中學生物實驗“植物細胞質壁分離和復原”的教學探索

沈洋 涂藝聲

（江西師范大學生命科學學院 江西南昌 330022）

植物細胞質壁分離和復原實驗是人教版高中生物必修一第四章第一節(jié)“物質跨膜運輸的實例”的探究實驗，原名稱為植物細胞的吸水和失水。在這之前，學生已經初步學習了滲透作用的原理以及滲透必備的幾個條件，對半透膜、滲透作用和滲透作用的裝置有了基本的認識。教師可從不同植物的質壁分離及其復原的視角引導學生探究、建構滲透作用的知識體系。

這個實驗最初始的教學設計，就是完全按照課本上的方案，也符合探究的一般步驟，先做出假設“植物細胞會出現失水的情況嗎”或“植物細胞在什么情況下會失水”。觀察材料是紫色的洋蔥鱗片葉，滴加的溶液為質量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液。紫色的洋蔥鱗片葉容易撕取，而且液泡里面的花青素具有顏色，在0.3 g/mL的蔗糖溶液下，洋蔥表皮細胞發(fā)生了明顯的質壁分離現象，且能夠復原，這無疑是很好的實驗材料。

但常規(guī)的實驗方法所選用的高滲溶液為質量分數30%的蔗糖溶液，整個細胞發(fā)生質壁分離與復原過程用時長，速度慢，黏性大，不利于學生課堂實驗的操作與觀察。于是在前人的改進實驗中用NaCl溶液來代替蔗糖溶液。

1 實驗教學準備

1.1 實驗材料的選擇

紫色洋蔥鱗片葉、紅色的山茶花、紫色的紫玉蘭花、大葉黃楊葉、玉蘭葉和白蘿卜。

1.2 試劑種類的選擇

蔗糖溶液、飽和的濃鹽水（為演示實驗做準備的飽和濃鹽水）。

1.3 試劑濃度的選擇

為改進書上給出的實驗蔗糖溶液的質量濃度為0.3 g/ml，驗證洋蔥表皮細胞發(fā)生質壁分離的現象，設置0.1 g/mL，0.3 g/mL，0.5 g/mL三組梯度的溶液。實驗員事先配好了3個溶度梯度的蔗糖溶液，讓學生根據已有的溶液和材料自行設置實驗方案。

1.4 實驗問題的設置

本實驗主要設置了以下幾個探究問題：

（1）不同濃度的蔗糖溶液對同一植物材料吸水和失水的影響；（2）同一濃度的蔗糖溶液對不同植物吸水和失水的影響，選出本次實驗中質壁分離現象最明顯的植物材料；（3）高濃度的蔗糖溶液（本研究為0.5 g/mL）下發(fā)生質壁分離的植物細胞能否發(fā)生復原現象；（4）對比大葉黃楊葉和玉蘭葉在清水和蔗糖溶液下，氣孔的開關狀態(tài)，觀察并記錄實驗結果。

1.5 取材方法的改進

本次實驗操作的新穎之處首先在于撕取材料方面，以往用洋蔥做實驗時，都是用刀片在洋蔥表面選取顏色較深的部分劃一個井字，然后再用鑷子小心地撕取邊緣。本次實驗在材料中加了幾種花朵，相對于洋蔥而言，花朵比較薄，用刀片劃井字的方法并不是很可行。采用的是對折的方法，將花朵沿著垂直于主葉脈的方向對折，再用鑷子小心的撕下因對折而撕起的表皮。這樣操作簡單方便，只要保證花朵的新鮮度，就可以輕易地撕取到表皮。

