高中生物學(xué)課外“迷你”實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與應(yīng)用

楊祖芳

(廣東省中山市濠頭中學(xué) 528437)

“迷你”實(shí)驗(yàn)是根據(jù)教材上的實(shí)驗(yàn)原理，利用簡單的實(shí)驗(yàn)材料，因地制宜開展的一類小實(shí)驗(yàn)?！懊阅恪睂?shí)驗(yàn)因其取材容易、貼近生活、直觀明了和便于操作的特點(diǎn)，往往受到學(xué)生的青睞。通過“迷你”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力得到提高，收集和自制實(shí)驗(yàn)器材的能力也得到增強(qiáng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的素養(yǎng)。本文結(jié)合人教版高中生物學(xué)教材中必修實(shí)驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)成不限于學(xué)校、學(xué)生在家里也可完成的“迷你”實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)舉例如下：

1 補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟，直接觀察實(shí)驗(yàn)效果

在教材必修1第5章第4節(jié)探究“環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)中，教材并沒有直接給出具體的實(shí)驗(yàn)操作步驟，筆者結(jié)合生活中的器材進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓學(xué)生利用家庭或社區(qū)的資源完成“迷你”實(shí)驗(yàn)——“探究不同CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”。

1.1 實(shí)驗(yàn)步驟 ①在水塘邊撈取黑藻若干回家備用；②取5個(gè)透明塑料盒編號(hào)1、2、3、4、5號(hào)，并分別裝入等量的清水、1%、2%、3%和4% 的NaHCO3溶液，將等量的黑藻放入透明塑料盒內(nèi)；③將5個(gè)塑料盒放在距LED臺(tái)燈10 cm下照射10 min，觀察其氣泡產(chǎn)生的數(shù)量。根據(jù)產(chǎn)生的氣泡數(shù)得出CO2濃度與光合作用強(qiáng)度的關(guān)系。

1.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 利用生活中的實(shí)驗(yàn)器材，簡單易行，可測性強(qiáng)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)探究興趣。同時(shí)，還可設(shè)計(jì)改變其他環(huán)境因素，增設(shè)不同光照強(qiáng)度或溫度等對(duì)光合作用的影響因素實(shí)驗(yàn)。

2 尋找替換材料，體驗(yàn)生活實(shí)踐樂趣

在教材必修1第6章第1節(jié)“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，教材是選用含酚酞的瓊脂塊(NaOH和酚酞相遇，呈紫紅色)做實(shí)驗(yàn)材料來探究細(xì)胞大小，即細(xì)胞的表面積與體積之比與物質(zhì)運(yùn)輸效率之間的關(guān)系。但瓊脂塊制備較麻煩，時(shí)常會(huì)偏硬不利于物質(zhì)擴(kuò)散；偏軟不利于切割。同時(shí)，NaOH具腐蝕性，對(duì)學(xué)生的皮膚和眼睛均有影響。因此，就利用冬瓜做實(shí)驗(yàn)替換材料，設(shè)計(jì)出“測量高錳酸鉀進(jìn)入果蔬的深度”實(shí)驗(yàn)，可讓學(xué)生在家里完成。

2.1 實(shí)驗(yàn)步驟 ①將冬瓜去皮后，用餐刀將其切成3塊邊長分別為1 cm、2 cm、3 cm的正方體；②在3塊冬瓜塊的正上面均勻地涂抹一層高錳酸鉀粉末，靜待10 min；③用餐刀將冬瓜塊縱切，觀察切面，用尺子測量每一冬瓜塊上高錳酸鉀擴(kuò)散至其內(nèi)部黑褐色的深度。記錄測量結(jié)果，每兩次操作之間必須把刀擦干凈。計(jì)算高錳酸鉀擴(kuò)散的體積/整個(gè)冬瓜塊體積的比值。

2.2 改進(jìn)特點(diǎn) 用冬瓜塊代替含酚酞的瓊脂塊，方便切割，且無需耗時(shí)制備瓊脂塊。用高錳酸鉀代替NaOH，安全衛(wèi)生。切開冬瓜塊后，顏色分明，方便觀察測量。

3 挖掘?qū)嶒?yàn)內(nèi)涵，改定性為定量實(shí)驗(yàn)

教材必修1第5章第3節(jié)“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)存在實(shí)驗(yàn)裝置較復(fù)雜、過程耗時(shí)較長、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不能量化等不足。于是，用100 mL的注射器代替錐形瓶，用5 g高活性酵母溫水活化代替20 g新鮮食用酵母，用 H2O2溶液與土豆?；旌戏磻?yīng)生成氧氣代替橡皮球間歇性通氣，用醫(yī)用輸液管代替連接玻璃管。改進(jìn)后的“迷你”實(shí)驗(yàn)還能讓學(xué)生有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)定量測定。

3.1 實(shí)驗(yàn)步驟 ①分別取2支100 mL的注射器，編號(hào)1號(hào)和2號(hào)，排凈筒內(nèi)空氣，各吸取已活化后的酵母液+葡萄糖溶液20 mL。1號(hào)注射器的注射頭用止水夾將輸液軟管夾緊封口，水平放置注射器，記錄初始刻度，代表無氧呼吸組。②另取1注射器，編號(hào)3號(hào)，內(nèi)裝3 mL H2O2溶液與3g新鮮土豆粒，將輸液管與2號(hào)注射器連接，推動(dòng)3號(hào)注射筒向2號(hào)注射器注入O2后，用止水夾將輸液軟管夾緊封口，水平放置注射器，記錄初始刻度，代表有氧呼吸組。③靜置反應(yīng)5 min后，分別記錄反應(yīng)后的活塞刻度，定量讀出刻度變化。④檢測CO2。取下止水夾，將1號(hào)輸液軟管和2號(hào)輸液軟管分別通入澄清石灰水，推動(dòng)注射器活塞，氣體從輸液軟管中導(dǎo)出，觀察澄清石灰水變渾濁，說明氣體成分是CO2。⑤檢測酒精。將注射器針頭朝下，直接吸入酸性的重鉻酸鉀溶液，觀察2支試管中液體的顏色變化并記錄下來。1號(hào)無氧組的液體使酸性的重鉻酸鉀溶液由橙色變成灰綠色，說明無氧組產(chǎn)生了酒精。

