例談高中生物學自主實驗的探究

余彩貴

現(xiàn)階段，高中生物學實驗課通常是教師講解，學生按照教師所給材料及教材設(shè)定的實驗步驟完成實驗。在實驗過程中學生缺乏獨立思考，更難談及實驗創(chuàng)新。實驗與生物學的發(fā)展是緊密聯(lián)系的，也是高中生物學教學、高考的重要內(nèi)容。下面結(jié)合高中生物學教學實際，以案例的形式對高中生物學實驗課進行改進。

1 案例1：探究氣孔的功能

1.1 實驗原理

若將保衛(wèi)細胞浸潤在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，保衛(wèi)細胞會因滲透作用失水，氣孔關(guān)閉;將保衛(wèi)細胞浸潤在清水中，保衛(wèi)細胞會因滲透作用吸水，氣孔開放。

1.2 材料用具

蠶豆葉，清水，0.3 g/mL的蔗糖溶液，刀片，鑷子，滴管，載玻片，蓋玻片，吸水紙，培養(yǎng)皿，顯微鏡，手機。

1.3 方法步驟

（1） 制作蠶豆葉下表皮的臨時裝片。

在載玻片中央滴1～2滴清水。取蠶豆葉片，從背面向內(nèi)折疊，在折疊處輕輕撕拉，折斷處有無色的表皮（下表皮）。用鑷子夾取一小塊表皮，置于載玻片中央的液滴中展平，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片。

（2） 觀察氣孔。

取鏡、對光后，將制好的臨時裝片置于低倍鏡下觀察。

先用低倍物鏡觀察，再用高倍物鏡觀察，可觀察到蠶豆葉的表皮細胞、保衛(wèi)細胞以及氣孔，如圖1所示。

從蓋玻片一側(cè)滴入質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液，在蓋玻片的另一側(cè)用吸水紙吸引，重復(fù)幾次后，觀察氣孔的變化，如圖2所示。

觀察到氣孔關(guān)閉后，從蓋玻片一側(cè)滴入清水，在蓋玻片的另一側(cè)用吸水紙吸引，重復(fù)幾次后，觀察氣孔的變化，如圖3所示。

1.4 實驗評價

通過查閱資料，明確氣孔的開放、關(guān)閉與保衛(wèi)細胞吸水、失水之間的關(guān)系。教師引導(dǎo)學生根據(jù)教材實驗“觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”，探究保衛(wèi)細胞吸水、失水的條件以及實驗步驟的設(shè)計。4～5月正是蠶豆生長旺盛的日子。教師帶領(lǐng)學生去大田中采集相同部位長勢相似的蠶豆葉片，培訓學生制作裝片及使用光學顯微鏡。用手機對光學顯微鏡視野中觀察到的現(xiàn)象進行拍攝記錄也是需要重點培訓的內(nèi)容。

完成實驗后，教師要求學生根據(jù)自己所做的實驗提出合適的問題。如“光學顯微鏡下蠶豆表皮細胞與保衛(wèi)細胞的顏色有何區(qū)別？兩者在結(jié)構(gòu)上又有什么不同？”“要使實驗結(jié)果更準確，應(yīng)該怎么操作？”“請設(shè)計一張表格，用于記錄你的實驗結(jié)果。”“如何設(shè)計實驗探究影響氣孔開閉的因素，如光照、溶質(zhì)等？”

整個實驗在教師引導(dǎo)下，由學生自主完成，讓學生得到成功的體驗。設(shè)計問題環(huán)節(jié)，緊扣高考實驗題考查要求，有利于消除學生對實驗題的恐懼感，提高答題效果。

2 案例2：探究花瓣表皮細胞細胞液濃度范圍

4～5月，校園里的茶花、杜鵑花開得異常鮮艷，面對美麗的鮮花，花季少男少女總是充滿了喜愛。在學生完成教材實驗“觀察洋蔥表皮細胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復(fù)原”的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學生以花瓣為實驗材料進行自主實驗探究。

2.1 實驗原理

配制一系列濃度梯度的KNO3溶液。將花瓣表皮細胞置于不同濃度的KNO3溶液中，相同時間后，觀察是否出現(xiàn)質(zhì)壁分離。若在某一濃度（C1）的KNO3溶液中，花瓣表皮細胞出現(xiàn)質(zhì)壁分離，而低于該濃度一個梯度（C2）的溶液中未發(fā)生質(zhì)壁分離，則可認為花瓣表皮細胞液濃度（C）介于這兩種濃度之間，即C=（C1+C2）/2。

2.2 材料用具

茶花，杜鵑花，KNO3粉末，清水，刀片，鑷子，滴管，載玻片，蓋玻片，吸水紙，培養(yǎng)皿，顯微鏡。

2.3 方法步驟

（1） 配制KNO3溶液。

配制一系列濃度梯度的KNO3溶液（0.02 g/mL，0.03 g/mL，0.04 g/mL，0.05 g/mL，0.06 g/mL）。

（2） 制作裝片。

在載玻片中央滴1～2滴不同濃度的KNO3溶液。取茶花、杜鵑花的花瓣，由背面向內(nèi)折疊，在折疊處輕輕撕拉，折斷處有紅色、粉紅的花瓣表皮細胞。用鑷子夾取一小塊表皮，置于載玻片中央的液滴中展平，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片。

