利用實驗促進(jìn)中學(xué)生對細(xì)胞知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)

楊青青

摘 要 列舉幾個促進(jìn)細(xì)胞知識學(xué)習(xí)的實驗，介紹實驗的原理、部分實驗步驟方法的改進(jìn)以及實驗結(jié)果的分析，結(jié)合生物教學(xué)闡述實驗對中學(xué)生學(xué)習(xí)細(xì)胞學(xué)知識的重要性，旨在為中學(xué)一線教師和學(xué)生提供學(xué)習(xí)生物學(xué)一些思考方向，諸如實驗是為細(xì)胞知識體系這個有機(jī)整體服務(wù)的。

關(guān)鍵詞 細(xì)胞知識 生物學(xué)教學(xué) 細(xì)胞壁 質(zhì)壁分離與復(fù)原 核酸染色

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B

1 引言

生物知識的學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者從自身已有的知識和經(jīng)驗出發(fā)，對所要“理解”和“消化”的知識作出自己的解釋，從而獲得知識的意義的過程。這個過程必須有學(xué)習(xí)者主動的參與才能有效地發(fā)生，而且適合于所有的學(xué)科。在多年的下校聽課和師訓(xùn)工作中發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生學(xué)習(xí)細(xì)胞基礎(chǔ)知識，尤其是微觀知識方面有一定的困難。一方面這部分知識本身較難理解，許多學(xué)生在學(xué)習(xí)初就失去了學(xué)習(xí)興趣；另一方面，對于大部分微觀知識，教師沒有找到合適的引導(dǎo)學(xué)習(xí)的教育教學(xué)方法。而最直觀也是最有效的就是實驗法和觀察法。教師可以針對不同的細(xì)胞學(xué)知識選擇合適的實驗教學(xué)，利用實驗課程的有效開展幫助學(xué)生理解相關(guān)的細(xì)胞學(xué)知識，并且達(dá)到舉一反三，為在高等學(xué)府的深造打下堅實的基礎(chǔ)。

2 中學(xué)細(xì)胞知識重難點選擇

人體都是由細(xì)胞構(gòu)成的，生命體的一切奧秘都發(fā)生在細(xì)胞上。細(xì)胞知識無非分為兩大部分：結(jié)構(gòu)與功能，其中結(jié)構(gòu)是物質(zhì)基礎(chǔ)，體現(xiàn)了各部分的性質(zhì)，而功能是細(xì)胞乃至生命體最終實現(xiàn)目標(biāo)。典型的教學(xué)重難點為細(xì)胞壁、生物膜和遺傳物質(zhì)——核酸。

3 幾個重要實驗的概述、部分改進(jìn)及對細(xì)胞知識學(xué)習(xí)的重要性

細(xì)胞內(nèi)的膜系統(tǒng)是細(xì)胞知識的重頭戲，但是因其微觀和深奧，簡單的中學(xué)生物教材很難闡明，但是在考試中或者今后的學(xué)習(xí)深造中，這些知識又是最基本最重要的，包括核酸是遺傳物質(zhì)等內(nèi)容，如何通過實驗更清晰更簡明易懂地傳授給學(xué)生相關(guān)的生物知識是一個需要仔細(xì)思考的問題。教師利用實驗促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)細(xì)胞知識內(nèi)容的理解和掌握，最終的目標(biāo)讓學(xué)生通過設(shè)計實驗的方法促進(jìn)自身對難點知識的理解和學(xué)習(xí)，并能將其應(yīng)用到解題和解決實際生活問題。

3.1 幾個重要實驗的概述與部分改進(jìn)

3.1.1 植物細(xì)胞壁研究實驗介紹

研究細(xì)胞壁的性質(zhì)有助于深入了解植物組織的構(gòu)造及其功能的多樣性。根據(jù)實驗要求，選取合適的實驗材料，如觀察木質(zhì)化細(xì)胞壁可選取厚壁組織中的石細(xì)胞、纖維，輸導(dǎo)組織的木質(zhì)部中的導(dǎo)管、管胞等；栓質(zhì)化細(xì)胞壁可選取位于植物體根和莖表面的木栓層；角質(zhì)化細(xì)胞壁常位于植物的表皮外側(cè)，礦質(zhì)化細(xì)胞壁可選擇禾本科植物的葉片；選擇合適的固定液固定材料，進(jìn)行石蠟切片。運用不同的組織化學(xué)染色法，對組織切片進(jìn)行染色處理實驗，通過比較觀察結(jié)果，確定合適的染色法；封片；使用光學(xué)顯微鏡及其他研究型顯微鏡進(jìn)行觀察研究，拍攝相關(guān)照片。實驗中或結(jié)束后，教師可引導(dǎo)學(xué)生思考這樣2個問題：在實驗結(jié)果觀察中可以見到植物細(xì)胞壁上具有一些特殊結(jié)構(gòu)，你能列舉出這些特殊結(jié)構(gòu)所具有的生理機(jī)能嗎？隨著相關(guān)科學(xué)研究的進(jìn)展，細(xì)胞壁在細(xì)胞分化中的重要意義，已引起植物學(xué)家的廣泛關(guān)注。你能說出哪些？

