滲透科學(xué)探究和科學(xué)思維的高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)
——以“觀察植物根尖細(xì)胞的有絲分裂”為例

李 偉

(江蘇省南通第一中學(xué) 南通 226001)

在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中以啟發(fā)學(xué)生科學(xué)思維為出發(fā)點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)具有探究?jī)r(jià)值、能激發(fā)學(xué)生興趣的問(wèn)題情境，在教師的指導(dǎo)下展開(kāi)科學(xué)探究，讓課堂中要進(jìn)行的分組實(shí)驗(yàn)成為學(xué)生科學(xué)思維碰撞的必然和需要。學(xué)生在小組合作、組間交流、數(shù)據(jù)分析、問(wèn)題解決過(guò)程中理解科學(xué)方法的本質(zhì)，發(fā)展科學(xué)探究和科學(xué)思維能力。

“觀察植物根尖細(xì)胞的有絲分裂”是人教版高中生物學(xué)教材必修1中與“細(xì)胞的增殖”相關(guān)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，也是高中生物學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)操作步驟。學(xué)生按要求完成實(shí)驗(yàn)，展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生只會(huì)按照教材的步驟或教師要求操作，容易出現(xiàn)動(dòng)手不動(dòng)腦的狀態(tài)。如何在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究，需要生物學(xué)教師深入研究和嘗試。本文基于問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透科學(xué)探究和科學(xué)思維的嘗試，具體課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)如下。

1 創(chuàng)設(shè)具有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的熱情

創(chuàng)設(shè)與學(xué)生生活密切相關(guān)的、具有一定探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題情境——新裝修房室內(nèi)甲醛污染問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上展示用0.01%甲醛溶液和蒸餾水常溫下培養(yǎng)10d的大蒜根的生長(zhǎng)情況(圖1)。引導(dǎo)學(xué)生從細(xì)胞層面對(duì)根尖生長(zhǎng)進(jìn)行分析，提出問(wèn)題： 甲醛對(duì)大蒜根尖細(xì)胞有絲分裂有什么危害？大蒜是否適合作為環(huán)境中甲醛污染的指示植物？讓學(xué)生在要探究問(wèn)題的價(jià)值體驗(yàn)中進(jìn)行本節(jié)課的科學(xué)探究。

圖1 大蒜水培圖

2 設(shè)計(jì)遞進(jìn)式問(wèn)題，推動(dòng)學(xué)生科學(xué)思維的深化

對(duì)提出的問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)探究需解決一系列問(wèn)題。教師可以設(shè)計(jì)遞進(jìn)式問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生的科學(xué)思維。

2.1 需解決的問(wèn)題一 要研究甲醛對(duì)大蒜根尖細(xì)胞有絲分裂的危害，你認(rèn)為應(yīng)以根尖哪個(gè)區(qū)域的細(xì)胞作為研究對(duì)象？這個(gè)問(wèn)題的解決可以讓學(xué)生對(duì)比分生區(qū)和根尖其他區(qū)域的細(xì)胞顯微圖(圖2、圖3)，對(duì)不同區(qū)域細(xì)胞的特點(diǎn)進(jìn)行分析和思考。讓學(xué)生得出適合研究有絲分裂的區(qū)域(分生區(qū)細(xì)胞)，同時(shí)也對(duì)如何辨識(shí)分生區(qū)細(xì)胞獲得了一定的直接經(jīng)驗(yàn)，為接下來(lái)的研究做技能和知識(shí)的鋪墊。

圖2 根尖伸長(zhǎng)區(qū)細(xì)胞顯微圖(縱切面)

圖3 根尖分生區(qū)細(xì)胞顯微圖(縱切面)

2.2 需解決的問(wèn)題二 如何才能觀察到大蒜根尖分生區(qū)細(xì)胞有絲分裂情況呢？這個(gè)問(wèn)題可以激發(fā)學(xué)生對(duì)接下來(lái)實(shí)驗(yàn)操作每一環(huán)節(jié)的思考，教師可以設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈加以引導(dǎo)。比如①能不能剪取根尖直接放在顯微鏡下觀察？(不能。)②那么應(yīng)該把根尖變成什么樣子才適于觀察細(xì)胞分裂？(植物細(xì)胞本來(lái)是緊密結(jié)合在一起的，為了讓根尖變薄，變成單層細(xì)胞便于觀察，我們首先要讓細(xì)胞松散開(kāi)來(lái)，這就要用到我們桌上的解離液處理。)③解離好之后如果顯微鏡下可以看到細(xì)胞，細(xì)胞應(yīng)該是什么顏色？(無(wú)色。)④我們需要通過(guò)觀察染色體來(lái)研究細(xì)胞的有絲分裂該怎么辦？(染色。)⑤染色的時(shí)候根尖還附著著解離液，解離過(guò)度會(huì)怎么樣？(破壞細(xì)胞和染色體。)怎么辦？(解離之后，染色之前要漂洗。)⑥經(jīng)過(guò)漂洗再染色得到了染了色的一層一層疊在一起的細(xì)胞，能直接放在顯微鏡下觀察嗎？(不能，要通過(guò)壓片的制片方式把它變成單層細(xì)胞。)由此得出的“解離→漂洗→染色→制片”的實(shí)驗(yàn)步驟及目的都是學(xué)生在科學(xué)探究過(guò)程中科學(xué)思維的結(jié)果。

