情境設(shè)置在高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究
——以“制作和觀察根尖細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片”為例

林建春

(浙江省溫州市洞頭區(qū)第一中學(xué) 溫州 325700)

真實(shí)情境問題具有情境性、動(dòng)態(tài)性、交互性等特征[1]。面對(duì)真實(shí)情境問題，學(xué)生能夠查閱相關(guān)資料、設(shè)計(jì)并實(shí)施恰當(dāng)可行的方案，并創(chuàng)造性地運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，成為了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成的重要標(biāo)志之一。

對(duì)于高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)的情境問題非常重要。在真實(shí)情境問題中，教師逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考探究、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄及處理分析等，最終解決真實(shí)問題。本文以“制作并觀察植物細(xì)胞有絲分裂的臨時(shí)裝片”為例，探討基于真實(shí)情境問題的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，為一線教師提供參考。

1 教材分析

“制作和觀察根尖細(xì)胞有絲分裂臨時(shí)裝片”是浙科版高中生物學(xué)教材(2019年版)必修1第4章第1節(jié)“細(xì)胞通過分裂增殖”中的實(shí)驗(yàn)，教材將該實(shí)驗(yàn)定位為定性分析實(shí)驗(yàn)?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》要求通過觀察細(xì)胞的有絲分裂幫助學(xué)生理解“細(xì)胞通過分裂實(shí)現(xiàn)增殖”的核心概念，并獲得細(xì)胞分裂過程中染色體行為變化的感性認(rèn)識(shí)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)加深細(xì)胞分裂的理解，提升臨時(shí)裝片的制作及高倍鏡觀察的技能非常重要，同時(shí)也是今后學(xué)習(xí)減數(shù)分裂、染色體變異、遺傳信息傳遞等內(nèi)容的前提。

2 學(xué)情分析

起始點(diǎn)： 進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生已做過“觀察洋蔥表皮細(xì)胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”實(shí)驗(yàn)，有了制作簡(jiǎn)單臨時(shí)裝片的基礎(chǔ)，且已經(jīng)學(xué)習(xí)了有絲分裂、細(xì)胞周期等相關(guān)知識(shí)，能夠根據(jù)細(xì)胞分裂示意圖說出分裂時(shí)期及該時(shí)期特點(diǎn)。此外，高一學(xué)生已掌握Excel軟件基本的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、繪圖等功能。發(fā)展點(diǎn)： 掌握更為復(fù)雜的臨時(shí)裝片制作技巧，親身觀察細(xì)胞分裂過程中的染色體行為變化，并學(xué)會(huì)利用Excel軟件制作細(xì)胞周期圖。阻礙點(diǎn)： 臨時(shí)裝片是否制作成功。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

針對(duì)學(xué)生學(xué)情以及生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，制訂以下教學(xué)目標(biāo)(圖1)。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

4 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

4.1 臨時(shí)裝片制作過程 浙科版生物學(xué)教材中臨時(shí)裝片制作過程(圖2a)中解離、漂洗所花時(shí)間較長(zhǎng)，不利于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的觀察與分析。

為縮短臨時(shí)裝片制作時(shí)間，對(duì)制作過程進(jìn)行改進(jìn)[2](圖2b)，即解離(20%鹽酸，六孔點(diǎn)滴板，2 min)→漂洗(清水，六孔點(diǎn)滴板，3 min)→染色(醋酸洋紅或龍膽紫溶液，載玻片，1～2 min)→制片。改進(jìn)后的制作方法顯著降低解離、漂洗時(shí)間，將原本約需25 min的制作時(shí)間縮至10 min以內(nèi)，利于后續(xù)實(shí)驗(yàn)觀察與分析的開展。

圖2 臨時(shí)裝片制作過程(a： 教材中制作方法,b： 改進(jìn)后制作方法)

4.2 實(shí)驗(yàn)分析過程 教材對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的要求是進(jìn)行定性分析，即觀察并辨認(rèn)洋蔥根尖分裂期細(xì)胞。將該定性分析實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)槎糠治鰧?shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究過程，促成生物學(xué)核心素養(yǎng)形成。因此，除進(jìn)行必要的觀察外，需對(duì)不同時(shí)期細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，并利用Excel軟件繪制細(xì)胞周期圖。

5 基于真實(shí)情境問題的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

5.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境問題，啟發(fā)學(xué)生思考 學(xué)生在學(xué)習(xí)細(xì)胞周期、有絲分裂之后，在習(xí)題中會(huì)遇到流式細(xì)胞儀，其原理較為簡(jiǎn)單，即根據(jù)細(xì)胞中DNA含量的不同對(duì)細(xì)胞分別計(jì)數(shù)，但卻無法區(qū)別分裂前期、中期、后期的細(xì)胞。根據(jù)這一特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)問題情境，啟發(fā)學(xué)生思考。

情境： 某科研單位欲探究洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞周期，利用流式細(xì)胞儀對(duì)分生區(qū)細(xì)胞進(jìn)行分析，其結(jié)果如圖3a所示。

