通過(guò)“探究細(xì)胞液濃度”實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)科學(xué)思維與探究能力

張 瑾 （北京市第四中學(xué) 北京 100034）

新頒布的《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》以培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)為課程宗旨，倡導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究并形成科學(xué)思維習(xí)慣。浙科版高中生物學(xué)必修1“物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式”這一節(jié)中的“探究洋蔥表皮細(xì)胞液的濃度范圍”實(shí)驗(yàn)正是培養(yǎng)學(xué)生探究能力和科學(xué)思維的有利契機(jī)，并有助于學(xué)生理解滲透過(guò)程，因而是一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)。但是，此實(shí)驗(yàn)將“引起約50%的細(xì)胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的蔗糖濃度”作為判定標(biāo)準(zhǔn)，只能推測(cè)大致的細(xì)胞液濃度范圍，學(xué)生很難準(zhǔn)確分辨初始質(zhì)壁分離的細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)效果并不理想。此外，教材對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理沒(méi)有具體要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的預(yù)期目標(biāo)也難以實(shí)現(xiàn)。

事實(shí)上，將植物組織置于不同濃度的蔗糖溶液中發(fā)生滲透作用后，組織質(zhì)量變化與蔗糖溶液濃度之間在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，這是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型、培養(yǎng)科學(xué)思維的極好素材。進(jìn)行建模教學(xué)不僅因?yàn)槟Ｐ湍苤庇^地揭示內(nèi)在規(guī)律，更因?yàn)闃?gòu)建模型的過(guò)程就是一種高層次的科學(xué)思維過(guò)程。因此，筆者嘗試使用稱量法通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作獲得較為理想的實(shí)驗(yàn)效果，并在教學(xué)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)繪圖構(gòu)建數(shù)學(xué)模型分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、推測(cè)細(xì)胞液濃度，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力，提高生物學(xué)核心素養(yǎng)。

此外，學(xué)生通過(guò)前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道：植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)，原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜，對(duì)于應(yīng)用已習(xí)得的知識(shí)進(jìn)一步探究細(xì)胞液的濃度抱有很高的學(xué)習(xí)期待和熱情。本校的學(xué)生學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)、求知欲高，會(huì)以積極認(rèn)真的態(tài)度參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

綜上，制定教學(xué)目標(biāo)如下：闡明成熟的植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)； 嘗試用稱量法探究蘿卜根部細(xì)胞的細(xì)胞液濃度，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)用繪圖及數(shù)學(xué)建模等數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)探究能力，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，提高生物學(xué)核心素養(yǎng)。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析；教學(xué)難點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

1 實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)稱量并比較水蘿卜根部組織放在一系列梯度濃度蔗糖溶液中質(zhì)量的變化，探究水蘿卜根部細(xì)胞的細(xì)胞液濃度。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理 成熟的植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)，原生質(zhì)層相當(dāng)于半透膜。植物組織與外界溶液接觸時(shí)，當(dāng)細(xì)胞液的濃度大于外界溶液的濃度，組織吸水、質(zhì)量增大；當(dāng)細(xì)胞液的濃度小于外界溶液的濃度，組織失水、質(zhì)量減??；若細(xì)胞液的濃度等于外界溶液的濃度，則水分交換保持動(dòng)態(tài)平衡，組織 質(zhì) 量不 變［1］。

1.3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1）實(shí)驗(yàn)材料：新鮮的水蘿卜儲(chǔ)藏根。水蘿卜綠皮紅芯，俗稱“心里美”。實(shí)驗(yàn)時(shí)最好選取含水量大、根的木質(zhì)部為深紅色的蘿卜。

2）用具：電子天平（或天平、砝碼）、250 mL 燒杯、封口膜、橡皮筋、內(nèi)徑為6 mm 的打孔器、刀、直尺、鑷子、量筒、玻璃棒、藥匙、培養(yǎng)皿、吸水紙、記號(hào)筆。

3）試劑：蔗糖、蒸餾水。

4）其他實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：拍攝實(shí)驗(yàn)操作特寫照片、編制實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生課上進(jìn)行蒸餾水及0.1 mol/L、0.2 mol/L、0.3 mol/L、0.4 mol/L、0.5 mol/L、0.6 mol/L蔗糖溶液的實(shí)驗(yàn)； 教師課前進(jìn)行0.7 mol/L、0.8 mol/L、0.9 mol/L、1.0 mol/L 蔗糖溶液的實(shí)驗(yàn)，拍照并記錄數(shù)據(jù)，課上進(jìn)行展示。