2 實驗教學分析

2.1 實驗前的講解

教師從生活中一些植物細胞失水的案例出發(fā)，如浸泡后脹大的黃豆、萎焉的白菜圖片入手，再將事先做好的浸泡在飽和NACL溶液中“變胖變瘦”的白蘿卜成品展示給學生。課前，教師把白蘿卜橫切兩塊相同厚度的圓盤，再用正方形的模具挖出體積大小完全一樣的方塊，則剩下的是像銅幣形狀一樣的蘿卜塊，將它們置于同樣的環(huán)境下。其中一塊挖出的蘿卜方塊浸泡在裝有飽和的濃鹽水的燒杯中，另一塊浸泡在裝有同樣體積清水的燒杯中。大約1～2 h后，用鑷子夾出方塊，嵌回到之前的那個銅幣狀蘿卜圓盤中，用鹽水浸泡過的白蘿卜“瘦”了一圈，出現了很明顯的縫隙，而在清水中浸泡過的白蘿卜已經太“胖”了，嵌不進去了。

觀察了“變胖變瘦的蘿卜塊”后，學生對細胞吸水失水現象有了更加深刻的印象。此時，教師復述之前課上講的細胞吸水失水的原理，即本節(jié)實驗的原理。

2.2 演示實驗與個人、小組實驗

2.2.1 通過演示實驗

演示實驗可以更好地培養(yǎng)學生仔細觀察的能力和分析問題的能力。因為教材中的一些實驗具有一定的操作難度，學生有時不能很好地理解實驗步驟并操作。這時就需要教師做正確的實驗指導及規(guī)范學生們的實驗操作。演示實驗可以現場由教師當場實驗操作演示，或者課前教師做預實驗的時候，實時拍攝，制作實驗操作視頻。如，教師可以PPT演示，課前通過智能手機錄像，利用視頻軟件進行剪輯制作的視頻。這就避免了臨場進行演示實驗可能會失敗，或者教師在實驗中，邊講邊做，有時會出現手忙腳亂的狀況。

2.2.2 通過小組實驗與個人探究實驗

小組實驗與個人實驗在生物學實驗教學中較多。使用顯微鏡是中學生物學習階段學生必須掌握的最重要的基本技能之一，有時，實驗要求多人合作完成，培養(yǎng)學生的合作精神。在本次植物細胞吸水與失水的實驗中，既有個人實驗，也有小組實驗，其中使用顯微鏡觀察植物細胞質壁分離與復原依然是非常重要的實驗技能。

3 實驗結果分析

3.1“變胖變瘦的蘿卜塊”

“變胖變瘦的蘿卜塊”的實驗結果見表1。

表1 實驗結果記錄表

3.2 同一材料在不同蔗糖溶液中

同一材料在不同蔗糖溶液中的實驗結果見表2。

表2 實驗結果記錄表

3.3 不同材料在同一溶液中

不同材料在同一溶液中的實驗結果見表3。

4 本實驗改進的優(yōu)勢

由展示“變胖變瘦的蘿卜”實驗導入，引起學生興趣，實驗材料和蔗糖溶液濃度有幾種可供學生自己選擇，學生可以自己設置對照實驗。

教材中沒有對其他材料進行延伸實驗，導致很多教師（或教輔資料上）認為只有具有液泡的成熟植物細胞才會發(fā)生質壁分離現象，而不含大液泡的分生組織細胞不能發(fā)生質壁分離現象。所以在實驗材料中加了兩種植物的葉片，用來觀察保衛(wèi)細胞氣孔的開閉，細胞的吸水和失水的現象。

表3 實驗結果記錄表

很多相關研究文獻也表明，植物內含有大液泡的成熟葉肉細胞、花瓣細胞和帶有色素的幼莖細胞都可在質量分數為30%的蔗糖溶液中觀察到明顯的質壁分離現象。

5 生物實驗教學的思考與建議

教師要從提高學生的實驗操作能力、觀察分析能力入手，設計教學，從而達到提高學生生物學科核心素養(yǎng)的目的。從傳統的驗證型實驗教學模式向探究型實驗教學模式的轉變，是新課程背景下素質教育發(fā)展的必然，具有深遠的意義。

隨著新課程改革的進行，教師要更加關注學生實驗探究能力的培養(yǎng)，才能突破素質教育評價的束縛，切實促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

教師僅僅利用課堂上的時間讓每一個學生都得到提升是很難實現的，因此可以利用課外綜合實踐活動來彌補這些不足，讓實驗教學與課外綜合實踐活動并行。