走出高中生物實(shí)驗(yàn)觀察的誤區(qū)

羅建義

摘 要 列舉了3個(gè)容易進(jìn)入誤區(qū)的實(shí)驗(yàn)案例，例如：碘遇淀粉變藍(lán)的問題、低溫或秋水仙素處理染色體加倍的問題、橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下顯灰綠色即有無(wú)氧呼吸的問題，并逐一分析了實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象與本質(zhì)，旨在通過案例分析，糾正學(xué)生的思維慣性，帶領(lǐng)學(xué)生走出思維誤區(qū)。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 觀察 誤區(qū)

中圖分類號(hào) Q-331 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

在考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臏y(cè)試中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生出錯(cuò)的一個(gè)通病，就是容易根據(jù)平常做題的經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析某一特殊問題。學(xué)生缺乏思維的變通性和靈活性，不能充分利用題中所給的特殊條件，尤其是不能重視文字?jǐn)⑹錾系募?xì)微差異，忽視對(duì)生命現(xiàn)象的理性分析，過早地對(duì)實(shí)驗(yàn)中觀察的現(xiàn)象下結(jié)論，造成這樣或那樣的錯(cuò)誤。

1 誤區(qū)一：碘遇淀粉變藍(lán)即淀粉存在

高中生物必修一教科書中第五章“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”的溫度對(duì)酶活性的探究實(shí)驗(yàn)中，教材用水浴后的試管中碘遇淀粉變藍(lán)色以檢測(cè)淀粉是否存在。但在實(shí)際的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)向沸水浴過后的試管里，加入碘液后，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組試管內(nèi)都不顯藍(lán)色，而呈半透明的膠體狀，冷卻后才變藍(lán)色。

經(jīng)查資料顯示：淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種，天然淀粉是白色無(wú)定形的粉末，由10%～30%的直鏈淀粉和70%～90%的支鏈淀粉組成。直鏈淀粉溶于水，分子結(jié)構(gòu)呈左手螺旋狀。此螺旋有6圈36個(gè)葡萄糖殘基，每圈螺旋含有6個(gè)葡萄糖殘基。加入碘液后，碘分子嵌入螺旋中心，每圈螺旋可容納1個(gè)碘分子，共形成6個(gè)碘分子的長(zhǎng)串碘分子。葡萄糖殘基上的羥基和碘分子形成配位健，形成了深藍(lán)色淀粉-碘絡(luò)合物。絡(luò)合物中的長(zhǎng)串碘分子能均勻的吸收除藍(lán)色光以外的各種色光，使淀粉溶液呈現(xiàn)藍(lán)色。支鏈淀粉分子也具有螺旋結(jié)構(gòu)，其螺旋大約有25～30個(gè)葡萄糖殘基，每個(gè)支鏈的平均長(zhǎng)度較短，分子中每段螺旋的圈數(shù)少，螺旋中的短串碘分子比直連淀粉中的長(zhǎng)串碘分子吸收光波的波長(zhǎng)要短，使支鏈淀粉遇碘呈現(xiàn)紫色或紫紅色。在沸水浴條件下，直鏈淀粉和支鏈淀粉分子結(jié)構(gòu)中的螺旋展開，成串的碘分子破壞，淀粉與碘分子作用的顯色現(xiàn)象消失，冷卻后淀粉分子恢復(fù)為螺旋卷曲形狀，成串的碘分子再次形成，淀粉與碘的顯色現(xiàn)象會(huì)再次出現(xiàn)。

由此看來(lái)，教材上以水浴后試管中溶液有無(wú)藍(lán)色來(lái)判斷淀粉是否水解是不準(zhǔn)確的。而應(yīng)以可溶于水的直鏈淀粉為實(shí)驗(yàn)材料，以冷卻后溶液的顯色狀況為依據(jù)判斷。

2 誤區(qū)二：低溫或秋水仙素處理植物分生組織，染色體加倍即可觀察到

高中生物必修二教科書中第五章“染色體變異”的“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”實(shí)驗(yàn)中，以洋蔥、蔥或蒜為實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)其根尖分生組織進(jìn)行低溫（4℃）或秋水仙素處理后，即可在低倍鏡下尋找到染色體形態(tài)較好的分裂相。視野中既有正常的二倍體細(xì)胞，也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細(xì)胞。不少本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)者都提議，要在低溫或秋水仙素處理后再做室溫下的恢復(fù)培養(yǎng)，這些細(xì)胞在恢復(fù)室溫培養(yǎng)后能進(jìn)入新的細(xì)胞周期，視野中能看到進(jìn)行有絲分裂的多倍體細(xì)胞。

張興蓮、潘寧的研究結(jié)果表明，低溫或秋水仙素對(duì)大蒜根尖多倍體細(xì)胞的形成具有明顯的時(shí)間效應(yīng)，短時(shí)的低溫處理觀察不到多倍體細(xì)胞。薛璽、徐香玲等以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的秋水仙素處理洋蔥根尖72 h，沒有觀察到染色體加倍的細(xì)胞，但卻出現(xiàn)了3.83%的染色體異?；虍惓７至训募?xì)胞；當(dāng)以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的秋水仙素處理洋蔥根尖24 h，多倍體細(xì)胞僅有3.59%，而染色體異?；虍惓７至训募?xì)胞高達(dá)25.23%。按照教材描述的實(shí)驗(yàn)要求與步驟，分別對(duì)洋蔥、蔥、蒜的根尖低溫（4℃）處理36 h，也發(fā)現(xiàn)了大量的染色體異?；虍惓７至训募?xì)胞，卻沒有觀察到多倍體細(xì)胞。

