淺談農(nóng)村高中生物實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化和擴(kuò)展

黃冬紅

摘 ? 要：“植物細(xì)胞的失水和吸水”是高中生物必做的一個(gè)重要的探究性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)“植物細(xì)胞的失水和吸水”的應(yīng)用及變式實(shí)驗(yàn)也一直是高考的重要考點(diǎn)。我們從“植物細(xì)胞的失水和吸水”的教學(xué)困惑、現(xiàn)狀出發(fā)，利用農(nóng)村高中簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)條件，通過器材的優(yōu)化、改裝為學(xué)生創(chuàng)造更多的探究方向。

關(guān)鍵詞：教學(xué)現(xiàn)狀;器材改裝;實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展;高中生物

中圖分類號(hào)：G633.91 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1009-010X（2019）20/23-0071-04

一、問題的提出

《課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，重在引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與探究過程、勤于動(dòng)手和動(dòng)腦，并逐步培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力等，同時(shí)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

筆者通過這幾年對(duì)南寧市縣級(jí)以下的農(nóng)村高中進(jìn)行調(diào)查了解得知，“分組探究——結(jié)果展示”已經(jīng)成為很多探究性課堂的主流模式，其有利于在有限的時(shí)間里、利用有限的資源完成更多假設(shè)的探索和驗(yàn)證，并最終通過成果展現(xiàn)、交流讓每個(gè)探究組都能共享所有的探究結(jié)果。然而分組實(shí)驗(yàn)在農(nóng)村高中的運(yùn)用還存在一些弊端：每個(gè)組的探究條件不盡相同，想了解其他組的探究情況及結(jié)果只能通過最后的實(shí)驗(yàn)展示環(huán)節(jié)，特別是動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)只能通過人的描述去了解，而描述人的描述水平又限制了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。同時(shí)因?yàn)檗r(nóng)村高中的學(xué)生在口頭描述能力上還有一些不足，所以使得通過最終交流得出的結(jié)論容易產(chǎn)生分歧，由此導(dǎo)致分組探究性實(shí)驗(yàn)的開展未能發(fā)揮它真正的優(yōu)勢(shì)。

二、“植物細(xì)胞的失水和吸水”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀

“植物細(xì)胞的失水和吸水”為高中生物必修一《物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例》中的探究實(shí)驗(yàn)，跟很多探究性實(shí)驗(yàn)在農(nóng)村高中實(shí)驗(yàn)課堂中的情況一樣，“分組探究——展示交流”看似如火如荼地

進(jìn)行著，但課堂教學(xué)效果卻大打折扣。在展示交流環(huán)節(jié)中，表述人的說服力不足，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟所預(yù)計(jì)的有差別時(shí)容易造成不同探究組意見上的分歧，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無法還原，尤其是動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，以致出現(xiàn)的問題無法得到有效解決，最終實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題也就不了了之了。長(zhǎng)此以往，學(xué)生進(jìn)行探究的興趣及探究的程度會(huì)下降，探究程度的下降，又會(huì)影響實(shí)驗(yàn)本身的擴(kuò)展，使得實(shí)驗(yàn)僅停留在課本的相應(yīng)探究環(huán)節(jié)上，如此不利于學(xué)生發(fā)散性思維的培養(yǎng)。

筆者在2015、2016連續(xù)兩年的高三復(fù)習(xí)中發(fā)現(xiàn)“植物細(xì)胞的失水和吸水”的應(yīng)用及變式實(shí)驗(yàn)在練習(xí)和考試中出現(xiàn)的頻率較高，給學(xué)生的解題造成了不小的難度，如14年高考新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷：

【2014年高考新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷4題】將某植物花冠切成大小和形狀相同的細(xì)條，分為a、b、c、d、e和f組（每組的細(xì)條數(shù)相等），取上述6組細(xì)條分別置于不同濃度的蔗糖溶液中，浸泡相同時(shí)間后測(cè)量各組花冠細(xì)條的長(zhǎng)度，結(jié)果如圖所示。假如蔗糖溶液與花冠細(xì)胞之間只有水分交換，則（ ? ）