圖3 流式細(xì)胞儀分析結(jié)果(a)與細(xì)胞周期示意圖(b)

情境問題1： 流式細(xì)胞儀能否對(duì)不同分裂時(shí)期細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)？

情境問題2： 為獲取根尖不同分裂時(shí)期細(xì)胞數(shù)目，你能想到什么方法？

情境問題3： 在問題1與2的基礎(chǔ)之上，能否制作圖3b中類似的細(xì)胞周期圖？

通過創(chuàng)設(shè)情境以及情境問題的形式，在啟發(fā)學(xué)生思考的基礎(chǔ)之上，引出本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容，即制作臨時(shí)裝片、觀察以及計(jì)數(shù)不同時(shí)期細(xì)胞、制作細(xì)胞周期圖。

5.2 問題引導(dǎo)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理 為獲得洋蔥根尖分生區(qū)不同時(shí)期細(xì)胞所占比例，首先需要制作臨時(shí)裝片。通過5個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生在閱讀教材的基礎(chǔ)上，以小組討論、全班交流的方式，完成對(duì)本實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)。學(xué)生交流過程中，教師予以適當(dāng)指導(dǎo)，并對(duì)每個(gè)問題的解答予以點(diǎn)評(píng)。具體問題如下所示： ①臨時(shí)裝片制作過程可分為哪幾步？②臨時(shí)裝片制作過程中，解離、漂洗、染色所用的試劑是什么？分別起什么作用？③控制解離與漂洗的時(shí)間至關(guān)重要，過長(zhǎng)、過短可能出現(xiàn)的后果？④壓片過程需要注意哪些事項(xiàng)？⑤如何判斷細(xì)胞所處的分裂時(shí)期？

5.3 學(xué)生辨認(rèn)不同時(shí)期細(xì)胞，并說出特點(diǎn) 緊接上一環(huán)節(jié)，教師將課前制作好的洋蔥根尖臨時(shí)裝片，利用數(shù)碼顯微鏡將觀察到的視野投影至大屏幕，請(qǐng)學(xué)生分別辨認(rèn)不同時(shí)期細(xì)胞，并說出依據(jù)。如未能正確辨認(rèn)，可讓學(xué)生之間自行進(jìn)行糾正，并說明理由。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作之前，將分生區(qū)細(xì)胞圖像展示給學(xué)生，是為了給學(xué)生一個(gè)感性認(rèn)知，為后續(xù)自己尋找、計(jì)數(shù)不同時(shí)期細(xì)胞打基礎(chǔ)。

5.4 制作、觀察臨時(shí)裝片 學(xué)生開始采用六孔點(diǎn)滴板制作臨時(shí)裝片。值得注意的是，學(xué)生在制作臨時(shí)裝片過程中，教師現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)給予適當(dāng)指導(dǎo)。臨時(shí)裝片制作結(jié)束后，學(xué)生進(jìn)行觀察不同時(shí)期細(xì)胞，可以在高倍鏡下直接觀察，也可以利用電腦屏幕進(jìn)行觀察。通過互動(dòng)系統(tǒng)將他們觀察到的顯微視野投影至大屏幕，供其他小組交流、學(xué)習(xí)，對(duì)于一些典型失敗裝片(如細(xì)胞重疊等)，也可通過互動(dòng)系統(tǒng)，讓學(xué)生分析原因，并及時(shí)糾正。

5.5 對(duì)不同時(shí)期細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，并制作細(xì)胞周期 觀察的基礎(chǔ)之上，每個(gè)小組至少統(tǒng)計(jì)3個(gè)視野中(合計(jì)150～200個(gè)細(xì)胞)不同時(shí)期的細(xì)胞數(shù)目，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果填入實(shí)驗(yàn)記錄表中。接著，將記錄表上的結(jié)果輸入Excel表格中，繪制細(xì)胞周期圖。通過互動(dòng)系統(tǒng)將結(jié)果投影至大屏幕。教師將班級(jí)所有小組所觀察到的結(jié)果進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)、分析，并展示給學(xué)生(圖4)。

圖4 細(xì)胞周期展示圖

6 總結(jié)

本節(jié)實(shí)驗(yàn)課通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境問題，啟發(fā)學(xué)生將已學(xué)過的知識(shí)在真實(shí)情境中進(jìn)行應(yīng)用，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究、結(jié)果分析，最終解決真實(shí)情境問題。由于教材中的實(shí)驗(yàn)大多數(shù)為定性或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在基于真實(shí)情境問題探究的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，往往需要教師對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新。本實(shí)驗(yàn)通過優(yōu)化解離與漂洗過程，并采用六孔點(diǎn)滴板法制作臨時(shí)裝片，顯著縮短臨時(shí)裝片制作時(shí)間，為后續(xù)細(xì)胞計(jì)數(shù)、制作細(xì)胞周期預(yù)留了足夠多的時(shí)間。其次，將定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)槎繉?shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究過程，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)形成。