“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”教學(xué)案例

丁亮

摘 要 對質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)材料和定量觀察拓展，利用思維導(dǎo)圖輔助實(shí)驗(yàn)設(shè)計，通過自主學(xué)習(xí)、討論互助、實(shí)踐操作等方式引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)滲透作用系統(tǒng)知識。

關(guān)鍵詞 質(zhì)壁分離 定量實(shí)驗(yàn) 思維導(dǎo)圖

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

文件編號： 1003 - 7586（2016）11 - 0036 - 03

1 教學(xué)設(shè)計思路

“觀察洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離及復(fù)原”是浙科版生物必修1第三章第二節(jié)“物質(zhì)出入細(xì)胞的方式”的活動。學(xué)生已學(xué)習(xí)了動植物細(xì)胞吸水、失水和質(zhì)壁分離概念，教材以洋蔥為材料，并給出了具體實(shí)驗(yàn)步驟，容易使該實(shí)驗(yàn)成為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。本教學(xué)設(shè)計增加黑藻和苔蘚等實(shí)驗(yàn)材料，將其轉(zhuǎn)化為“觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”，從比較不同植物質(zhì)壁分離及其復(fù)原的視角引導(dǎo)學(xué)生探究，建構(gòu)滲透作用的知識體系。

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》提出應(yīng)重視定量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì)。質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程大多定位于定性觀察，筆者向?qū)W生提供機(jī)會學(xué)習(xí)定量測定，通過實(shí)事求是地記錄、整理和分析實(shí)驗(yàn)資料、定量表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，有利于學(xué)生拓展生物學(xué)思維的深度和廣度，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、敢于質(zhì)疑、堅持不懈的科學(xué)精神。

在教學(xué)策略上，本探究以建構(gòu)主義理論為依據(jù)，在教學(xué)中以二人小組為單位，引導(dǎo)學(xué)生積極參與探究，尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，為學(xué)生主動建構(gòu)提供學(xué)習(xí)材料，使學(xué)生形成對知識的真正掌握。教學(xué)中，教師通過調(diào)動學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)，通過組內(nèi)交流和班級各小組匯報結(jié)果交流獲得多方面的信息，在此過程中建立知識共同體。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

2.1 教學(xué)重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計的原則，設(shè)計實(shí)驗(yàn)記錄表

重點(diǎn)落實(shí)策略：為學(xué)生自主建構(gòu)搭好支架，課前的預(yù)習(xí)單上為學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)提供學(xué)習(xí)材料；讓學(xué)生通過填寫“思維導(dǎo)圖”對實(shí)驗(yàn)有整體認(rèn)識再設(shè)計記錄表。思維導(dǎo)圖會將學(xué)生的思維形象化地展示給教師，教師可以根據(jù)學(xué)生暴露的問題組織教學(xué)活動，真正做到以學(xué)定教。

2.2 教學(xué)難點(diǎn)：收集、整理和分析數(shù)據(jù)

難點(diǎn)突破策略：教師指導(dǎo)學(xué)生熟悉數(shù)碼實(shí)驗(yàn)室軟件操作，通過說明和展示使其學(xué)會用截屏和圖像處理軟件整理好照片做定性分析或定量測量；讓學(xué)生使用屏幕錄像功能記錄實(shí)驗(yàn)；操作中及時對有困難的學(xué)生進(jìn)行個別指導(dǎo)；事先制作數(shù)據(jù)分析表并發(fā)給各小組用于數(shù)據(jù)處理。

3 教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)：列舉實(shí)驗(yàn)設(shè)計的基本原則，區(qū)別定性觀察和定量觀察；解釋植物質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原現(xiàn)象。

能力目標(biāo)：設(shè)計實(shí)驗(yàn)記錄表，學(xué)會定向觀察的方法；使用數(shù)碼顯微鏡收集證據(jù)并做分析解釋；撰寫實(shí)驗(yàn)報告，發(fā)展交流和評價的能力。

情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)：通過體驗(yàn)探究，感悟求真的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新的科學(xué)精神；體驗(yàn)團(tuán)隊合作，提高合作意識。

4 教學(xué)準(zhǔn)備

4.1 材料

紫色洋蔥、黑藻、苔蘚。

4.2 儀器及用具

數(shù)碼顯微鏡，刀片，鑷子，滴管，載玻片，蓋玻片，吸水紙，培養(yǎng)皿。

4.3 試劑

物質(zhì)濃度為0.3 g/mL的無色及紅色蔗糖溶液，清水。

4.4 其他

教師制作“觀察比較不同植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原預(yù)習(xí)單”，要求學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)記錄表，根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)結(jié)果，設(shè)計課件、實(shí)驗(yàn)報告模板和數(shù)據(jù)分析表。

5 教學(xué)過程

5.1 課前預(yù)習(xí)

