結(jié)構(gòu)與功能觀下的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)
——以“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”教學(xué)為例

周 翔

（廣州市第七中學(xué) 廣東廣州 510080）

生命觀念是指對(duì)生命的組成、結(jié)構(gòu)、功能、運(yùn)行規(guī)律及發(fā)展變化的本質(zhì)特征進(jìn)行抽象和概括后所形成的一種對(duì)生命現(xiàn)象、事實(shí)的認(rèn)識(shí)結(jié)論和思維方式。準(zhǔn)確提煉生命觀念的具體內(nèi)涵并在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中進(jìn)行落實(shí)，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要任務(wù)。生命觀念包括生命的物質(zhì)觀、結(jié)構(gòu)與功能觀等。生命的物質(zhì)觀是結(jié)構(gòu)與功能觀的基礎(chǔ)，而這兩個(gè)觀念又是其他生命觀念的基礎(chǔ)。

1 教材分析

“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”實(shí)驗(yàn)是人教版高中教材中的第一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，是前面所學(xué)“細(xì)胞的分子組成——水”知識(shí)點(diǎn)的進(jìn)一步深化，同時(shí)與后面的物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆绞矫芮新?lián)系，也是學(xué)習(xí)生物膜的流動(dòng)鑲嵌模型的引導(dǎo)。本章與其他章的先后順序在內(nèi)容上遵循了結(jié)構(gòu)與功能觀如圖1所示。

本實(shí)驗(yàn)所在的第四章從實(shí)例入手分析結(jié)構(gòu)與功能怎么相適應(yīng)的，首先選擇細(xì)胞膜的功能進(jìn)行研究的原因是因?yàn)槟さ难芯渴钱?dāng)前細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的重要課題之一。本章各節(jié)間說體現(xiàn)的結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系如圖2所示。

圖1 各章間聯(lián)系的示意圖

圖2 各節(jié)間聯(lián)系的示意圖

探究實(shí)驗(yàn)“植物細(xì)胞的吸水和失水”是將生物體失水與吸水生物向細(xì)胞失水與吸水（微觀觀察）的引導(dǎo)，這是動(dòng)植物體以細(xì)胞作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的必然。為保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，需從細(xì)胞的結(jié)構(gòu)角度考慮表1中的問題。

表1 本實(shí)驗(yàn)涉及的問題

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 將實(shí)驗(yàn)的基本操作制作成微課

課前，教師將本實(shí)驗(yàn)中的基本操作制成微課并發(fā)送給學(xué)生。微課包含的內(nèi)容見表2。

表2 微課包含的內(nèi)容

2.2 學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

學(xué)生分組見表3。

表3 實(shí)驗(yàn)分組

本實(shí)驗(yàn)在數(shù)碼顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，教師平臺(tái)可及時(shí)截取各組有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖片，對(duì)于質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原中細(xì)胞大小及原生質(zhì)層的長(zhǎng)寬的變化，可使用顯微鏡自帶的標(biāo)尺測(cè)量。細(xì)胞質(zhì)壁分離后自動(dòng)復(fù)原的時(shí)間較長(zhǎng)，采用顯微鏡的錄像功能，及時(shí)保存視頻，實(shí)驗(yàn)分析時(shí)進(jìn)行快播，效果較好。預(yù)實(shí)驗(yàn)或其他班級(jí)好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可在分析時(shí)使用。

2.3 教室利用滲透裝置類比細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系

從分子運(yùn)動(dòng)和半透膜的特性角度，教師引導(dǎo)學(xué)生分析滲透現(xiàn)象發(fā)生的原因。學(xué)生討論洋蔥外表皮細(xì)胞在0.045 g/mL硝酸鉀溶液中質(zhì)壁分離后自動(dòng)復(fù)原的原因，得出結(jié)論：滲透現(xiàn)象的發(fā)生除了與外界溶液中分子種類、濃度有關(guān)，還與半透膜的結(jié)構(gòu)與功能密切聯(lián)系。質(zhì)壁分離及其復(fù)原實(shí)驗(yàn)中可體現(xiàn)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系見表4。

2.4 學(xué)以致用

教師聯(lián)系學(xué)生生活，提出問題：①將新鮮的黃瓜放在蔗糖與食醋配制成的糖醋汁液中，開始時(shí)黃瓜萎縮，糖醋汁液面上升。2 d后，糖醋汁液面下降，黃瓜膨脹并有酸甜味道，說明腌制的黃瓜細(xì)胞內(nèi)既有蔗糖分子又有醋酸分子，這是為什么呢？②植物的原生質(zhì)層只允許一些物質(zhì)通過，某同學(xué)想知道葡萄糖分子能不能通過某植物的原生質(zhì)層。你建議他怎么做？③某同學(xué)配制了質(zhì)量濃度為0.3 g/mL、0.5 g/mL的兩瓶蔗糖溶液，但忘記貼上標(biāo)簽，你能利用今天的實(shí)驗(yàn)幫他確認(rèn)這兩瓶蔗糖溶液的濃度嗎？

表4 質(zhì)壁分離及其復(fù)原實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系

作為探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作、科學(xué)探究一般方法的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，期間選用什么樣的實(shí)驗(yàn)材料、什么種類和濃度的溶液才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃搶?shí)驗(yàn)體現(xiàn)了原生質(zhì)層（或細(xì)胞膜）的什么特性等。這些問題的思考讓學(xué)生對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系有了更深的認(rèn)識(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)決定功能的生命觀也會(huì)有深切的體會(huì)，在不知不覺中提升了核心素養(yǎng)。