談高中生物學實驗-植物細胞的失水和吸水

談高中生物學實驗——植物細胞的失水和吸水廣西師范大學生命科學學院廣西壯族自治區(qū)桂林市541001摘要比較、分析多位學者關于“植物細胞的失水和吸水”實驗的改進方案和教學設計，對實驗材料、試劑及方法等方面的改進進行綜述，并在此基礎上，分析目前關于該實驗的開展形式進行研究。關鍵詞植物細胞失水和吸水實驗改進開展形式“植物細胞的失水和吸水”實驗學生步入高中后接觸到的第一個探究性實驗，實驗的開展，有助于學生理解“原生質層相當于一層半透膜”的概念及植物細胞發(fā)生滲透作用的原理，對落實生物學科核心素養(yǎng)中的“科學探究”與“科學思維”有著重要作用。但實際教學中，常出現材料取材不易、探究內容單一及學生理解不夠透徹等問題。該如何改進該實驗、解決這些問題呢？筆者將通過閱讀諸多學者對該實驗的改進與優(yōu)化，從實驗材料、試劑及方法三方面進行比較分析，試圖在此基礎上，提出該實驗的改進方法；并分析該實驗的開展形式。1實驗改進研究1.1實驗材料的選擇本實驗的材料選擇上應考慮材料是否滿足易取、廉價、處理簡便、處理后現象明顯等要求。不少學者針對教材提供的材料不足，提出了不同的改進方法，主要有以下：表1實驗材料改進教材實驗材料不足改進方法改進后優(yōu)點文獻作者現象不明顯，材料不易撕取選用放置四天左右液泡產生顏色的洋蔥內表皮細胞細胞大，易撕取張主權等[1]選用剛毛藻、水綿、墻蘚等細胞、液泡大，不需撕取，且對外界溶液濃度敏感譚慧慧等[2]實驗不能直觀看到原生質層選用黑藻，并引入紅墨水或品紅溶液能直觀觀察到實驗中植物細胞的變化及原生質層結構金術超[3]張主權等選用的材料是放置四天左右液泡產生顏色的洋蔥內表皮細胞，采用的試劑3%NaCl溶液加無法進入活細胞的色素，即使液泡無色，觀察到的現象也很明顯，所以筆者認為這種選材方法不可取。譚慧慧等選擇的剛毛藻、水綿和金術超選用的黑藻，這些材料都易取材，可直接夾取部分制作裝片，省了撕取表皮的麻煩，且可利用這些材料的葉綠體集中在細胞質基質中并處于細胞膜的內側、液泡膜的外側的特點，引入品紅溶液或其他無法進入活細胞的色素溶液，可在顯微鏡下觀察到細胞壁內由外向內依次三道不同顏色的界限，從而突破學生理解原生質層結構在物質進出細胞作用的難點，這種選材是值得推廣的。1.2實驗試劑的選擇教材中提供的試劑是0.3g/mL蔗糖溶液，有一定的粘稠性，雖能達到實驗效果，但可能對顯微鏡造成破壞，且起效果的時間也較長。因此，不少學者提出用NaCl溶液代替蔗糖溶液，使得反應更快、現象更明顯。對于NaCl溶液濃度的選擇，不同學者有不同的看法，如張主權等選擇了3%（即0.3g/mL）NaCl溶液，譚慧慧等選擇了0.05g/mLNaCl溶液。能否發(fā)生質壁分離取決于膜兩側是否存在濃度差，經計算，0.05g/mLNaCl溶液與教材中0.3g/mL蔗糖溶液的物質的量相同，因此筆者認為只需配置0.05g/mLNaCl溶液即可。1.3實驗方法的優(yōu)化實驗方法優(yōu)化是在教材對本實驗的設計基礎上，針對現實存在的問題進行改進，以獲得良好的實驗效果，具體如表2。林葉敏是在采用紫色洋蔥上表皮做實驗材料的基礎上，針對存在的難撕取問題進行改進；而金術超則直接改變實驗材料；張主權等注意到教材中關于本實驗缺少對照組；程晨則通過“蘿卜復位實驗”突破了學生理解細胞原生質層伸的縮性大于細胞壁的難點。