2.3 需解決的問(wèn)題三 如果觀察到0.01%甲醛溶液培養(yǎng)的大蒜根尖分生區(qū)細(xì)胞的有絲分裂情況，是否就能直接說(shuō)明甲醛有危害？學(xué)生在這個(gè)問(wèn)題的解決過(guò)程中能體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)的科學(xué)精神。同時(shí)明確本節(jié)課組內(nèi)合作、組間交流和班級(jí)匯總的任務(wù)和要求。①組內(nèi)合作： 將全班學(xué)生分成A、 B、 C、 D、 E、 F六小組。A、 B、 C組的學(xué)生完成蒸餾水中培養(yǎng)的正常生長(zhǎng)的大蒜根尖分生區(qū)有絲分裂的觀察與分析；D、 E、 F組的學(xué)生完成0.01%甲醛溶液培養(yǎng)的大蒜根尖分生區(qū)細(xì)胞有絲分裂的觀察與分析。②組間交流： 每小組選一名組間交流員，其任務(wù)是聯(lián)絡(luò)相鄰小組進(jìn)行不同圖片的差異及原因分析。③班級(jí)層面： 利用黑板上的表格進(jìn)行各小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的匯總，同時(shí)各小組派一名代表展示和分享本小組的顯微圖片，并進(jìn)行一定的分析和解說(shuō)。

3 實(shí)施改良實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)探究和科學(xué)思維的體驗(yàn)

在學(xué)生針對(duì)要探究的問(wèn)題，明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，掌握了?shí)驗(yàn)方法和一定顯微圖片的分析技能后，為學(xué)生在課堂有限的時(shí)間和有限的條件下能順利完成實(shí)驗(yàn)，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)社團(tuán)的學(xué)生在課前進(jìn)行了幾百次實(shí)驗(yàn)的嘗試，在教材實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的改良。為簡(jiǎn)潔地完成本實(shí)驗(yàn)相對(duì)較多的操作步驟，將主要的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)通過(guò)白瓷點(diǎn)滴板完成，具體操作如圖4。

圖4 利用白瓷點(diǎn)滴板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作示意圖

首先，在白瓷滴板凹槽1中滴加解離液，將根尖放入凹槽1中完成解離步驟。凹槽2、 3中滴加蒸餾水，將解離后的根尖用蒸餾水沖洗2～3次，依次放入凹槽2、凹槽3中，完成漂洗步驟。在白瓷滴板的凹槽4中滴1～2滴染液，將漂洗好的根尖放入凹槽4，完成染色步驟。凹槽5、 6中滴加蒸餾水，將染好色的根尖在凹槽5中撥動(dòng)1～2s，用吸水紙吸去根尖周?chē)郑邳c(diǎn)滴板盛有清水的凹槽6中蘸一下(保證根尖附著足夠的水分)。最后將處理好的根尖，放在載玻片上，刀片切取根尖2mm左右，以壓片的方式制片，使根尖細(xì)胞充分展開(kāi)。

利用數(shù)碼顯微鏡觀察采集典型的圖片，小組討論、仔細(xì)辨別有絲分裂各時(shí)期細(xì)胞和分析圖片中異常情況。再進(jìn)行組間交流，比較不同組圖片的差異及說(shuō)明的問(wèn)題。

4 分享展示成果，完成科學(xué)思維的碰撞

4.1 圖片展示中實(shí)現(xiàn)小組間科學(xué)思維的碰撞 以小組匯報(bào)的形式進(jìn)行成果展示，在展示的圖片中查找有絲分裂分裂期細(xì)胞，分析有絲分裂各個(gè)時(shí)期的特征，分析異常圖片的可能原因。圖5為A小組在課堂展示的顯微圖。結(jié)合圖5可以分析： ①分裂間期和分裂期細(xì)胞，理解不同時(shí)期細(xì)胞數(shù)量、比例及染色體行為；②氣泡產(chǎn)生的原因(圖片上方)，讓學(xué)生體驗(yàn)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作的重要性；③解離過(guò)度的細(xì)胞狀態(tài)(圖片左下)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)操作步驟的合理性和必要性。

圖5 A組大蒜根尖細(xì)胞顯微圖

小組充分展示后，通過(guò)不同小組的展示交流，進(jìn)行思維碰撞，如： 與E組相比較，B組的結(jié)果中處于分裂期的細(xì)胞明顯較多。

4.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中實(shí)現(xiàn)全班科學(xué)思維碰撞 班級(jí)層面數(shù)據(jù)匯總，各小組在采集的圖片中選擇較清晰的一張進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將數(shù)據(jù)填入黑板上的表格中。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1：

表1 探究甲醛對(duì)大蒜根尖分生區(qū)細(xì)胞有絲分裂危害記錄表

4.3 結(jié)論分析中實(shí)現(xiàn)學(xué)生與真實(shí)科研的科學(xué)思維碰撞 全班在各組圖片的比較和數(shù)據(jù)的分析中得出結(jié)論。教師引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)得出結(jié)論的過(guò)程，分析其不嚴(yán)謹(jǐn)性，如： 統(tǒng)計(jì)樣本太小，各小組學(xué)生對(duì)圖片判斷的誤差等。在此基礎(chǔ)上展示真實(shí)科學(xué)研究數(shù)據(jù)(表2)。

表2 甲醛處理對(duì)大蒜根尖有絲分裂的影響記錄表[1]

由此得出結(jié)論，讓學(xué)生體驗(yàn)真實(shí)科學(xué)探究的過(guò)程及其嚴(yán)謹(jǐn)性。同時(shí)解決了本節(jié)課探究的問(wèn)題“甲醛對(duì)大蒜根尖細(xì)胞有絲分裂有什么危害？”，也證實(shí)大蒜可以作為室內(nèi)甲醛污染的指示植物。

*前文受合肥翰思科學(xué)儀器公司關(guān)注*