A.實(shí)驗(yàn)后，a組液泡中的溶質(zhì)濃度比b組的高

B.浸泡導(dǎo)致f組細(xì)胞中液泡的失水量小于b組的

C.a組細(xì)胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b組

D.使細(xì)條在浸泡前后長(zhǎng)度不變的蔗糖濃度介于0.4～0.5mol·L-1之間

這道題，筆者在復(fù)習(xí)“物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式”一章中，曾作為例題在課堂上重點(diǎn)解析，不少學(xué)生表示能接受，然而在最后階段的復(fù)習(xí)中，復(fù)問率卻極高。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象究其原因主要還是因?yàn)橹T如此類的擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)課中沒能有效擴(kuò)展、沒有實(shí)踐，僅僅憑借教師課堂上的講解，也只能是紙上談兵，學(xué)生的固有思維沒有改變，特別對(duì)于農(nóng)村高中的學(xué)生來說，初、高中的實(shí)驗(yàn)水平較低，設(shè)備較為簡(jiǎn)陋，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)程度不高，故以實(shí)驗(yàn)為背景的題目學(xué)生正答率低。

為了在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，實(shí)施并開展更多的探究性實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為必須滿足兩個(gè)條件：1.分組探究必不可少，分組探究能最大程度地縮短時(shí)間，有利于保障實(shí)驗(yàn)的開展。2.在實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示及合并環(huán)節(jié)，探究組所得出的結(jié)論必須得到全部探究組的認(rèn)可，這就要求實(shí)驗(yàn)的結(jié)論有憑有據(jù)。由于農(nóng)村高中的學(xué)生口頭表述能力有限，在講述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的時(shí)候若能將相關(guān)圖片、視頻等資料作為結(jié)論支持的依據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度會(huì)增強(qiáng)，同時(shí)這也有利于增強(qiáng)所有探究組的凝聚力，提高學(xué)生參與探究的積極性，進(jìn)而最終實(shí)現(xiàn)真正的探究結(jié)果共享。

為了解決這一問題，讓“植物細(xì)胞的失水和吸水”探究性實(shí)驗(yàn)在課堂中更有效地開展和落實(shí)，筆者可利用農(nóng)村高中現(xiàn)有的簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)顯微鏡進(jìn)行改裝，并運(yùn)用于“植物細(xì)胞的失水和吸水”實(shí)驗(yàn)中。

三、顯微鏡的改裝

圖1改裝所需要的材料（普通顯微鏡、鐵架臺(tái)、手機(jī)自拍桿、有拍照功能的手機(jī)）;圖2為改裝后的效果。

改裝操作及注意事項(xiàng)：

①粗調(diào)：將手機(jī)放在自拍桿上，并將自拍桿固定在鐵架臺(tái)上，如圖2所示，自拍桿距鐵架臺(tái)的距離為31.5cm左右。

②微調(diào)：將手機(jī)的攝像頭對(duì)準(zhǔn)目鏡，并調(diào)節(jié)自拍桿上的調(diào)節(jié)鈕（如圖3所示），在觀察固定裝片時(shí)（圖4），找到擺放手機(jī)最適合的位置。

改裝后的顯微鏡能利用最直觀的方式記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，尤其像質(zhì)壁分離和復(fù)原這樣的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，在展示交流環(huán)節(jié)中，除了展示人的描述外，視頻、圖片等資料能更真實(shí)地還原出實(shí)驗(yàn)的過程及結(jié)果。這有利于探究性實(shí)驗(yàn)更好地落實(shí)到位，同時(shí)運(yùn)用改裝后的顯微鏡還能給本節(jié)實(shí)驗(yàn)課提供更多可能的擴(kuò)展和優(yōu)化。

四、改裝后的顯微鏡在“植物細(xì)胞的失水和吸水”中的擴(kuò)展應(yīng)用

（一）學(xué)生討論提出探究問題

1.取材部位不同是否影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。

2.不同試劑條件下洋蔥失水和吸水的情況是否相同。

3.原生質(zhì)層是否充當(dāng)半透膜的角色。

（二）學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)探究過程

1.探究一：取材部位不同是否影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察

2.探究二：不同試劑條件下洋蔥失水和吸水的情況是否相同

探究活動(dòng)：分組探究——全班八個(gè)學(xué)習(xí)小組兩人為一組，分別探究并完成0.3%的蔗糖、一定濃度KNO3、NaCl、95%的乙醇對(duì)洋蔥質(zhì)壁分離和復(fù)原的影響，同時(shí)用手機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的錄像和拍照，并記錄發(fā)生質(zhì)壁分離的時(shí)間以及現(xiàn)象后完成以下表格：

（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示及交流

1.各小組內(nèi)通過圖片展示、錄像講解等方式相互交流各自的探究結(jié)果，并匯總。

2.各小組之間交流各自的成果并得出結(jié)論，如有分歧，在實(shí)驗(yàn)室的多媒體顯示屏上展示結(jié)果并指出疑點(diǎn)，供全班學(xué)生和教師進(jìn)行分析和判斷。

（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)論總結(jié)

