摘 要 本文以译自美国中学生物核心教材Pearson 2010年版《Biology》的实验《花粉在案件侦破中的应用》为例，分析如何在生物实验中通过递进式问题的设置培养与锻炼学生的逻辑思维能力，同时也为同行们提供一个优秀的生命科学教学素材。

关键词 生物实验 递进式问题 逻辑思维 能力培养

一、译文呈现

实验名称：《花粉在案件侦破中的应用》^[1]

【问题】如何利用花粉帮助案件侦查？

【前言】

你也许听说过法医利用指纹和DNA来帮助探员侦查案件，但你可能不知道花粉粒也能成为案件侦查中的有力证据。花粉粒是种子植物用于携带雄配子与雌配子进行有性生殖的结构。花粉能随风、水或动物进行广泛传播，因此几乎在任何物件上都可发现花粉的踪迹，如嫌疑人的衣物上或案发现场的土壤样品里。种类不同的植物，花粉也是形态各异的（显微镜下尤其明显）。科学家可利用这一特点根据收集到的花粉，确定其产生的植物种类，进而把某个嫌疑人与案发现场联系起来或确定案发现场的位置。

在本实验中，我们将观察数种花粉的结构，并推断其传播方式。此外，我们还将收集四种植物并推测其花粉在法医科学中的应用。

【技能聚焦】

比较，推断，得出结论

【材料】

复式显微镜 花粉关键信息表 花粉固定装片 电脑

【安全注意事项】

操作显微镜前应熟知显微镜的操作规则。使用显微镜的光源时应保证电线及其连接处和手部干燥，以免触电。使用装片时应小心轻缓以免打碎，割伤。操作过程中如打碎了玻璃仪器应及时告知老师。

【实验前思考】

1、解析 花粉固定装片的用途？

2、比较 各列举一项用于辨别风媒传播和动物传播的花粉的特征。

3、推断 夏天，在一些汽车的表面会有很多花粉，这些花粉是风媒传播的还是动物传播的？请说明理由。

【实验步骤】

步骤一：花粉表面特征的观察

风媒传播的花粉一般较轻较小，有些表面光滑，另一些则表面皱缩。动物传播的花粉则一般较大，且表面粗糙。

1、低倍镜下观察花粉固定装片，仔细观察每颗花粉粒的表面结构特点。

2、把你认为是风媒传播的花粉辨别出来并将其描画在下面相应位置。

3、把你认为是经由动物传播的花粉辨别出来并将其描画在下面相应位置。

风媒传播的花粉 动物传播的花粉

4、从老师处获取一张花粉关键信息表并利用其辨别出上述步骤2和步骤3中你所观察的花粉所属的植物种类。

风媒传播的花粉：

动物传播的花粉：

步骤二：

泥土样品中往往含有很多不同种类的植物花粉。它们当中哪些在案件侦查中更有价值？为了回答上述问题，法医往往需要知道植物花粉的典型传播途径、植物生长及分布环境以及植物何时释放花粉。

5、研究下表所列的植物种类。了解其花粉传播途径、释放时间（假设花粉在植物开花的时候释放），及其在美国的生长分布位。参照表中已列举的信息表达方式。

注：表中斜体字部分为表格的填空部分。

【分析与结论】

1、推断 为什么风媒传播的花粉一般都较小较轻且表面光滑？而动物传播的花粉则一般表面粗糙且多刺？

2、相关因果关系 为什么风媒传播授粉的植物产生的花粉量要大于经动物传播授粉的植物？

3、推测 案发现场中探员发现的花粉一般是风媒传播的还是动物传播的？为什么？

4、推断 法医在嫌疑人的夹克外套上发现了豚草的花粉，法医能断定花粉是什么时间什么地点被沾染到夹克外套上的吗？

5、得出结论 法医将在某个嫌疑人鞋子上取得的泥土样品和案发现场收集的泥土样品进行比较，发现两个样品中均有一年生植物豚草和山地瓶子草的花粉。哪一种花粉能为嫌疑人到过案发现场提供更有力的证据？为什么？

6、得出结论 现有一名发生在五月份的马里兰案件的嫌疑人。俄勒冈州的一名探员在7月份搜查了该名嫌疑人的车辆，发现车上的空气过滤器中有大量豚草和北美乔松的花粉。嫌疑人声称花粉是他去年9月在缅因州购买该辆车并返回俄勒冈州的途中沾染上的，且自9月份后他和车子都没有再离开过俄勒冈州。该嫌疑人说的是事实吗？为什么？