教師創(chuàng)設(shè)情景，提出問題：觀察洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原有哪些實(shí)驗(yàn)步驟？如何比較不同植物質(zhì)壁分離與質(zhì)壁分離復(fù)原？教師提供實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)單與思維導(dǎo)圖（圖1），學(xué)生通過閱讀教材、實(shí)驗(yàn)手冊和材料，了解實(shí)驗(yàn)的原理、步驟，并填寫思維導(dǎo)圖，明確實(shí)驗(yàn)主要知識點(diǎn)和具體操作要點(diǎn)，思考原理與步驟之間的關(guān)系，并嘗試設(shè)計實(shí)驗(yàn)記錄表。

設(shè)計意圖：教師設(shè)計預(yù)習(xí)單和半開放的思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生有效預(yù)習(xí)。在思維導(dǎo)圖中將步驟圖片化幫助學(xué)生細(xì)化實(shí)驗(yàn)步驟，理清知識間聯(lián)系并為實(shí)驗(yàn)設(shè)計提供原理支架，既保證知識結(jié)構(gòu)完整性，又引發(fā)學(xué)生主動思考。

對學(xué)生思維導(dǎo)圖分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)原理和試劑有較為準(zhǔn)確的認(rèn)識，但對實(shí)驗(yàn)原則表述分歧較大，對具體觀察指標(biāo)不明確，記錄手段缺乏可操作性。根據(jù)這些問題對原先設(shè)計的教學(xué)過程進(jìn)行調(diào)整，整合學(xué)生設(shè)計的實(shí)驗(yàn)記錄表格，制作實(shí)驗(yàn)報告模板和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表。

5.2 課堂教學(xué)

5.2.1 新課導(dǎo)入和問題回顧

教師提出問題：洋蔥、黑藻、苔蘚細(xì)胞是否都能發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原？教師修正學(xué)生回答后引出實(shí)驗(yàn)原理，并提出問題：洋蔥細(xì)胞有哪些觀察指標(biāo)？不同材料如何進(jìn)行比較？通過交流、討論明確實(shí)驗(yàn)中具體定性和定量觀察指標(biāo)，學(xué)生認(rèn)同可通過測定原生質(zhì)體與細(xì)胞面積來反映質(zhì)壁分離程度，并得出黑藻細(xì)胞質(zhì)壁分離觀察可嘗試用0.3g/mL的紅色蔗糖溶液。

5.2.2 實(shí)驗(yàn)記錄表格分析

教師展示學(xué)生的設(shè)計，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計的原理和具體觀察指標(biāo)對實(shí)驗(yàn)記錄表進(jìn)行評價。學(xué)生通過自評、互評，認(rèn)同對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄全班應(yīng)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計意圖：針對學(xué)生思維導(dǎo)圖的共性問題，采取問題驅(qū)動，設(shè)置有一定的層次性、相關(guān)性的問題提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，從而引發(fā)討論交流學(xué)習(xí)相關(guān)知識。最后，圍繞實(shí)驗(yàn)記錄表格分析，引導(dǎo)學(xué)生深化對實(shí)驗(yàn)原則的理解，提高靈活運(yùn)用知識的能力。

5.2.3 實(shí)踐操作，采集證據(jù)

教師統(tǒng)一要求，簡化操作：分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)材料制片后對初始狀態(tài)和溶液替換后1、3、6 min的植物細(xì)胞進(jìn)行定量測量細(xì)胞周長或面積。要求學(xué)生使用互動數(shù)碼顯微鏡軟件進(jìn)行視頻錄像，屏幕視頻可彌補(bǔ)操作的不熟練，也建立了實(shí)驗(yàn)時間軸，有利于控制好各時間點(diǎn)，收集到的證據(jù)也可用于進(jìn)一步分析。

教師巡視并指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程，關(guān)注學(xué)生出現(xiàn)的問題，提醒學(xué)生注意相互合作。如思維導(dǎo)圖中有學(xué)生填寫黑藻質(zhì)壁分離觀察指標(biāo)中觀察葉綠體和胞質(zhì)環(huán)流（這是葉綠體觀察實(shí)驗(yàn)中的觀察指標(biāo)），實(shí)驗(yàn)中教師發(fā)現(xiàn)第16組黑藻有明顯的胞質(zhì)環(huán)流，于是建議16組觀察質(zhì)壁分離前后黑藻胞質(zhì)環(huán)流是否有變化。

5.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示分析

教師提供Excel數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，通過數(shù)碼互動系統(tǒng)展示不同組學(xué)生收集的證據(jù)，并由該小組的學(xué)生說明分析，教師引導(dǎo)學(xué)生多角度解讀結(jié)果。學(xué)生分析得出：當(dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度時，細(xì)胞滲透失水質(zhì)壁分離，反之復(fù)原；滲透快慢取決于濃度差；黑藻細(xì)胞液濃度<洋蔥細(xì)胞；通過黑藻胞質(zhì)環(huán)流減慢推導(dǎo)植物細(xì)胞失去水分會影響其代謝。