1.不同的取材部位所含的色素不同，因此影響在顯微鏡下的觀察效果。

2.0.3%的蔗糖能使細(xì)胞出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，但是不能使其發(fā)生復(fù)原。

3.一定濃度的KNO3、NaCl能使洋蔥發(fā)生質(zhì)壁分離，且所用的時(shí)間比蔗糖短，效率更高，并且還能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，這說明洋蔥細(xì)胞能選擇性地吸收K+、Na+、NO3–、Cl-。

4.原理上乙醇也能進(jìn)出洋蔥細(xì)胞，但是95%的乙醇并沒有發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，細(xì)胞形態(tài)并未改變，這說明細(xì)胞在該濃度下已經(jīng)死亡。

5.質(zhì)壁分離的現(xiàn)象說明原生質(zhì)層是一層半透膜，質(zhì)壁分離并復(fù)原的現(xiàn)象只能發(fā)生在活的細(xì)胞中。

五、實(shí)驗(yàn)探究擴(kuò)展

導(dǎo)入：從質(zhì)壁分離的自動(dòng)復(fù)原實(shí)驗(yàn)中，我們了解到植物細(xì)胞的原生質(zhì)層具有一定的選擇透過性，那最外層的細(xì)胞壁有沒有選擇透過性呢？如何去驗(yàn)證這個(gè)說法呢？

學(xué)生對(duì)比推理：質(zhì)壁分離現(xiàn)象本身跟細(xì)胞內(nèi)的色素含量沒有關(guān)系，我們的質(zhì)壁分離現(xiàn)象之所以明顯是由于選取了色素含量多的表皮細(xì)胞，色素有利于我們觀察原生質(zhì)層跟細(xì)胞壁的分離現(xiàn)象。如果要探究外界溶液能否進(jìn)入細(xì)胞壁，能否進(jìn)入原生質(zhì)層，也可以以顏色作為觀察依據(jù)，顏色的設(shè)置跟質(zhì)壁分離實(shí)驗(yàn)相反。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置：

1.選取洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞——色素含量很少（本文探究一結(jié)果）。

2.制備具有顏色的細(xì)胞外液——在0.3%的蔗糖溶液中加入紅墨水。

3.按照植物細(xì)胞失水的實(shí)驗(yàn)操作步驟再操作一次。

4.觀察紅色細(xì)胞外液分布的位置，并對(duì)效果圖進(jìn)行拍照，然后各小組對(duì)照片中的現(xiàn)象進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及分析：

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：紅色細(xì)胞外液主要分布于原生質(zhì)層和細(xì)胞壁之間。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：含有紅墨水的蔗糖溶液能通過細(xì)胞壁，但不能通過具有選擇透過性的原生質(zhì)層，這說明細(xì)胞壁在物質(zhì)的運(yùn)輸過程中是全透的。

導(dǎo)入：植物細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象的發(fā)生跟半透膜的存在以及細(xì)胞內(nèi)外的濃度差有關(guān)，能否根據(jù)質(zhì)壁分離現(xiàn)象及外界溶液的濃度來確定植物細(xì)胞內(nèi)的濃度范圍呢？

學(xué)生討論：可以通過測(cè)量各濃度下細(xì)胞質(zhì)壁分離的程度來確定植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的濃度范圍，從而確定細(xì)胞內(nèi)液的濃度。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置：

1.以0.3%的蔗糖溶液為最高點(diǎn)，逐級(jí)遞減，往下設(shè)置8組相同濃度差的蔗糖溶液。

2.取相同部位的洋蔥外表皮細(xì)胞分別置于不同濃度的溶液中，每個(gè)學(xué)習(xí)小組觀察一個(gè)濃度下的洋蔥細(xì)胞是否發(fā)生質(zhì)壁分離并拍攝相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。然后以尺子為工具，在結(jié)果圖片中（如圖6所示）測(cè)量出質(zhì)壁分離后的細(xì)胞體積（B）與分離前的細(xì)胞體積（A）的比例，然后進(jìn)行判斷。

農(nóng)村高中實(shí)驗(yàn)設(shè)備的簡(jiǎn)陋很大程度地限制了課堂中的探究擴(kuò)展水平，本實(shí)驗(yàn)通過引用改裝后的顯微鏡，增加了多媒體運(yùn)用的靈巧性，為“植物細(xì)胞的失水和吸水”中學(xué)生提出的探究性假設(shè)提供了落實(shí)的可能性。

參考文獻(xiàn)：

[1]祁大林.運(yùn)用手機(jī)的拍攝功能玩轉(zhuǎn)顯微攝影[J].中學(xué)生物教學(xué)，2016，（11）：47～48.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[M].北京：人民教育出版社，2003.