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟 在本教學(xué)設(shè)計(jì)中，下述實(shí)驗(yàn)步驟的前5 步操作由教師指導(dǎo)部分學(xué)生課前完成，每組實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①用蔗糖和蒸餾水配制0.1 mol/L、0.2 mol/L、0.3 mol/L、0.4 mol/L、0.5 mol/L、0.6 mol/L 的蔗糖溶液各100 mL。將配制好的6 種不同濃度的蔗糖溶液及100 mL 蒸餾水分別倒入7 個(gè)250 mL 燒杯中，用記號(hào)筆做好標(biāo)記。

②將蘿卜切段，每段厚度約為3 cm。

③用打孔器在蘿卜段的紅色芯部（即木質(zhì)部）上垂直地切出28 個(gè)長(zhǎng)度約為3 cm 的蘿卜條。

④4 個(gè)蘿卜條為一組，用天平稱量并記錄每組蘿卜條的質(zhì)量，共記錄7 組數(shù)據(jù)。

⑤將7 組蘿卜條分別放入7 個(gè)裝有100 mL蒸餾水或不同濃度蔗糖溶液的燒杯中，在陰涼通風(fēng)處浸泡1.5 h［2］至過(guò)夜［3］。教師可根據(jù)排課需要選擇浸泡時(shí)間。注意：長(zhǎng)時(shí)間浸泡需蓋上封口膜，綁好皮筋，防止液體過(guò)度蒸發(fā)。若使用分析天平，浸泡1.5 h 后就可測(cè)量結(jié)果；若使用普通天平，需浸泡2.5 h 以上，組織質(zhì)量變化更大，利于測(cè)量。

⑥用鑷子小心地將蘿卜條從燒杯中取出，放置培養(yǎng)皿中，并用吸水紙輕輕吸去蘿卜條表面的多余液體。注意：不要用吸水紙過(guò)度擦拭蘿卜條表面，或?qū)⑻}卜條長(zhǎng)時(shí)間置于吸水紙上。

⑦觀察蘿卜條形態(tài)和顏色的變化，稱量每組蘿卜條的質(zhì)量，并記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。

2 實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

本實(shí)驗(yàn)活動(dòng)安排1 課時(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程主要分為：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)分析。

2.1 引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)、交流、評(píng)價(jià)、審讀實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力

1）引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)大致方案，組織討論進(jìn)行比較、判斷。

首先，讓學(xué)生在獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)探究植物細(xì)胞液濃度實(shí)驗(yàn)大體思路。然后，在全班進(jìn)行分享交流。學(xué)生的設(shè)計(jì)思路集中在以下2 種：

方案1： 根據(jù)觀察植物細(xì)胞在不同濃度溶液下的質(zhì)壁分離的情況，判斷細(xì)胞液的濃度。

方案2： 根據(jù)稱量植物組織在不同濃度溶液中的失水或吸水產(chǎn)生的重量變化，判斷細(xì)胞液的濃度。

前者是學(xué)生聯(lián)想已經(jīng)做過(guò)的“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的設(shè)計(jì)；后者是類比教師演示過(guò)的“探究滲透的條件”模擬實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的方案?！疤骄繚B透的條件”模擬實(shí)驗(yàn)是將3 個(gè)裝有相同濃度、等體積的蔗糖溶液的透析袋，密封后分別置于清水、 相同濃度及更高濃度的蔗糖溶液中。一段時(shí)間后，置于清水中的透析袋內(nèi)的液體變多，置于更高濃度蔗糖溶液中的透析袋內(nèi)的液體變少，置于相同濃度溶液中的透析袋內(nèi)的液體體積基本不變。

而后，教師引導(dǎo)學(xué)生歸納、 比較2 種方案的異、同點(diǎn)，并進(jìn)行評(píng)價(jià)、判斷。經(jīng)過(guò)討論，師生達(dá)成共識(shí)：2 種方案的實(shí)驗(yàn)原理相同，都是基于成熟的植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的；但本質(zhì)不同，方案1 是定性實(shí)驗(yàn)，方案2 是用稱量法進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)，可獲得更精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而選擇方案2。

2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料，分組設(shè)計(jì)具體實(shí)驗(yàn)步驟并交流、完善。

