“制作觀察植物細胞臨時裝片”的實驗優(yōu)化

劉光堯 王慧

摘要 以“制作觀察植物細胞臨時裝片”實驗為例，通過精化實驗材料、優(yōu)化實驗設(shè)備、改進清洗方法、拓展實驗設(shè)計，采用創(chuàng)設(shè)任務(wù)驅(qū)動，明確操作要領(lǐng)，強化變式訓練，關(guān)注實驗評價等手段，幫助學生思維進階，促進對概念的深度理解，有助于學科素養(yǎng)提升。

關(guān)鍵詞 實驗教學 思維發(fā)展 學科素養(yǎng)

中圖分類號 Q-331

文獻標志碼 B

1研究背景

“制作觀察植物細胞臨時裝片”是人教版七年級上冊生物學第二單元第一章第二節(jié)的一個驗證性的學生分組實驗。根據(jù)教材提供的實驗方案進行教學，筆者發(fā)現(xiàn)存在以下幾個不足：1由于班額較大（一般45人），教師不能有效指導和幫助每個學生科學規(guī)范進行實驗操作，學生之間也不便于成果共享。若能在實驗材料和設(shè)備上進行優(yōu)化，可大大提高實驗教學效率。2學生第一次用生物材料制作微觀世界并觀察，課程標準的活動欄目建議應(yīng)提供多種植物材料。為此本實驗需用到大量載玻片和蓋玻片，若不及時回收利用無疑造成巨大浪費，而清洗不到位，又會使實驗效果大打折扣。3按照教材中的實驗步驟操作，學生只能觀察到細胞壁、細胞質(zhì)和細胞核的結(jié)構(gòu)，難免會形成植物細胞只有這些結(jié)構(gòu)的錯誤概念。4作為生物體結(jié)構(gòu)層次中的重要概念——細胞是生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，實驗結(jié)束后學生僅靠繪制植物細胞結(jié)構(gòu)簡圖來建構(gòu)概念是不夠的，教師應(yīng)增加思維變式訓練的途徑。

2優(yōu)化措施

實驗教學作為生物學教學的重要組成部分，對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力至關(guān)重要。因此，增強實驗的有效性、科學性、趣味性，是創(chuàng)新實驗教學的核心所在。為了讓學生更好體驗科學探究過程，在原有實驗的基礎(chǔ)上進行如下優(yōu)化。

2.1精細洋蔥鱗片葉大小

觀察材料“薄而透明”是顯微鏡看清物像的前提。如果撕取洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮大小控制不好，就容易在水滴中出現(xiàn)鱗片葉卷曲細胞重疊現(xiàn)象。建議將洋蔥表皮鱗片葉切成約0.5cm×0.5cm的小方塊，既便于學生撕取，又可以防止細胞重疊。

2.2配制健那綠染液，觀察線粒體

限于課程標準的要求和學生的認知水平，教材只要求用碘液染色，致使學生根本看不到細胞質(zhì)中的其他細胞器如線粒體，會形成錯誤的認知，不利于概念完整建構(gòu)。健那綠染液是專一性染線粒體的活細胞染料。建議將0.5g健那綠溶解于50mL生理鹽水中，配制成質(zhì)量分數(shù)為1%的健那綠染液，并對黃瓜表層果肉細胞進行染色。高倍鏡下可觀察到染成藍綠色的線粒體。

2.3利用質(zhì)壁分離原理，觀察細胞膜

細胞膜能控制物質(zhì)的進出，使細胞擁有一個比較穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境。但學生按教材的實驗操作步驟，無法看到細胞膜。建議用蔗糖和蒸餾水配制成質(zhì)量分數(shù)30%的蔗糖溶液浸潤紫洋蔥外表皮細胞。該細胞可發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，顯微鏡下能清晰看到細胞膜。另外，由于紫洋蔥外表皮細胞的液泡中含有紫色色素，用顯微鏡就可看到液泡。同理，還可看到黃瓜表層細胞的葉綠體。這樣能有效幫助學生構(gòu)建完整的細胞概念。

2.4改進玻片清洗的方法

由于觀察材料的種類較多，如何實現(xiàn)玻片的循環(huán)利用就成了教師關(guān)注的問題。建議將回收的載玻片和蓋玻片清洗后，放于體積分數(shù)為3%的鹽酸溶液中過夜，經(jīng)清水漂洗后，再放于體積分數(shù)為75%的酒精中保存，用前取出紗布擦干即可。該方法可有效去除玻片上的殘余物和水漬等，使視野背景更加干凈，觀察效果更佳。

