基于问题解决模式的“数据分析”栏目特点及启示

沈艺 郭蕊

由Miller和Levine两位教授编著的“Biology”及配套的实验手册中，专门设置了“数据分析”的实验栏目。本文通过该栏目中“RNA干扰的发现”实验，与国内人教版教材比较，分析讨论基于问题解决模式的“数据分析”栏目的设置特点，为培养学生的科学探究能力提供理论和实践的借鉴。

一、“数据分析”栏目实验举例

1. 实验名称：《数据分析：RNA干扰的发现》

2. 实验目的：通过分析数据理解RNA干扰

3. 技能聚焦：分析数据，作出假设

4. 建立联系

Andrew Fire 和Graig Mello在1998年所做的一个实验有助于解释RNA干扰的作用机制。在实验中，他们运用了一个编码肌肉细胞中蛋白质的大分子基因，称之为unc-22。他们首先制备了该基因的两个外显子区域对应的短mRNA片段，然后将这些mRNA片段注入秀丽隐杆线虫的卵细胞中。该实验的部分结果如下表所示。其中“正义（sense）”链表示编码蛋白质的单链mRNA，“反义（antisense）”链表示与正义链互补的单链RNA，而双链RNA标记为“正义+反义”。

5. 分析与讨论

（1）分析数据。当卵细胞中注入单链的正义mRNA，对该卵细胞发育而来的成虫有何影响？而注入单链的反义mRNA又有何影响？

（2）分析数据。当卵细胞中注入双链的mRNA，对线虫的发育有何影响？

（3）作出假设。当肌肉细胞的收缩失控时，会引起肌肉抽搐。考虑到unc-22基因能编码肌肉细胞中的蛋白质，本实验揭示了unc-22蛋白的功能。

（4）设计实验。如何验证你的假说？如何设计对照？（提示：思考正在抽搐的肌肉细胞应该缺失了什么？）

（5）推断。注入的mRNA片段由unc-22基因的两个不同区域转录，长度仅有几百个碱基，而 unc-22 mRNA的长度有成千上万个碱基，这一信息表明RNA干扰是如何进行的？

（6）构建科学技能。许多身体无法正常运作的疾病和情况都与基因缺陷密切相关。为什么医学研究人员会对RNA干扰感兴趣呢？

二、“Biology”的实验手册中“数据分析”栏目设置特点分析

1. 与国内人教版教材相关栏目比较

“Biology”2010年版教材中的“数据分析”栏目不需要学生对实验进行实际的操作，而是通过评估分析其他研究者的实验结果和数据，使学生获得除实施方案以外的各种探究技能，加深理解教材中对应的理论知识。在内容呈现上都采用标准化的框架，帮助学生以系统的、有组织的方式解决问题。国内人教版学生用书中也设置了“资料分析”栏目，一般先呈现相关的研究资料，再呈现“讨论”部分的多个问题，让学生有目的地进行多角度、深层次的分析与讨论，独立或者合作完成对知识的探究而获得新知。相比之下，美国教材更强调技能的获得和科学探究能力培养的整体性，重视科学思维和科学方法的培养，是一种基于问题解决模型的探究性学习模式。

2. 基于问题解决的模式提供了“探索之旅”

学生根据背景资料和已学的知识，在思维上重演了“分析数据→作出假设→设计实验→推断”的科学研究发现的过程，在问题解决中逐渐建立起对RNA干扰的深入理解，自主构建知识，体验到了应用所学知识与技能解决实际科学问题所经历的严密而富于逻辑、真实的思维过程。

3. 避免了探究能力培养的程序化和简单化

“数据分析”栏目虽然也精细分解了探究能力，并根据研究内容用“技能聚焦”强调其中几个探究技能的训练，但并没有孤立各个技能的训练，而是把相关的各种技能的培养放在一个具有相互联系的整体中。设置的每一个问题均对应具体的科学技能的培养，这些技能之间环环相扣，具有严密的逻辑关系，避免了探究能力培养的程序化和简单化。

4. 启示

（1）利用生物学经典、前沿的或科学史的探索过程，将研究资料和数据设计成综合性、基于问题解决模式的“数据分析”的形式，为学生提供学习探究的真实范例。（2）创设持续的、严密而逻辑性强的问题情境。（3）采用严谨而系统的标准化形式呈现栏目内容。对实验栏目采用标准化的框架呈现形式，每个问题的前面标明技能的名称，值得我们借鉴。（4）注意技能训练的多样化和有机结合，不必仅局限于分析数据、处理数据、推断和得出结论等技能，还可以利用科学研究已有的资料和数据，设置提出问题、概念应用、作出假设、分类、对比、实验设计、预测等多样化的活动环节，使“数据分析”成为综合的科学思维训练平台。