【探究拓展】

选取一种当地的植物，并研究其分布范围、生长环境、传粉方式和传粉时间。把你收集到的信息资料，如该植物的照片或素描和该植物花粉的结构示意图等，整理在一张纸上，用于在课堂上进行展示。最后将大家所展示的植物根据传粉方式进行分类，确定哪些是由风媒传播，哪些是经由动物传播。

二、生物实验中学生逻辑思维能力的培养与锻炼

逻辑思维能力的培养，需要学生的自主参与和主动探究，本实验首先营造了一个具体的社会和科学情境--“如何利用花粉帮助案件侦查”，以引起学生探究的兴趣和积极性。问题是逻辑思维的源泉与动力，因此在生物实验的教学与进行的过程中，问题的设置非常重要。实验首先让学生观察花粉的固定装片，在对花粉结构有了一定了解后，要求学生推测哪些是风媒传播的花粉，哪些是动物传播的花粉，并根据生物学中“结构与功能相适应”的基本原理，推测不同传播途径的花粉应有的结构。在学生明白花粉结构与其传播途径的关系后，通过过渡问题—“为什么风媒传播授粉的植物产生的花粉量要大于经动物传播授粉的植物”为实际场景－“案发现场中探员发现的花粉一般是风媒传播的还是动物传播的”的分析提供铺垫，进一步结合实际问题--“哪些（种类的花粉）在案件侦查中更有价值”让学生探究植物花粉实际应用于刑侦中所需要考虑的问题与需要掌握的知识与信息。实验过程中遵循逻辑思维的一般规律，由浅入深、由一般到特殊地设置了一系列递进式的问题：（1）各列举一项用于辨别风媒传播和动物传播的花粉的特征（2）为什么风媒传播的花粉一般都较小较轻且表面光滑？而动物传播的花粉则一般表面粗糙且多刺？（3）为什么风媒传播授粉的植物产生的花粉量要大于经动物传播授粉的植物？（4）案发现场中探员发现的花粉一般是风媒传播的还是动物传播的？（5）哪些（种类的花粉）在案件侦查中更有价值？学生在思考并回答问题的过程中逻辑思维得到锻炼，形成一定的逻辑思维方法。最后，实验通过两个具体的案例，让学生利用前面的基本知识结合逻辑思维技能解决实际问题，使学生在掌握知识的同时发展并锻炼逻辑思维能力。

总之，逻辑思维能力的培养，不仅对学生学习课本的专业知识有重要的作用，而且对学生将来走向社会，走向工作岗位同样至关重要。生物实验是将生物学科知识与实际应用连接起来的重要途径，在实验的设计过程中时刻注重培养学生的逻辑思维能力，使学生终身受益。

附参考答案：

【实验前思考】

1、花粉固定装片可使学生能更深刻地认识花粉的结构特征；通过观察不同传播方式的花粉的固定装片，能让学生比较并推测其花粉结构与传播方式之间的关系。

2、风媒传播的花粉粒表面较光滑，而动物传播的花粉粒表面较粗糙。

3、该类花粉应该是风媒传播的。因为风媒传播的花粉传播范围较广，较容易随风传播到汽车的表面。

【分析与结论】

1、轻且小的花粉一般更容易被风传送，而光滑的表面可以减少传送过程的阻力，便于远距离传送；表面粗糙多刺则可保证花粉牢固地粘附在动物的皮毛上，让花粉随动物的活动而传播到更远的地方。

2、风媒传播的花粉方向不定，难以保证授粉成功，因此要有一定的量才能保证授粉率。

3、案发现场中探员发现的花粉一般是风媒传播的，因为此类花粉产生量大，传播范围广，较容易散落在各处。

4、豚草的花期为8-10月，北美地区均有分布，其花粉随风传播，传播范围较广，因此较难断定花粉沾染到夹克外套上的时间地点。

5、山地瓶子草更能为嫌疑人到过案发现场提供有力证据，因为山地瓶子草的分布范围较豚草窄，且花粉需经昆虫传播，除非嫌疑人到过案发现场，否则一般很难沾染上山地瓶子草的花粉。

6、该嫌疑人说的很可能不是事实。北美乔松虽然在缅因州内也有分布，但其花期是4-5月份，如果嫌疑人是去年9月份从缅因州购买该车并返回俄勒冈州，其时间段并不在北美乔松的花期内，因此一般不会沾染到北美乔松的花粉。

参考文献：

[1] Miller,Levine.2010.Biology Lab Manual A[M],Pearson Education, 259-263.