“问题导学，变式拓展”在实验教学中的应用——以“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”为例

广东 许燕雯 邵龙国

一、“问题导学，变式拓展”实验教学模式提出的背景

生物是一门以实验为基础的自然科学，生物学中的理论与实践是密不可分的。新制订的《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》（以下简称《课程标准》）强调在生物学教学中突出生物学科核心素养，而《课程标准》提及的四种核心素养中就有“科学思维”“科学探究”两种素养与实验密切相关，因此生物实验的教学更为重要。但在教学实践中，受限于课时紧张、实验条件等多方面因素，生物实验教学大都被边缘化。然而对于一些重要的基础实验的考查却在不断加强。因此，在有限的条件下探索出实用又高效的实验教学模式显得尤为重要。

二、“问题导学，变式拓展”模式的内涵

问题导学，即通过问题来达到教学目的的过程，是在课堂教学中通过创设特定问题情境，引导学生在解决问题的过程中，主动获取和运用知识、技能，发挥其学习的主动性，提高其自主学习能力的教学方式。在新课程课堂教学改革理论指导下，通过教师的合理引导，把教学内容转化为值得探究的、有意义的、有不同解决方法的问题，创造情境让学生自主探究。“问题”是基础，“导”是关键，“学”是核心。教师针对某一实验设定一系列问题，让学生以问题为基石，自行建构出实验的基本框架。教师再引导学生解决这些问题，完善细节知识，这就如同建房时添砖加瓦的过程。

在变式训练中巩固理论知识，同时也可以提升学生的应试能力。拓展延伸可以启发学生思维，锻炼变式拓展是指对现有实验的材料、试剂、方法甚至理论知识进行多方面的变式训练以及拓展延伸，使学生的科学思维及实验探究能力得到发展和提升，这也是新课标中生物学科素养的要求。

问题导学与变式拓展是相辅相成的。问题导学是引导学生学习基础内容的主要手段，在学生掌握相关基本知识的基础上再进行变式拓展，可以达到举一反三、触类旁通的效果。教师根据学生在问答过程的反馈情况再进行形成性评价，使学生理解、掌握实验的原理、方法以及变式等。问题导学的关键在于让学生从枯燥烦琐的课本知识中解脱出来，从问题导学，提升学生的学习热情，引发学生独立思考，理顺思路逐步解决问题，并且构建知识框架。

图1 “问题导学，变式拓展”实验教学模式图

三、“问题导学，变式拓展”模式的实施过程

与传统的讲授型课堂教学模式不同的是，“问题导学，变式拓展”模式在课堂实施环节主要进行问答式教学。教师通过对实验原理、实验器材、实验步骤、实验结果的深入分析，提出一系列核心问题组，循序渐进地引导学生进行思考，从而理解实验中每个环节背后的生物学原理。

下文以人教版教材必修1《分子与细胞》中“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”实验为例浅谈“问题导学，变式拓展”的课堂实施。由于洋葱根尖有丝分裂观察实验的步骤相对较复杂，实验耗时较长，实验结果不明显，所以在一些学校里并没有开设这一节实验课。但由于这一节内容与减数分裂、染色体变异等重要知识联系紧密，故这一实验在相关的练习与测试中出现频率较高。

为便于呈现“导”与“学”的完整过程，笔者在本文中对学生的思考回答作出了相应的预设，在教学实践中，教师需要根据学生的反馈对“导”的过程进行相应调整。

（一）问题导学

核心问题组1：

师：观察有丝分裂应选择真核生物还是原核生物？

生：真核细胞才能进行有丝分裂。

师：植物、动物、真菌你更倾向于选用什么？

生：植物，取材方便、更易观察等。

师：植物的根、茎、叶、花、果实、种子中，你更倾向于选用哪一个？

生：从有无有丝分裂、是否含色素、制片的难易程度等方面思考，选取植物根尖为实验材料更好。

师：如何获得实验材料？

生：将洋葱或蒜头接触水面置于温暖的地方培养生根。

图2 核心问题组1 思维导图

设计意图：以上问题主要聚焦于实验选材的依据。从材料是否能进行有丝分裂，取材的简便性和观察的实际操作程度，材料的形态、颜色是否对结果造成影响，材料的培养等因素进行设问引导，从目的入手理解选用洋葱根尖分生组织的原因。

核心问题组2：

师：根的全部位置都适合观察吗？

生：不是，根尖分生区细胞才能进行有丝分裂。

师：如何找到分生区细胞？

生：取材时选取距离根尖2～3 mm 处；低倍镜下找到呈正方形的细胞。

师：所有时间都适合观察吗？

生：一般在上午10 点至下午2 点观察为宜。

图3 核心问题组2 思维导图

设计意图：以上问题主要聚焦于对洋葱根尖的细微结构的认识。通过具体设问引导学生思考，由简单刻板的机械记忆转化为理解记忆，使学生进一步明确实验目的。引导学生在掌握根尖细微结构的基础上深入理解本实验选材的生物学基础，同时也能帮助学生提升关于本实验选材方面的答题能力。