3.2 改進(jìn)特點(diǎn) 所有的實(shí)驗(yàn)用品價(jià)格低廉，實(shí)驗(yàn)裝置簡單，可操作性強(qiáng)。利用新鮮土豆加H2O2溶液產(chǎn)生的氧氣速度快且濃度高?？s短了反應(yīng)時(shí)間，由原來約40 min完成的實(shí)驗(yàn)僅用10 min即可看到明顯效果。還可定量分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在對(duì)比后可進(jìn)行表述。

4 借助實(shí)驗(yàn)原理，體驗(yàn)細(xì)胞物質(zhì)組成

在教材必修1第2章第5節(jié)中描述“細(xì)胞中大多數(shù)無機(jī)鹽以離子的形式存在”，學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)不容易理解。筆者聯(lián)想到原電池的實(shí)驗(yàn)原理，而細(xì)胞內(nèi)的這些離子就相當(dāng)于電解質(zhì)。因此，設(shè)計(jì)了探究“神奇的發(fā)光果蔬”的“迷你”實(shí)驗(yàn)。準(zhǔn)備一些鋅片、銅片和電線，以及蘋果、冬瓜、土豆和黃瓜等生物材料。

4.1 實(shí)驗(yàn)步驟 ①取一新鮮蘋果，切成若干塊；②在每一小塊蘋果上分別插入鋅片和銅片(注意鋅片和銅片之間不能接觸)，用電線依次按串聯(lián)的方式連接不同蘋果塊上的鋅片和銅片，最后接通二極燈管；③觀察燈泡的亮度。

4.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 通過增設(shè)實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解教材中沒有展開的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)材料簡單易得，借助理化實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科交融。通過探究過程中不斷出現(xiàn)問題，討論問題并解決問題，在實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S。在實(shí)驗(yàn)探究過程中學(xué)生會(huì)提出一些新問題。如用一個(gè)蘋果做實(shí)驗(yàn)，連通電路后發(fā)現(xiàn)二極管沒亮，將蘋果切成幾個(gè)小塊再次實(shí)驗(yàn)，二極管亮了。學(xué)生馬上想到的是電壓的問題，向物理教師借來電壓表測量，果然是因?yàn)橐粋€(gè)蘋果塊電壓太小，而多切幾個(gè)小塊，相當(dāng)進(jìn)行串聯(lián)增大電壓，從而使二極管亮了。

5 模擬實(shí)驗(yàn)情境，體驗(yàn)假說—演繹過程

在教材必修2第1章第1節(jié)“孟德爾豌豆雜交實(shí)驗(yàn)(一)”中安排了“性狀分離比的模擬”實(shí)驗(yàn)，目的是通過模擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)孟德爾的假說，通過進(jìn)一步地學(xué)習(xí)理解“假說—演繹”這一科學(xué)研究方法。教材中實(shí)驗(yàn)小桶及彩球成本較高，準(zhǔn)備量大，攜帶與存放均有不便。且教材原實(shí)驗(yàn)僅讓學(xué)生體驗(yàn)了孟德爾假說，沒能繼續(xù)組織學(xué)生進(jìn)入探討演繹推理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及其他類似實(shí)驗(yàn)的探究模擬，如測交。也未能讓學(xué)生模擬自然界雌、雄配子數(shù)量的關(guān)系。筆者利用撲克牌對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了“用撲克牌模擬性狀分離比及其拓展”的模擬設(shè)計(jì)。

5.1 實(shí)驗(yàn)步驟 ①將2副原裝撲克牌從牌盒內(nèi)取出，分別洗勻，使不同花色和點(diǎn)數(shù)的牌充分混合；②將洗好的每副牌混勻后疊放置桌面上，各成1摞；③每摞隨機(jī)從任一高度處翻牌，只需亮出手中一層的最底一張牌(無需抽出)，記下2張亮牌的顏色，方塊、紅桃和王牌都記紅色R，梅花、黑桃和小王都記黑色r；④每摞暫時(shí)分開的2層牌重新放回在一起，按步驟3重復(fù)50次以上(注意：以上各步中，2幅牌自始至終不能相混，建議選取2副牌背面紋理不一樣)；⑤記錄每種顏色組合的數(shù)量及比例，統(tǒng)計(jì)見表1。

5.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 該實(shí)驗(yàn)材料選用撲克牌，準(zhǔn)備容易，存放方便，適合全班學(xué)生。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上不僅體驗(yàn)了孟德爾的假說，還增加了拓展實(shí)驗(yàn)、演繹推理測交實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬和雄配子(用三副牌)多于雌配子(用一副牌)模擬等。

表1 組合結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表1 組合結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

記錄統(tǒng)計(jì)數(shù)量紅紅組合(RR)紅黑組合(Rr)黑黑組合(rr)畫“正”字計(jì)數(shù)1組數(shù)量2組數(shù)量3組數(shù)量……全班數(shù)量全班比例