3.1.2 細(xì)胞質(zhì)壁分離復(fù)原實驗

植物細(xì)胞質(zhì)壁分離的實驗材料可選擇紫色洋蔥鱗片葉的外表皮，因為紫色洋蔥的液泡呈紫色，易于觀察，也可用水綿代替。用0.3 g/mL的蔗糖溶液做質(zhì)壁分離劑對細(xì)胞無毒害作用。通過此實驗讓學(xué)生學(xué)會植物細(xì)胞壁分離與復(fù)原的方法以及了解細(xì)胞發(fā)生滲透作用的原理。

實驗中要注意幾個直接影響實驗成功的關(guān)鍵點：① 制作洋蔥表皮的臨時裝片時，撕取洋蔥鱗片葉外表皮放在水滴中展平（也可挑取幾條水綿放入水滴中）。蓋蓋玻片應(yīng)讓蓋玻片的一側(cè)先觸及載玻片，然后輕輕放平，防止裝片產(chǎn)生氣泡。② 觀察洋蔥（或水綿）細(xì)胞可看到：液泡大，呈紫色，原生質(zhì)層緊貼著細(xì)胞壁（或水綿細(xì)胞中有帶狀葉綠體，原生質(zhì)層呈綠色，緊貼著細(xì)胞壁）。液泡含花青素，所以液泡呈紫色。先觀察正常細(xì)胞與后面的“質(zhì)壁分離”起對照作用。③ 觀察質(zhì)壁分離現(xiàn)象。從蓋玻片的一側(cè)滴入0.3 g/mL的蔗糖溶液，在另一側(cè)用吸水紙吸引，重復(fù)幾次。鏡檢。觀察到：液泡由大變小，顏色由淺變深，原生質(zhì)層與細(xì)胞壁分離。原生質(zhì)層與細(xì)胞壁之間充滿蔗糖溶液。重復(fù)幾次蔗糖濃度不能過高，若蔗糖溶液濃度大于細(xì)胞液濃度，細(xì)胞通過滲透作用失水，細(xì)胞壁伸縮性小原生質(zhì)層的伸縮性大，液泡和原生質(zhì)層不斷收縮，所以發(fā)生質(zhì)壁分離。④ 觀察細(xì)胞質(zhì)壁分離的復(fù)原現(xiàn)象。從蓋玻片的一側(cè)滴入清水，在另一側(cè)用吸水紙吸引，重復(fù)幾次。鏡檢。觀察到：液泡由小變大，顏色由深變淺，原生質(zhì)層恢復(fù)原狀。發(fā)生質(zhì)壁分離的裝片，不能久置，要馬上滴加清水，使其復(fù)原。重復(fù)幾次。細(xì)胞液的濃度高于外界溶液，細(xì)胞通過滲透作用吸水，所以發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。

3.1.3 核酸染色實驗不成功的原因分析

實驗原理：甲基綠和吡羅紅與核酸發(fā)生競爭性結(jié)合，甲基綠與DNA雙螺旋外側(cè)的磷酸基團(tuán)結(jié)合力強(qiáng)，結(jié)合后阻止吡羅紅從堿基之間插入，甲基綠與DNA結(jié)合產(chǎn)物為綠色。吡羅紅與RNA結(jié)合力強(qiáng)，RNA結(jié)構(gòu)松散，吡羅紅可以插入，從而中和磷酸基團(tuán)，阻止甲基綠染色，吡羅紅與RNA結(jié)合物呈紅色。由于甲基綠-吡羅紅染色法方法的經(jīng)典性和應(yīng)用廣泛性，在高中實驗教材中出現(xiàn)了該實驗，目的是提高學(xué)生的動手能力，進(jìn)一步理解DNA和RNA在細(xì)胞中的分布，并體會這一染色法的廣泛應(yīng)用。但此項實驗是比較難掌握的染色技術(shù)，在中學(xué)教學(xué)實踐中該實驗效果不太明顯，甚至有些教師反映染色之后細(xì)胞核呈現(xiàn)紫色而不是綠色，下面對收集到的一些問題，進(jìn)行解析。