由此看來(lái)，在低溫或秋水仙素處理下，出現(xiàn)染色體異?；虍惓７至训募?xì)胞較常見，而出現(xiàn)多倍體細(xì)胞較稀少。教材試圖通過低溫（4℃）處理36 h來(lái)觀察多倍體細(xì)胞，或室溫恢復(fù)培養(yǎng)后觀察多倍體細(xì)胞的有絲分裂都是一個(gè)極低概率的事件。教材以一個(gè)極低概率的事件作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)的觀察指標(biāo)是不合適的，教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生觀察比較低溫或秋水仙素處理后染色體的形態(tài)或分布與進(jìn)行正常有絲分裂的細(xì)胞的區(qū)別，讓學(xué)生直觀感知紡錘體破壞后所帶來(lái)的染色體數(shù)目或形態(tài)的變化。教材描述的僅是獲得多倍體細(xì)胞的一個(gè)實(shí)驗(yàn)思路、一種低概率的可能途徑。教師要從實(shí)際入手，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行理性的分析，從而對(duì)低溫或秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目變化的作用機(jī)制形成更加全面的認(rèn)識(shí)。

3 誤區(qū)三：橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下顯灰綠色即有無(wú)氧呼吸

人教版生物教材必修一中“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”是很重要的課堂實(shí)驗(yàn)。酵母菌在有氧條件下呼吸作用產(chǎn)生H2O和CO2，無(wú)氧條件下呼吸作用產(chǎn)生酒精和CO2。教材通過鑒定有無(wú)酒精的產(chǎn)生來(lái)確定細(xì)胞是有氧呼吸還是無(wú)氧呼吸，橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下與酒精發(fā)生反應(yīng)變成灰綠色。

但在實(shí)際的教學(xué)中，有學(xué)生按照教材預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)呼吸作用的產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，有的小組發(fā)現(xiàn)有氧組的產(chǎn)物也會(huì)使橙色的重鉻酸鉀變成灰綠色，于是在得出結(jié)論時(shí)質(zhì)疑聲不斷。教師應(yīng)先引導(dǎo)學(xué)生分析：（1） 酵母菌培養(yǎng)時(shí)間過短，無(wú)法完全消耗掉培養(yǎng)液中的還原性的葡萄糖，即使采用準(zhǔn)確無(wú)誤的檢測(cè)流程，同樣會(huì)出現(xiàn)有氧條件下變?yōu)榛揖G色的現(xiàn)象。（2） 有氧條件下培養(yǎng)的酵母菌，在代謝中會(huì)產(chǎn)生除酒精以為的多種還原性中間產(chǎn)物。其反應(yīng)流程是：葡萄糖先變成磷酸酯，后分解為2分子的丙糖磷酸，再生成2個(gè)ATP和2分子丙酮酸，以產(chǎn)生水和二氧化碳。有些中間產(chǎn)物同樣會(huì)使酸性重鉻酸鉀溶液變?yōu)榛揖G色。（3） 若借助酵母菌清水活化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，雖然可以避免葡萄糖對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾，但此培養(yǎng)液無(wú)法做到氧氣的充足供應(yīng)，不能保證每個(gè)酵母菌都進(jìn)行有氧呼吸，也會(huì)出現(xiàn)有氧無(wú)氧條件下變?yōu)榛揖G色的現(xiàn)象。

為了答疑解惑，教師可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生探究，可分別向盛有葡萄糖、丙酮酸、酒精溶液的3支試管中分別滴加0.1 g重鉻酸鉀（體積分?jǐn)?shù)為95%～97%濃硫酸酸化）溶液0.5 mL，輕輕震蕩，觀察3支試管中溶液顏色的變化，結(jié)果3支試管中均出現(xiàn)了灰綠色。由此得出結(jié)論，有氧組中未完全消耗的葡萄糖及發(fā)酵產(chǎn)生的中間產(chǎn)物都能將重鉻酸鉀還原，使溶液變?yōu)榛揖G色。由此看來(lái)，一定要讓酵母菌充分消耗掉培養(yǎng)液中的葡萄糖再檢驗(yàn)產(chǎn)物，或?qū)Πl(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行蒸餾，對(duì)蒸汽蒸餾獲取的產(chǎn)物再進(jìn)行檢驗(yàn)，這樣就會(huì)出現(xiàn)橙色的酸化的重鉻酸鉀溶液在有氧條件下不變色，無(wú)氧條件下變成灰綠色的探究結(jié)果。

參考資料：

[1] 張興蓮，潘寧.“低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目變化”的實(shí)驗(yàn)探究[J].中學(xué)生物教學(xué)，2011（7）：45-46.

[2] 薛璽、徐香玲，李集臨.秋水仙素對(duì)植物細(xì)胞核異常分裂的影響[J].哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，1988，4（2）：87-97.