點，提供適宜的環(huán)境以發(fā)展學生的高階思維能力，有利于學生的長期發(fā)展，非常適用于高中學生。