這些實驗優(yōu)化方法都值得我們合理地運用到教學實際中去，將本實驗設計地更加完善。表2實驗方法優(yōu)化教材實驗不足改進措施改進后優(yōu)點文獻作者實驗材料不易撕取從邊緣斜撕較易撕取林葉敏[5]缺少對照實驗將稀鹽酸處理的洋蔥按原實驗操作，設置對照組更好了解質壁分離的條件：細胞必須是活細胞張主權等[1]不能直觀呈現原生質層的存在選用黑藻，并引入紅墨水或品紅溶液直觀觀察到植物細胞吸水與失水后的變化及原生質層結構金術超[3]難以驗證細胞壁的伸縮性在原實驗前加入輔助實驗——蘿卜復位實驗利于理解細胞壁的伸縮性程晨[5]2實驗開展方式分析2.1實驗開展方式從大量文獻中發(fā)現，學者對該實驗的開展方式主要分兩大類：一是收集實驗課后學生的疑惑，提出探究課題，進行再探究，如曾凡偉等[6]。此類關注到學生做實驗后常提出一些教材實驗所不能解決問題的現象，試圖通過開展相關探究，解決學生的疑問。二是以新課的形式，在教材的基礎上，增加實驗探究內容（其內容與上類的一些課題相同）或改進實驗材料、試劑等，進行實驗，如林葉敏[4]。這類試圖在實驗優(yōu)化和學生需要之間做出權衡，以提高實驗課的效率，如增加探究內容更多地考慮到學生的疑惑與需要。2.2分析與討論本實驗有兩種類型的開展方式，主要原因有：（1）教材對本實驗的設計，不能很好地滿足學生的需要。根據教材和教參對本實驗的安排和建議，學生在上完實驗課后，仍對一些知識概念理解不透，這促使教師增加探究內容以解答學生的疑惑。（2）僅按教材進行本實驗教學，不能較好地滿足培養(yǎng)學生能力的需求。學生的科學探究能力、分析問題和解決問題能力是生物課程標準對本實驗的考察內容，而僅按照教材安排進行實驗，在鍛煉學生這些方面的能力上是不足的，這要求教師要適當修改教材的實驗設計。（3）本實驗所需時間較長。這要求教師對本實驗的材料、試劑的等進行改進，以縮短實驗時間或深入探究、延伸至課后。綜合以上3點，依據現實情況，教師對本實驗的開展有不同的形式。另外，王超等根據一些學校缺乏專業(yè)的生物實驗室、教師精力不足等困難，提出虛擬實驗的方式，對本實驗進行改進[11]。在實際教學中，無論對本實驗改進方法的探索或開展方式的選擇如何，都應與學生需要、教學安排、當地資源相適應。參考文獻：[1]張主權,伍巍華.“植物細胞的吸水和失水”實驗的進一步改良[J].高考,2020(20):46.[2]譚慧慧,王超.植物細胞吸水和失水實驗的改進[J].實驗教學與儀器,2020,37(Z1):60.[3]金術超.植物細胞吸水與失水實驗的創(chuàng)新設計[J].實驗教學與儀器,2020,37(04):38-39.[4]林葉敏.“植物細胞的吸水和失水”探究實驗的改進[J].實驗教學與儀器,2010(S2):76.[5]程晨.“植物細胞的失水和吸水”輔助實驗設計與反思[J].中學生物教學,2019(20):44-45.[6]曾凡偉,李坊貞.“探究植物細胞的吸水和失水”實驗教學案例及反思[J].中學生物學,2016(06):53-54.[7]陳亮,郭巖麗.“探究植物細胞的吸水和失水”實驗教學的創(chuàng)新、不足與展望[J].中學生物學,2017,33(02):40-42.[8]李新,張鋒.“植物細胞的吸水和失水”實驗的課堂再探究[J].中學生物學,2015,31(04):37-39.[9]徐紅梅.《探究植物細胞的吸水和失水》實驗教學改進[J].高考,2019(25):