基于實驗設計思路落實生物學核心素養(yǎng)的策略

于秀萍

摘要：生物學課程標準指出，生物課程以提高學生的生物學核心素養(yǎng)為宗旨，通過學科學習，即要讓學生獲得基礎的生物學知識，又要領悟生物學過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法，養(yǎng)成科學思維的習慣。實驗設計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，實驗探究所占比重很大，實驗設計題成為必不可少的一道大題，且以實驗設計思路的考察為重點。本文主要以高考實驗題為例，對學生進行思維引導，培養(yǎng)科學探究能力。

關鍵詞：生物學核心素養(yǎng);實驗設計和探究;學生的思維培養(yǎng)

1區(qū)分實驗設計思路和實驗步驟

以往高考非常重視實驗步驟的書寫，隨著課程理念和育人宗旨的改變，能體現(xiàn)學生決策能力的實驗設計思路題型成為每年必考題。

實驗設計思路是實驗的基本方法和大致步驟，是對實驗過程的分析、安排思路，重點落實在實驗是怎么設計的，規(guī)范表達可以分兩步走：如何控制自變量和測量因變量，從而得出結論。實驗步驟是實驗思路的具體實施，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對照實驗的設計思路

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行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，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，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。

2.2思維引導：

2.2.1分析實驗目的：①證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確定相關變量：依據(jù)實驗目的，明確了解題方向，確定本實驗應設置兩組自變量，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，也是實驗的觀測指標;無關變量有溫度、光照強度、土壤含水量等。

2.2.3理順實驗設計思路：分析過程中，要引導學生不能忽略材料用具的用途。本實驗已給出的實驗材料為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，可對實驗材料進行前后對照處理：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，可對實驗材料進行空白對照處理：在干旱條件下（無關變量），一組進行ABA處理，另一組不做ABA處理作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。

2.2.4預測結果結論：要注意驗證性實驗與探究性實驗在結論上的不同。作為驗證實驗，結論已知：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，由結論可以反推預期實驗結果為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，整理實驗設計思路為：

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。預期結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，一組進行ABA處理，另一組作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。預期結果是ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。

3運用假說-演繹法的實驗設計思路

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，但顯隱性關系和該等位基因所在的染色體是未知的。同學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。同學乙用兩種不同的雜交實驗都證實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)上述結果，回答下列問題：

（1）僅根據(jù)同學甲的實驗，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）請用同學甲得到的子代果蠅為材料設計兩個不同的實驗，這兩個實驗都能獨立證明同學乙的結論。（要求：每個實驗只用一個雜交組合，并指出支持同學乙結論的預期實驗結果。）

3.2思維引導：

3.2.1審題中引導學生方向實驗結果。根據(jù)同學甲的實驗結果顯示，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)同學甲的實驗結果，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用同學甲得到的子代果蠅為材料設計兩個不同的實驗，獨立證明同學乙的結論，可以根據(jù)乙的結論，設控制灰體的基因為A，控制黃體的基因為a，假定相關基因位于X染色體上。同學甲的實驗中，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，要求學生用遺傳圖解表示相關的推理過程。

3.2.3利用F1果蠅為材料設計不同的實驗，雜交組合方式共有4種。要證明同學乙的結論：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)型比例應該有所不同。故實驗采用的雜交組合為：F1中黃體雌蠅×灰體雄蠅、F1中灰體雌蠅×灰體雄蠅。若實驗支持同學乙的結論，可以得到實驗結果要求學生用遺傳圖解表示出來。

根據(jù)遺傳圖解及以上分析過程，整理實驗設計思路：

（1）不能

（2）實驗1：雜交組合：♀黃體×♂灰體

預期結果：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。

實驗2：雜交組合：♀灰體×♂灰體

預期結果：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：本題的考查點是設計實驗探究基因的位置及顯隱關系，聯(lián)系教材摩爾根果蠅雜交的經(jīng)典實驗運用假說-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，在中學階段將課本的基礎實驗、經(jīng)典實驗方法有機的應用到自己的實驗設計當中去，可以更好地培養(yǎng)學生科學探究能力和思維能力;而將學生的思維培養(yǎng)與整個教學過程有機地結合起來，就可以更好地把生物學核心素養(yǎng)落到實處，我們的教學就能收到良好的教學效果。