教師告知學(xué)生可提供的材料、器具，以及與水蘿卜根部細(xì)胞等滲的蔗糖濃度是在0 mol/L～0.6 mol/L的范圍內(nèi)。學(xué)生以小組為單位設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，并在全班交流。學(xué)生一般都能考慮到配制梯度濃度的蔗糖溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在研討實(shí)驗(yàn)步驟的過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生從設(shè)計(jì)單因子變量、控制無(wú)關(guān)變量（例如切出形狀、重量相近的蘿卜）、重復(fù)實(shí)驗(yàn)等方面相互評(píng)價(jià)，完善實(shí)驗(yàn)方案。

3）審讀實(shí)驗(yàn)報(bào)告，比較實(shí)驗(yàn)步驟異、同點(diǎn)，分析設(shè)計(jì)意圖。

教師下發(fā)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，讓學(xué)生審讀實(shí)驗(yàn)步驟，并與自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟相比較，說(shuō)明其中的異、同點(diǎn)，分析實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)意圖，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的審讀、歸納、說(shuō)明能力。學(xué)生能夠領(lǐng)會(huì)：用打孔器切蘿卜的目的是使各組的蘿卜條形狀、重量相近；每組使用4 個(gè)蘿卜條使得質(zhì)量變化幅度增大，利于測(cè)量。

在以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過(guò)聯(lián)想、類比、歸納、比較、判斷等過(guò)程，訓(xùn)練了科學(xué)思維。教師安排多次討論活動(dòng)，將話語(yǔ)權(quán)更多地交給學(xué)生，以提高學(xué)生的參與度。不僅調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，且在設(shè)計(jì)、交流、評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程中也進(jìn)一步提升了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2.2 組織學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作 在實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)施過(guò)程中，全班分為3 組進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，每組使用一個(gè)分析天平。若使用普通天平，可安排每2位學(xué)生使用一個(gè)普通天平，測(cè)量一種溶液中的蘿卜條質(zhì)量，組內(nèi)匯總、分享數(shù)據(jù)。

為了有效利用課堂時(shí)間，實(shí)驗(yàn)操作步驟的前5 步已由教師指導(dǎo)部分學(xué)生課前完成，使用分析天平測(cè)量，蘿卜條浸泡時(shí)間為1.5 h。課上，讓參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作的特寫照片講解實(shí)驗(yàn)前5 步的操作要點(diǎn)； 教師再結(jié)合實(shí)驗(yàn)報(bào)告講解最后2 步的操作要點(diǎn)，特別提示不要用吸水紙過(guò)度擦拭蘿卜條表面，以免導(dǎo)致蘿卜條失水過(guò)多。隨后，學(xué)生以小組為單位討論分工及操作細(xì)節(jié)，要點(diǎn)包括： 最好由1 名學(xué)生負(fù)責(zé)擦去蘿卜條表面的水分，使各組蘿卜條表面濕度相近，便于橫向比較；蘿卜條從擦干到稱量的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以免蒸發(fā)過(guò)多水分。

教師監(jiān)督并指導(dǎo)學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的《實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析表》中，組內(nèi)分享數(shù)據(jù)，并由學(xué)生將數(shù)據(jù)輸入教師電腦的Excel 數(shù)據(jù)表中。

2.3 引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)方法深入分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行科學(xué)思維訓(xùn)練 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得結(jié)論，是進(jìn)行科學(xué)思維訓(xùn)練的最好方式。因?yàn)榭茖W(xué)思維是基于論證和邏輯推理的思維過(guò)程和方式。引導(dǎo)學(xué)生分析本實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，就是對(duì)學(xué)生進(jìn)行邏輯思維訓(xùn)練。但在以往的教學(xué)中，僅根據(jù)能引起約50%的細(xì)胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的蔗糖濃度推測(cè)細(xì)胞液濃度的大致范圍，舍棄了其他蔗糖濃度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中蘊(yùn)含的寶貴信息，未能在全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上估值。此外，植物組織發(fā)生滲透作用后，質(zhì)量變化與蔗糖溶液濃度之間在一定范圍內(nèi)呈負(fù)相關(guān)，正是引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，培養(yǎng)科學(xué)思維的好材料。因此，筆者在教學(xué)中進(jìn)行了如下嘗試：