設(shè)計意圖：多角度匯總、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過學(xué)生交流和教師反饋評價，初步構(gòu)建質(zhì)壁分離和滲透作用系統(tǒng)知識。

5.3 課后作業(yè)及教學(xué)延伸

教師將各小組的原始資料和數(shù)據(jù)放置在開放平臺共享數(shù)據(jù)，要求學(xué)生進(jìn)一步分析本小組及其他組的原始資料（圖2），形成電子版的實(shí)驗(yàn)報告后再分享回開放平臺。學(xué)生之間、師生之間再次評價、交流實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的認(rèn)識。

設(shè)計意圖：課堂時間有限，不能對所有小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行交流，學(xué)習(xí)小組課外共享數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報告。這樣可以讓學(xué)生延續(xù)探究分析實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更全面理解實(shí)驗(yàn)，拓展其思維，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

6 反思總結(jié)

6.1 教師側(cè)務(wù)實(shí)投入

6.1.1 挖掘?qū)W生熟悉的材料

教師選擇黑藻和苔蘚，并在部分蔗糖溶液中增加紅墨水，不僅可以喚醒學(xué)生原有記憶，同時又能引出新知識，在熟悉的情景中學(xué)生的思維拓展和創(chuàng)新才有可能。

6.1.2 定性觀察與定量觀察相結(jié)合

通過學(xué)習(xí)數(shù)碼顯微操作，引導(dǎo)學(xué)生拓展觀察指標(biāo)，借助信息技術(shù)軟件進(jìn)行同步屏幕錄像和測量操作，盡可能保留實(shí)驗(yàn)資料和數(shù)據(jù)。

6.1.3 為學(xué)生自主建構(gòu)搭好支架

實(shí)驗(yàn)設(shè)計需要遵循的原則、實(shí)驗(yàn)中的方法步驟和一些注意事項(xiàng)學(xué)生都未曾系統(tǒng)學(xué)習(xí)。通過課前下發(fā)預(yù)習(xí)單補(bǔ)充資料，教師引導(dǎo)學(xué)生填寫思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生理清知識間內(nèi)在聯(lián)系，高效建構(gòu)知識體系。

6.1.4 改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)方式

教師將各小組的實(shí)驗(yàn)資料和數(shù)據(jù)放置在開放平臺供學(xué)生下載，學(xué)生可對本組資料進(jìn)行分析，也可與其他組的資料進(jìn)行對比，形成實(shí)驗(yàn)報告后上傳開放平臺再次進(jìn)行交流。

6.1.5 小組合作學(xué)習(xí)探究。

本實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生課前、課中、課后均參與合作探究。課前小組討論填寫思維導(dǎo)圖和設(shè)計實(shí)驗(yàn)記錄表；課中對設(shè)計實(shí)驗(yàn)記錄表進(jìn)行評價，開展實(shí)驗(yàn)并初步分析；課后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總，得出結(jié)論。

6.2 學(xué)生側(cè)創(chuàng)新產(chǎn)出

教師通過挖掘常規(guī)實(shí)驗(yàn)、常規(guī)材料，利用好學(xué)校課程資源，充分了解學(xué)生，信任學(xué)生，給學(xué)生提供學(xué)習(xí)材料、時間和方法，讓學(xué)生在探究實(shí)踐中獲得具體的經(jīng)驗(yàn)體會。同時學(xué)生收獲了創(chuàng)新產(chǎn)出，如學(xué)生課后實(shí)驗(yàn)報告中總結(jié)得出：“紅墨水可用做溶液是否完成替換的指標(biāo)”“不同植物細(xì)胞液濃度可能與植物生長的環(huán)境有關(guān)”。有些小組的實(shí)驗(yàn)：有學(xué)生根據(jù)苔蘚未觀察到液泡，預(yù)測質(zhì)壁分離程度會小很多，然而觀察到6 min時與洋蔥分離程度差不多，推測原生質(zhì)層也可能失去水；另一組用圖像處理軟件分析圖像測出黑藻細(xì)胞及原生質(zhì)體數(shù)據(jù)，建立指數(shù)擬合模型，通過建模推算出黑藻細(xì)胞液初始濃度約為0.08 g/mL。還有小組學(xué)習(xí)全班結(jié)果和結(jié)論后，制作了“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及其結(jié)論”思維導(dǎo)圖。這些創(chuàng)新意識和運(yùn)用科學(xué)的方法去分析解決問題的方式，體現(xiàn)出學(xué)生的批判性思維和問題解決能力，培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)。