运用“ATDE”模式构建高阶思维课堂

鲁华

在高三复习“实验变量的分析及应用”一课中，笔者通过问（Asking）、想（Thinking）、做（Doing）、评（Evaluation）等训练，不仅“授人以鱼”、“授人以渔”，更是“授人以渔场”，发展了学生的高阶思维能力，取得了较好的教学效果。

1 实验变量的分析——自主学习

教师要求学生自主学习变量的定义、种类，并以例子进行变量的识别。

（1） 变量的定义：变量是指在实验过程中可以变化的因素。

（2） 变量的种类：

自变量：实验中要研究的因素，可以人为改变。

因变量：实验中由于自变量变化而引起的现象变化或结果。

无关变量：实验中除自变量以外的影响实验结果的因素。

（3） 变量的识别：教师利用例1，引导学生识别变量。

【例1】 请根据表1分析“探究酶的高效性”中的自变量、因变量和无关变量。

师：本例可以换成“催化剂种类对H2O2分解速率的影响”。

生：自变量是催化剂的种类，因变量是H2O2分解速率，无关变量有温度、pH、催化剂的量、肝脏的新鲜程度等。

师：单位时间气泡产生速率不能说成因变量，只是因变量的检测指标，还可以用点燃但无明火的卫生香复燃程度检测。

（4） 师生总结规律——归纳提升。

① 自变量的识别：来自于对实验目的的分析，如探究什么、验证什么、证明什么等。其中“什么”就是自变量。

② 因变量的识别：因变量是自变量的结果，通过实验现象体现，是观察的指标。

③ 无关变量的识别：对实验结果有影响，但又不是所要研究的因素。

（5） 教师引导学生构建三种变量之间关系的模型，如图1所示。

（6） 教师引导学生学习变量的处理。

师：自变量必须是一个可操纵的因素，具有可控性。如何正确操纵自变量？在观察SO2对植物的影响、探究甲状腺激素对小白鼠生命活动的影响、温度对酶活性的影响的实验中，如何操作自变量？

教师提出正确操作自变量的方法——加法原理或减法原理。包括施加、改变、去除，即采用“有”与“无”、“多”与“少”、“浓度、pH、数量或位置的变化”等方法。

学生小结常见自变量的操作方法：

① 增加水中的氧气——泵入空气或吹气或放入绿色植物。

② 减少水中的氧气——容器密封或油膜覆盖或用凉开水。

③ 除去容器中的二氧化碳——氢氧化钠溶液。

④ 增加水中二氧化碳——NaHCO3。

⑤ 除去叶片中原有淀粉——置于黑暗环境中暗处理。

⑥ 除去叶片中叶绿素——酒精脱色。

⑦ 除去光合作用对细胞呼吸的干扰———遮光。

⑧ 添加蛋白质、多肽类激素——注射。

⑨ 添加固醇类激素——饲喂。

师：无关变量并非与实验无关，只不过不是本实验要研究的对象，要保证实验得出科学的结论，一定严格控制无关变量——随机分组、设置对照（空白对照、条件对照、自身对照、相互对照等）、条件相同且适宜、重复实验等。

教师提出问题：在“探究甲状腺激素对小白鼠影响”实验中，如何控制无关变量？

学生小结控制无关变量的方法：

① 通过“生长状况一致;大样本取样;随机分组”等，排除因实验对象个体差异带来的影响。

② 设置对照实验，以排除对实验现象的干扰。

③ 提供相同且适宜的适宜条件，排除不利环境因素对实验结果的影响。

④ 通过重复实验，如多次测量求平均值排除偶然性，减少实验误差，增强实验的可信度。

师：因变量具有可测性。科学地获取因变量——根据实验原理和实验条件确定观察和测量的指标及方法。

① 观察特定颜色变化;

② 观察形态结构、生理、特征变化;

③ 测量生长发育速度;

④ 测量生化反应速度。

教师提出问题：在“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”实验中，应如何检测因变量？

生：加斐林试剂水浴加热后，是否出现砖红色沉淀。

师：为什么不能用碘液检测？

生：蔗糖和蔗糖的水解产物都不能与碘液发生颜色反应。

学生小结常见的因变量的检测方法：

① 光合速率——O2释放速率或CO2吸收速率或有机物积累速率。

② 呼吸速率——O2吸收速率或CO2释放速率或有机物减少速率。

③ 原子途径——放射性同位素示踪。

④ 新陈代谢速度——动物耗氧量。

⑤ 生长发育——动物身高、体重变化。

⑥ 胰岛素作用——动物活动状态。

教师引导学生分析例2。

【例2】 为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，如何处理变量？

材料和用具：日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠若干，甲状腺激素溶液，生理盐水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。（实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作考试要求，室温恒定。）

答案：自变量为有无甲状腺激素。

操作方法：实验组：灌甲状腺激素溶液;对照组：灌等量生理盐水。

无关变量是大白鼠的日龄体重，饲养条件等。控制方法：大样本、均分、相同且适宜条件。

因变量是耗氧量和活动量。检测方法：用相应的仪器测定耗氧量，观察活动量。

师生总结规律：

通常自变量是原因，因变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。自变量是指实验中由实验者根据实验目的所操纵的因素或条件，具有可控性。因变量是指实验中由于自变量而引起的变化和结果，具有可测性。无关变量是指实验中除自变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件，具有可控性，无关变量应完全相同且适宜。