（1） 經(jīng)人教版教材所示方法得出細(xì)胞核呈現(xiàn)紫色的原因分析：

DNA分子在高溫及強(qiáng)酸作用下容易發(fā)生變性，導(dǎo)致化學(xué)結(jié)構(gòu)與空間構(gòu)型發(fā)生改變，聚合度降低。從核酸聚合的水平來分析：吡羅紅和甲基綠這兩種染料分別染色RNA和DNA，區(qū)別在于兩種核酸的聚合水平，而不是兩種核酸的本身。由于甲基綠可以染高度聚合的核酸（DNA），吡羅紅可以染低聚合體RNA和DNA，因此口腔上皮細(xì)胞核內(nèi)DNA經(jīng)HCl解離導(dǎo)致空間構(gòu)型改變后，不但可以與甲基綠結(jié)合，而且某些低聚體DNA還可以和吡羅紅發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)三原色原理，一定比例的被染成紅色和綠色的DNA混合，使細(xì)胞核呈現(xiàn)出紫色。

（2） 不解離、不烘干的好處。

因口腔上皮細(xì)胞涂處是透明的，放入鹽酸中解離后，很難辨認(rèn)出載玻片上涂上皮細(xì)胞的位置，給染色造成困難。對核酸破壞大，同樣烘干也會對核酸造成很大的破壞。

（3） 洋蔥細(xì)胞質(zhì)中的RNA著色不明顯原因分析。

在實驗中發(fā)現(xiàn)洋蔥細(xì)胞質(zhì)中的RNA沒有口腔上皮細(xì)胞中RNA染色明顯，主要因為成熟植物表皮細(xì)胞內(nèi)含有大體積的液泡，液泡內(nèi)不含RNA，，約占細(xì)胞體積的90%，因此洋蔥細(xì)胞質(zhì)中的RNA著色不明顯。

（4） 三種表皮細(xì)胞作為材料優(yōu)缺點對比。

在材料改進(jìn)上，中學(xué)實驗教材提供的是洋蔥的下表皮和口腔上皮，白洋蔥的上表皮也適合做為此試驗的材料（紫色洋蔥的上表皮液泡有顏色，會影響結(jié)果觀察，不適合作為材料），綜上所述，可以為一線教師得到的實驗結(jié)論是：上皮細(xì)胞不需要酸解直接染色，實驗結(jié)果明顯；采用新材料白洋蔥的上表皮直接染色4～5 min效果明顯。

3.2 4個實驗對促進(jìn)細(xì)胞知識學(xué)習(xí)的重要價值

細(xì)胞知識的基礎(chǔ)就是細(xì)胞結(jié)構(gòu)知識，由于極其微觀，教師必須借助實驗手段幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，同時還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。在實驗教學(xué)中，還能培養(yǎng)學(xué)生綜合利用各學(xué)科知識的能力，在實驗結(jié)果分析中必須考慮到生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等諸多學(xué)科的因素。同學(xué)習(xí)其他理科一樣，生物學(xué)的知識也要在理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行記憶，但是，初中階段的生物學(xué)還有著與其它理科不一樣的特點。

細(xì)胞知識是生物學(xué)知識的核心和難點，在教學(xué)中，一線教師必須認(rèn)識其重要性，并認(rèn)真選擇教授的策略和方法，具體的實驗?zāi)軐⒊橄蟮募?xì)胞學(xué)知識形象的展示出來。除此之外，通過從細(xì)胞壁到核酸的四個實驗，不僅讓學(xué)生對細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)有了較深刻的認(rèn)識，同時通過質(zhì)壁分離與復(fù)原實驗讓學(xué)生更真切的感受了原生質(zhì)層的生命動力，還讓學(xué)生對膜的結(jié)構(gòu)、膜的基本生命活動以及核酸定位有了直觀的體會。學(xué)生不僅對基礎(chǔ)的細(xì)胞學(xué)知識有了較深刻的理解，同時還培養(yǎng)了實驗設(shè)計能力、實驗問題解決能力以及實驗結(jié)果分析能力，賦予學(xué)生一項有用的工具，對于今后更深奧難懂的生物學(xué)知識，學(xué)生也可以通過設(shè)計簡單的實驗將知識簡單化，提高學(xué)習(xí)效率和效果。

4 結(jié)語

生物學(xué)是一門實驗科學(xué)。沒有實驗，生物學(xué)就不可能取得如此輝煌的成就。同樣，不重視實驗，也不可能真正學(xué)好生物課。但是實驗不是生物學(xué)的全部，它只是幫助學(xué)生理解并應(yīng)用生物學(xué)知識的工具，教師要適時地利用好實驗教學(xué)帶給生物學(xué)理論知識意想不到的教學(xué)效果和教學(xué)積極性。