2.5采用顯微數(shù)碼技術(shù)

因班額較大，如何及時糾正學生錯誤操作和問題就成了實驗教學的重點。建議使用手機錄屏投影技術(shù)或數(shù)碼顯微鏡，對“怎樣正確蓋蓋玻片”“如何染色”等問題，用手機采集學生錯誤操作的圖片或視頻直接呈現(xiàn)在電腦屏幕上，便于師生、生生之間進行同步反饋交流。在數(shù)碼顯微鏡尚未普及的學校，可用簡易的顯微攝像手機支架安裝于目鏡之上，對物像進行拍照，通過手機軟件上傳共享，同樣可實現(xiàn)互動交流。

3實驗設(shè)計

實驗教學是生物學教學的重要組成部分，也是培養(yǎng)學生學科素養(yǎng)的重要途徑，實驗設(shè)計的成功與否直接決定著實驗的效果。因此，教師應(yīng)基于學生的核心素養(yǎng)發(fā)展，優(yōu)化實驗設(shè)計。

3.1創(chuàng)設(shè)任務(wù)驅(qū)動

好的問題情境可以充分激發(fā)學生的學習動機，成為思維發(fā)展的依托。實驗教學同樣要關(guān)注情境導入。開課伊始，教師讓學生直接用顯微鏡觀察樹葉、菜葉、紙幣等，促使學生產(chǎn)生認知沖突：為什么看不見呢？學生打開自我系統(tǒng)和元認知系統(tǒng)，喚起探究欲望，快速進入課堂。

3.2明確操作要領(lǐng)

可視化是思維過程和思維結(jié)果的顯性載體，在記憶容量有限的情況下加大信息的處理量，可降低大腦的認知負荷，提高學習效率。熟練掌握操作要領(lǐng)是學生確保實驗成功的關(guān)鍵。學生閱讀教材文本，概括總結(jié)出“擦、滴、撕、展、蓋、染、吸”操作步驟，就成了教師必備的教學環(huán)節(jié)。這樣可引領(lǐng)學生走向深度學習。

3.3強化變式訓練

如果學習的知識不能遷移，那么學習就失去了價值，變式訓練可實現(xiàn)學生對知識點的多角度理解和應(yīng)用遷移。僅靠實驗課有限時間的植物細胞臨時裝片觀察和繪制植物細胞結(jié)構(gòu)簡圖，學生基本上不能形成細胞真正的立體結(jié)構(gòu)感知。教師組織學生課后用硬紙板、橡皮泥、果實、種子等生活材料制作細胞立體結(jié)構(gòu)模型，通過“植物細胞平面粘貼圖——植物細胞顯微結(jié)構(gòu)圖——植物細胞立體結(jié)構(gòu)圖”的一一類比，幫助學生進行模型構(gòu)建，促進概念深度理解（圖1）。實踐證明，將“課內(nèi)探究”與“課外拓展”有機結(jié)合，是促進學生深度體驗的有效方法，對提升學生學科核心素養(yǎng)具有重要的作用。

3.4關(guān)注實驗評價

傳統(tǒng)的紙筆測試窄化和異化了科學探究，需要一個關(guān)注實驗過程表現(xiàn)的評價工具。量規(guī)是一種可測量、可評估自身行為的評價工具，集“教、學、評”三位一體，既是一個面向?qū)W習過程的形成性評價工具，又是學生自主學習的“腳手架”。本實驗臨時裝片制作技能評價表可設(shè)計成表1。與傳統(tǒng)的評價相比，量規(guī)評價更加注重學生實驗的真實體驗，強調(diào)在真實任務(wù)情境中對學生學習情況進行評價。通過自評、互評和師評，不僅能發(fā)揮學生的主體地位，還可以幫助學生及時發(fā)現(xiàn)自身存在的問題，進行思維糾錯，不斷完善自己。

4教學反思

實踐證明，“制作觀察植物細胞瓶時裝片”實驗最多選擇觀察3種植物材料為宜，否則實驗時間倉促，效果不理想。另外，在有限的實驗課上，學生很難建構(gòu)細胞立體結(jié)構(gòu)模型，這需要將“課內(nèi)探究”與“課外拓展”有機結(jié)合起來，通過利用生活化材料制作細胞立體模型，幫助學生深度思維和對概念深度理解，有助于提升學生的學科核心素養(yǎng)，真正體現(xiàn)實驗教學的價值。此外，實驗評價的有效性還需要在今后的實踐中亟待進一步研究。