（3） 光學顯微鏡的使用。

取鏡、對光后，將制好的臨時裝片置于低倍鏡下觀察是否發(fā)生質(zhì)壁分離。

2.4 實驗結(jié)果的記錄與分析

（1） 設(shè)計實驗結(jié)果記錄表（表1）。

（2） 實驗結(jié)果：觀察在0.03 g/mL的KNO3溶液中的茶花花瓣表皮細胞，發(fā)現(xiàn)有質(zhì)壁分離現(xiàn)象;在0.02 g/mL KNO3溶液中的細胞未觀察到質(zhì)壁分離現(xiàn)象。在0.04 g/mL的KNO3溶液中的杜鵑花花瓣表皮細胞發(fā)現(xiàn)有質(zhì)壁分離現(xiàn)象;在0.03 g/mL的KNO3溶液中的細胞未觀察到質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

（3） 實驗結(jié)論。

根據(jù)公式C=（C1+C2）/2，茶花花瓣表皮細胞液濃度與0.025 g/mL的KNO3溶液濃度相當;杜鵑花花瓣表皮細胞細胞液濃度與0.035 g/mL的KNO3溶液濃度相當。

（4） 實驗反思。

預(yù)實驗中，在0.1 g/mL的KNO3溶液中的茶花、杜鵑花花瓣表皮細胞發(fā)生質(zhì)壁分離后，未觀察到不能自動復(fù)原，5min后加清水，也不能復(fù)原，且細胞中紅色褪去。

在0.05 g/mL的KNO3溶液中的細胞觀察到已發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，且一段時間后未觀察到質(zhì)壁分離自動復(fù)原現(xiàn)象，從而確定KNO3溶液的濃度梯度。

整個實驗過程均未觀察到質(zhì)壁分離自動復(fù)原現(xiàn)象，這與理論不符。學生討論后得出原因可能是用于處理的KNO3溶液的量不夠，來年茶花、杜鵑花開放時，教師可引導(dǎo)學生重新設(shè)計實驗（如將花瓣表皮細胞置于含有濃度能引起其質(zhì)壁分離的KNO3溶液的培養(yǎng)皿中）進行探究。

公式C=（C1+C2）/2所得的細胞液濃度是一個粗略值，教材中用初始質(zhì)壁分離來界定植物細胞細胞液濃度。

“初始質(zhì)壁分離”是指細胞的角隅處，開始出現(xiàn)質(zhì)膜及其以內(nèi)部分離開細胞壁的狀態(tài)，能引起約50%的細胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的外界溶液濃度就是細胞液的濃度。對于現(xiàn)階段的高中學生來說，這一界定方法有兩個難點：① “初始質(zhì)壁分離”的判斷;② 細胞數(shù)目的準確統(tǒng)計。教師可引導(dǎo)學生進行自主實驗的探究，主要是讓學生體會實驗前準備工作的復(fù)雜性（包括預(yù)實驗）、感受實驗設(shè)計過程的邏輯嚴密性，通過預(yù)測實驗結(jié)果以及實驗結(jié)論的分析等培養(yǎng)邏輯思維能力與表達能力，最重要的是要增強學生學習過程中的成功感，讓學生樂于進行自主實驗探究?；谝陨峡紤]，筆者選擇公式C=（C1+C2）/2來估測花瓣表皮細胞的細胞液濃度。

高中生物學實驗遵循對照原則，自變量、因變量的確定，以及無關(guān)變量的排除是實驗題的?？純?nèi)容。本自主實驗中，可引導(dǎo)學生思考：花瓣表皮細胞經(jīng)各濃度KNO3溶液處理的時間如何設(shè)置相同？要得出科學的實驗結(jié)論，需要進行重復(fù)實驗。如何體現(xiàn)該實驗的可重復(fù)性？若需要測定比較準確的茶花、杜鵑花的花瓣表皮細胞細胞液濃度，可怎樣設(shè)計實驗？教師按照“最近發(fā)展區(qū)”理論設(shè)計呈“階梯式”的問題，促進、、引導(dǎo)學生思考解決問題，促進學生自主提出問題。

2014年啟動的以浙江、上海為試點的新高考方案下的整個高中教學將沒有文理科之分，實行統(tǒng)一高考與高中學考，必考與選考相結(jié)合。高校對學生進行選擇，學生對考試科目自主選擇。生物學最大的特色是以生命現(xiàn)象及其活動規(guī)律為研究對象，最基本的研究方法是觀察與實驗。通過引導(dǎo)學生進行自主實驗的探究來激發(fā)學生學習生物學的興趣從而提高生物學學習成績應(yīng)該是有效的。