1）學(xué)生觀察、展示并交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨著蔗糖溶液濃度升高，蘿卜條的體積變小，顏色變深。在蒸餾水和0.1 mol/L 蔗糖溶液中浸泡過(guò)的蘿卜條體積比浸泡前體積更大、顏色更淺，在0.6 mol/L蔗糖溶液中浸泡過(guò)的蘿卜條比浸泡前體積明顯變小、顏色更深。學(xué)生很容易分析得出：蘿卜條的顏色變淺是因?yàn)榧?xì)胞液濃度高于外界溶液濃度，水分子跨越原生質(zhì)層，進(jìn)入液泡，使細(xì)胞液濃度降低； 同時(shí)細(xì)胞體積增大，使得組織脹大； 反之亦然。學(xué)生能預(yù)測(cè)：在一定蔗糖溶液濃度范圍內(nèi)，如果用更高濃度的蔗糖溶液浸泡蘿卜條，蘿卜條的體積會(huì)更小、顏色更深。教師展示預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果照片（圖1）驗(yàn)證學(xué)生的猜想。

圖1 教師預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果照片

讓學(xué)生展示并交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，旨在培養(yǎng)學(xué)生觀察和描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，并實(shí)現(xiàn)學(xué)生間的相互評(píng)價(jià)。

2）進(jìn)一步解讀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)——計(jì)算蘿卜條的質(zhì)量變化的百分比。學(xué)生通過(guò)觀察宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，已經(jīng)推測(cè)蘿卜條因滲透失水或吸水產(chǎn)生的質(zhì)量變化與外界溶液的濃度有關(guān)。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：二者在微觀上是否存在明確的數(shù)量關(guān)系？學(xué)生能夠回答： 可以比較每組蘿卜條浸泡前、 后的質(zhì)量差異。教師進(jìn)一步質(zhì)疑：盡管用打孔器切出的蘿卜條的質(zhì)量已經(jīng)很相近，但每組蘿卜條浸泡前的質(zhì)量仍存在差異，應(yīng)如何處理數(shù)據(jù)，以消除材料初始的質(zhì)量差異？學(xué)生可以推理得出：用每組蘿卜條的質(zhì)量變化除以浸泡前的質(zhì)量，計(jì)算各組材料質(zhì)量變化的百分比，由此可消除材料初始質(zhì)量的差異，使各組數(shù)據(jù)可以橫向比較。

計(jì)算公式如下：

表1為某位學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中記錄并分析的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 學(xué)生記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析表

3）借助坐標(biāo)紙繪圖建立數(shù)學(xué)模型，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得結(jié)論。為了尋找實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生利用坐標(biāo)紙繪制蘿卜條的質(zhì)量變化百分比隨蔗糖溶液濃度變化圖，并推薦一位學(xué)生在投影儀下繪圖，方便課堂的交流與討論。利用坐標(biāo)紙繪圖不僅便于課堂教學(xué)的組織，培養(yǎng)學(xué)生繪制、分析圖表的能力，還能獲得較為精確的數(shù)據(jù)。

將7 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)至圖上，可見(jiàn)7 個(gè)點(diǎn)基本處于一條直線上。學(xué)生能歸納得出“蔗糖溶液濃度在0～0.6 mol/L 范圍內(nèi)，蘿卜條的質(zhì)量變化百分比與蔗糖溶液的濃度呈負(fù)相關(guān)”，進(jìn)而添加一條直線作為趨勢(shì)線。讓直線通過(guò)盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。所構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型能揭示蘿卜條因滲透失水或吸水產(chǎn)生的質(zhì)量變化與外界蔗糖溶液之間的關(guān)系。

然后，根據(jù)數(shù)學(xué)模型中趨勢(shì)線與X 軸的焦點(diǎn)推斷蘿卜根部細(xì)胞的細(xì)胞液濃度。圖2是學(xué)生繪圖的照片，估值為0.440 mol/L，其他組的估值也與此相近。本次估值是建立在全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)的分析更加科學(xué)、充分。

圖2 學(xué)生在坐標(biāo)紙上繪制的數(shù)據(jù)曲線

教師質(zhì)疑： 如果將蘿卜條置于蔗糖濃度更高的溶液中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)是否始終在一條直線上？學(xué)生根據(jù)已學(xué)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)推測(cè)：當(dāng)蔗糖溶液濃度高過(guò)一定范圍后，隨著蔗糖溶液濃度的升高，蘿卜條質(zhì)量變化的百分比下降速度將減緩。教師展示課前進(jìn)行的更高濃度蔗糖溶液的預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)及繪制的關(guān)系圖（圖3），驗(yàn)證學(xué)生的預(yù)測(cè)。