核心问题组3：

师：肉眼能观察到根尖细胞有丝分裂吗？

生：不能，必须用高倍显微镜才能观察到。

师：为了在显微镜下观察到细胞有丝分裂，根尖应如何处理？

生：制片，尽量处理成单层细胞。

师：如何制成单层细胞的装片？

生：用95%酒精与15%盐酸1∶1 混合制成解离液进行解离，压片。

师：解离时间过长或过短是否影响实验结果？

生：解离时间过长破坏细胞染色体结构，解离时间过短细胞无法分开。

图4 核心问题组3 思维导图

设计意图：让学生关注有丝分裂实验过程中的核心步骤是“解离”与“压片”。在教学实践中学生普遍对这两个过程比较生疏，除了这两个过程本身出现的频率较低以外，更多的是因为学生对实验原理、过程理解不透彻。

核心问题组4：

师：如何确定细胞处于哪个时期？

生：通过观察染色体的形态和数目确定。

师：观察染色体应如何染色？

生：用碱性染料（龙胆紫或醋酸洋红）染色。

师：染色时需要注意什么？

生：染色之前洗去解离液、染色时间适宜。

图5 核心问题组4 思维导图

设计意图：以上问题聚焦于实验步骤中的“解离”与“染色”。在考试中学生常常混淆步骤，在实验操作中失误较多，尤其是对“解离”“染色”这两个过程容易颠倒记忆。通过引导学生结合实验的目的及原理进行思考，理解这两个步骤的作用，最后达到理解记忆的目的。

核心问题组5：

师：如何确定观察的细胞正在进行有丝分裂？

生：观察染色体的形态和数目。

师：根尖有丝分裂有何特点？

生：分裂间期长、各细胞分裂不同步。

师：能否观察到有丝分裂的动态过程？

生：不能，细胞经解离后已经死亡。

师：未观察到预期现象的原因可能是什么？

生：实验材料、实验操作、细胞周期等。

图6 核心问题组5 思维导图

设计意图：以上问题聚焦于实验结果的分析。通过设问引导学生对实验结果进行科学分析。无论能否得到正确的实验结果，都能让学生理性思考，使他们知其然也知其所以然。分析结果的过程也可加强学生对实验原理和方法的掌握。

（二）变式拓展

核心问题组6：

师：本实验染色效果不明显，可以如何优化？

生：在染色时适当加热处理或换用其他染色剂。

师：若用动物材料来进行本实验的观察，应在本实验的基础上如何改进？

生：从取材部位、观察时期、解离等过程考虑。

师：若要观察无丝分裂、减数分裂、二分裂应在本实验的基础上如何改进？

生：观察细胞无丝分裂可取蛙血细胞，主要观察细胞核的形态；观察细胞减数分裂可取花粉为材料，进行染色处理，观察染色体；观察细胞二分裂可取原核细胞为实验材料，在100 倍油镜下观察，主要观察细胞的形态。

师：你们还能想到观察细胞的何种生理过程？

生：细胞分化：取植物组织培养不同阶段的细胞，进行对比；细胞衰老：观察细胞核的变化；细胞凋亡：观察细胞凋亡小体；细胞癌变：观察细胞形态的变化。

图7 核心问题组6 思维导图

设计意图：以上核心问题聚焦于实验的变式与拓展。通过问题引导学生对所学知识灵活运用，拓展学生知识面的同时启发学生进行理性思考和科学探究，同时也能提升学生的解题能力。

四、总结与反思

采用问题导学的形式进行实验的理论知识学习后，学生的参与度更高，课堂上积极讨论与思考。经过层层设问，学生对于实验的基本内容已经熟练掌握，在进行实验的时候，学生的问题减少了很多，实验过程也更加顺利，实验效果也更加明显。一些没有做出正确结果的小组也能自发对结果进行分析。在完成实验后，再进行变式拓展训练，学生思维活跃，提出了很多大胆的设想。对于这些拓展的问题，学生不一定能在实践中完成实验，也不一定有确切的答案，但是在思考过程中，学生的理论知识得到了升华，探究意识得到了启发，探究能力得到了锻炼。但在教学实施的环节中应注意结合学生的实际情况，并有针对性地设问与延伸，问题过于简单会使学生失去关注的兴趣，问题过难也会降低学生参与的积极性。总而言之，结合学情，科学地通过问题导学，并合理地进行变式拓展是一种实用且高效的实验教学尝试。