2 变量分析在实验设计题型中的应用

【例3】 为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具和例2中的变量分析，自主完善实验步骤。

材料和用具：日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠若干，甲状腺激素溶液，生理盐水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。（实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作考试要求，室温恒定。）

第一步：取日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠若干，均分为等量的两组，编号为A、B。

第二步：A组每日用灌胃器灌一定量的甲状腺激素溶液，B组灌以等量的生理盐水。

第三步：将两组大白鼠置于相同且适宜的环境中培养，并定期同时用仪器测定两组大白鼠的耗氧量，同时对比两组大白鼠的活动强度。

教师提供该题型的解题步骤。

（1） 实验步骤书写的基本原则：

① 实验步骤中必须能够反映出对自变量的控制手段、因变量的检测方法和标准以及无关变量的控制方法。

② 实验步骤必须分步书写，每一步骤中一般包含一个操作的主题。

（2） 实验步骤书写的一般格式：

简单的实验一般可以分为3～4步书写。

① 分组，控制与分组有关的无关变量。

② 实验组和对照组中自变量的控制。

③ 实验过程的控制以及实验过程中的无关变量的控制。

④ 因变量的检测方法和标准。

注意：具体书写方式应该根据实验具体内容相应调整，而不能机械地套用该格式。

学生利用规律，解题：

（1） 取材、分组、编号，控制与分组有关的无关变量。

① 选材：“选取年龄、性别相同，健康且发育状况相同的同种动物”“选取长势相同、大小相似的同种植物”等。

② 分组：“随机均分（或等分）为X组”。

③ 编号：“编号为A、B……组”或“编号为甲、乙……组”。

（2） 实验组和对照组中自变量的控制以及实验过程中无关变量的控制。

例如，实验组“用适量的某溶液”处理，对照组“用等量的蒸馏水（或生理盐水或清水）”处理，且“每组都在相同且适宜的条件下培养（或饲养）”或“观察相同的时间”。

（3） 因变量的检测方法和标准。如“一段时间后，观察（现象）或测量（数据），做好记录（并计算出平均值）”。

3 学以致用

教师要求学生请根据以下提供的实验材料，设计生物制剂W对动物不同细胞的分裂具有促进作用的实验步骤。

实验材料：培养液、正常体细胞、癌细胞、W、胰蛋白酶，培养瓶、血细胞计数板、显微镜（要求与说明：答题时不考虑加入W后的体积变化等误差。提供的细胞均具有分裂能力，只进行原代培养且培养条件适宜）。

学生以小组为单位开展讨论，组长组织成员互相帮助，写出实验步骤，并推荐小组代表向全班同学讲解。

教师设计引导学生思考的问题串：

（1） 实验的目的是什么？

（2） 实验材料和用具有什么用？

（3） 该实验要设几组？怎么设计，每组几个样品？

（4） 找出自变量是什么？（如何变？）无关变量有哪些？（如何控制？应设置怎样的对照来排除无关变量的影响？）

（5） 观察指标是什么？

（6） 实验步骤必须包含哪些内容？要体现哪些原则？

（7） 步骤的顺序应怎样？

（8） 如果您是评卷老师，如何评价考生设计的实验步骤？

学习小组展示交流：

生1：实验分二组：一组加正常体细胞和W，另一组加癌细胞和W。

生2：实验分四组：一组加正常体细胞;一组加正常体细胞并加W;一组加癌细胞;一组加癌细胞并加W。

师：哪组方案更合理，为什么？

学生分析：二组的实验方案不能确定细胞分裂是自身现象，还是W造成，实验分四组更合理。

师：四组怎么设计，每组几个样品？

生3：取4个培养瓶，分别加入适量且等量的培养液。

生4：取培养瓶若干个，随机均分为4组，标号为A、B、C、D。在各组中加入适量且等量的培养液。

师：哪种设计更合理，为什么？

分析：若干个重复样品才能排除偶然因素的干扰，体现平行重复原则。

师：请继续完善你的实验步骤。

生5：展示交流。

学生质疑讨论，并对照参考答案，自查自纠自评。

参考答案：

（1） 取培养瓶若干个，随机均分为4组，标号为A、B、C、D。每组设置若干个重复样品。在各组中加入适量且等量的培养液。

（2） A、B组中加入适量且等量的正常体细胞，C、D组中加入等量的癌细胞。A、C中加入适量且等量生物制剂W，B、D中不加。

（3） 各组样品放在相同且适宜的环境中培养一段合适的时间后，各取其中的几个样品，加入胰蛋白酶，摇匀，在显微镜下用血细胞计数板分别计数并记录细胞数。

（4） 重复3若干次，统计并分析所得数据。

4 教学反思

该节课运用“ATDE”教学模式，通过“问—想—做—评”，“问—做—想—问—想—做—评”等，强调“把思考还给学生”。学生以原有的知识和经验为基础，通过自己动脑、动口，动手，充分发挥了学习的积极性、主动性。互动方式走向多元：师生交流、生生交流、生本交流、小组交流、班级交流等等。该教学模式改变传统的教学方式，突出了学科的特点，提供适宜的环境以发展学生的高阶思维能力，有利于学生的长期发展，非常适用于高中学生。