4）分析誤差，提出改進(jìn)方案——運(yùn)用Excel 軟件匯總數(shù)據(jù)并精確計(jì)算。教師組織學(xué)生討論誤差來(lái)源，歸納如下：①實(shí)驗(yàn)操作：配制梯度濃度的蔗糖溶液時(shí)，有的溶液沒(méi)有完全混勻；雖然都在蘿卜的木質(zhì)部取樣，但是不同部位的組織結(jié)構(gòu)仍存在差異；每組蘿卜條浸泡后擦干的程度不統(tǒng)一。②數(shù)據(jù)分析：樣本較少；通過(guò)目測(cè)添加的趨勢(shì)線不夠精確。

學(xué)生提出的改進(jìn)方案如下： 盡量在同一個(gè)蘿卜段上與中心點(diǎn)距離相同處的一個(gè)圓上打孔取樣，從而減少組織結(jié)構(gòu)的差異；每組由一位學(xué)生通過(guò)固定流程根據(jù)相同標(biāo)準(zhǔn)擦干材料上的水分；匯總?cè)鄶?shù)據(jù)或進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)； 使用Excel 軟件繪制趨勢(shì)線，精確估值。

教師演示使用Excel 軟件匯總、分析全班實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 將全班3 組蘿卜條的質(zhì)量變化百分比取平均值；以蔗糖溶液濃度為橫坐標(biāo)，蘿卜條的質(zhì)量變化百分比為縱坐標(biāo)，繪制“散點(diǎn)圖”；添加趨勢(shì)線時(shí)選擇“線性”類型，并顯示公式及R2值（圖3）。R2值為0.985 說(shuō)明趨勢(shì)線與數(shù)據(jù)的擬合度很好，精確證明了 “蔗糖溶液濃度在0～0.6 mol/L 范圍內(nèi)，蘿卜條質(zhì)量變化的百分比與蔗糖溶液濃度呈負(fù)相關(guān)”。根據(jù)公式可計(jì)算出與蘿卜根部細(xì)胞的等滲蔗糖溶液濃度約為0.446 mol/L，與學(xué)生使用坐標(biāo)紙的估值很相近。本部分的教學(xué)將現(xiàn)代信息技術(shù)與生物學(xué)有機(jī)地結(jié)合，分析的結(jié)果更加精確，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并提高了科學(xué)思維水平。

圖3 運(yùn)用Excel 軟件繪制蘿卜條質(zhì)量變化的百分比隨蔗糖溶液濃度變化圖

最后，教師再次引導(dǎo)學(xué)生遷移知識(shí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：如果本實(shí)驗(yàn)不提供天平，而提供游標(biāo)卡尺，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)？學(xué)生能類比分析得出可使用游標(biāo)卡尺測(cè)量蘿卜條的直徑和長(zhǎng)度，進(jìn)而計(jì)算蘿卜條的體積，通過(guò)探究蘿卜條在不同濃度的蔗糖溶液中的體積變化，可分析得出蘿卜細(xì)胞的細(xì)胞液濃度。

在以上實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中，學(xué)生體驗(yàn)了環(huán)環(huán)相扣、逐級(jí)遞進(jìn)的完整思維過(guò)程。教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其論證過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯推理結(jié)論可信，從而將培養(yǎng)學(xué)生的生物核心素養(yǎng)落到實(shí)處。

3 教學(xué)反思

本實(shí)驗(yàn)可簡(jiǎn)化為稱量蘿卜條在蒸餾水、0.2 mol/L、0.4 mol/L、0.6mol/L 蔗糖溶液中的質(zhì)量變化，也可獲得不錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)效果?；蚴翘骄刻}卜條在蒸餾水、0.2 mol/L、0.4 mol/L、0.6 mol/L、0.8 mol/L、1.0 mol/L 蔗糖溶液中的質(zhì)量變化，可先引導(dǎo)學(xué)生分析得出數(shù)據(jù)呈線性關(guān)系的范圍，再添加趨勢(shì)線。在教學(xué)中，也可以安排學(xué)生課前分組根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究，課上交流、 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可互為驗(yàn)證。

本實(shí)驗(yàn)所需的材料用具簡(jiǎn)單，成本較低，便于開(kāi)展。但是溫度、水蘿卜品種及新鮮程度等因素都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成一定影響，教師需進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)。

致謝： 感謝北京第四中學(xué)特級(jí)教師鄭春和老師、陳月艷老師的悉心指導(dǎo)，以及2019 屆8 班葉元龍、祝敏哲、歐麗曳、楊洽同學(xué)的大力協(xié)助。