鄂 芳 賴勝蓉

（1貴州省貴陽市第一中學(xué)貴州貴陽550081 2貴州教育科學(xué)學(xué)院貴州貴陽550001）

1 問題的提出

“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”是人教版高中生物學(xué)必修1中的一個模擬實驗,該實驗的目的是通過探究細(xì)胞表面積與體積之比，了解細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸效率之間的關(guān)系，探討細(xì)胞不能無限長大的原因。實驗用含酚酞的瓊脂塊模擬細(xì)胞，用NaOH模擬進(jìn)入細(xì)胞的物質(zhì)，用NaOH擴(kuò)散的體積與整個瓊脂塊的體積之比模擬物質(zhì)運輸效率。教材要求學(xué)生通過測量不同邊長瓊脂塊中NaOH擴(kuò)散的深度，填寫并完成相應(yīng)表格中的計算，然后得出結(jié)論。

在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)幾個問題：1）測量的數(shù)據(jù)存在差異時，學(xué)生不會處理，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確；2）不能很快通過表格中的數(shù)據(jù)得出結(jié)論；3）對教材得出“細(xì)胞越大，其表面積與體積之比越小”這一結(jié)論，學(xué)生理解存在一定的困難。

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，對該實驗已有一些改進(jìn)和思考，例如福建師范大學(xué)俞如旺等提出“設(shè)計專門模具制作瓊脂塊、蒸發(fā)含碘的瓊脂塊以使瓊脂塊重復(fù)利用”［1］；姜永均建議“用淀粉瓊脂塊替代酚酞瓊脂塊，并提出該實驗只模擬了自由擴(kuò)散的運輸方式，主動運輸沒有體現(xiàn)”［2］；蔣選榮提出“用模型構(gòu)建的方法探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”［3］。但對于該實驗的數(shù)據(jù)與結(jié)果處理鮮有教師提出思考，因此，在教學(xué)中進(jìn)行重新思考與實踐，不僅解決上述問題，還培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力。

2 實驗過程中的數(shù)據(jù)處理

2.1 正確獲取實驗數(shù)據(jù)實驗要求測量并記錄的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的NaOH，在相同條件下擴(kuò)散進(jìn)入不同大小的瓊脂塊的深度。實驗前，先將學(xué)生分成10個小組并在黑板上繪制表格，要求各小組將測量數(shù)據(jù)填寫于表中（見表1）。實驗結(jié)束后，讓學(xué)生對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，理論上擴(kuò)散深度應(yīng)相同，但實際結(jié)果數(shù)據(jù)存在差異，引導(dǎo)學(xué)生對測量結(jié)果進(jìn)行討論，一是為什么測量結(jié)果會有差異？二是怎樣使用測量結(jié)果？師生通過討論共同總結(jié)：一方面由于不同小組之間及同一小組內(nèi)部，在實驗過程中存在瓊脂塊的切割差異、塑料刀沾上NaOH及讀取數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確等原因，使得記錄的結(jié)果出現(xiàn)誤差，強(qiáng)調(diào)操作規(guī)范的重要性；另一方面對于出現(xiàn)差異的數(shù)據(jù)可用平均值降低誤差，并強(qiáng)調(diào)每個小組的實驗屬于平行重復(fù)，讓學(xué)生理解在測量數(shù)據(jù)的實驗中，通過平行重復(fù)實驗求得平均值是降低誤差的一種常用方法。同時將教材中的表格進(jìn)行修改，將測量數(shù)據(jù)分成實測值和平均值2項。在此過程中，培養(yǎng)學(xué)生正確獲取實驗數(shù)據(jù)的能力，實驗數(shù)據(jù)是客觀事實的真實反映，不能帶著對實驗結(jié)果的預(yù)期隨意篡改，更不能編造［4］。

表1 各小組測量數(shù)據(jù)記錄表

2.2 合理表達(dá)實驗數(shù)據(jù)在完成表1及教材中的表格計算后，通過提問發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不能很快得出結(jié)論。在教學(xué)中增設(shè)一幅坐標(biāo)圖，要求學(xué)生自己填寫坐標(biāo)圖的橫軸和縱軸，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)繪制。結(jié)果有的組用“瓊脂塊的體積”做橫軸，“表面積與體積比值”做縱軸，得出結(jié)論是“隨著體積增大，表面積與體積之比減小”；有的組用“瓊脂塊的體積”做橫軸，用“NaOH擴(kuò)散的體積與瓊脂塊的體積之比”做縱軸（圖1），得出結(jié)論是“隨著瓊脂塊體積增大，NaOH擴(kuò)散的體積與瓊脂塊的體積之比減小”……通過小組討論，逐步引導(dǎo)學(xué)生得到最后結(jié)論。學(xué)生將獲得的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行描點，將點連接成線，是對實驗結(jié)果進(jìn)行分析的一種數(shù)學(xué)表達(dá)方式，讓結(jié)果更直觀，并通過觀察圖像很快便得出結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的表達(dá)，有利于結(jié)論的探究，對于定量的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)較多，利用數(shù)學(xué)表達(dá)（坐標(biāo)圖等）的方式，可形象表現(xiàn)信息的特征，便于揭示結(jié)論［5］。

圖1 不同大小瓊脂塊的NaOH擴(kuò)散體積與瓊脂塊體積之比

2.3 利用數(shù)學(xué)公式處理數(shù)據(jù)該實驗用正方體的瓊脂塊模擬細(xì)胞，但大多數(shù)細(xì)胞是球體，所以在實驗中增加了一張表，將球體的表面積與體積的公式帶入，讓學(xué)生用公式計算球體的表面積與體積的比值（3/R），再分別計算直徑為20μm和30μm的球體的表面積與體積之比（表2），因大多數(shù)細(xì)胞的直徑介于20μm和30μm之間，通過類比理解“細(xì)胞越大，其表面積與體積之比越小，細(xì)胞的物質(zhì)運輸效率越低”這一結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)公式對生物學(xué)實驗進(jìn)行分析，不僅易于理解和得出結(jié)論，也能體會學(xué)科間的相互交叉應(yīng)用。

表2 不同直徑球體的表面積與體積的關(guān)系

3 教學(xué)反思

生物學(xué)實驗課是教學(xué)的重要組成部分，在實驗中，有時因操作不同而出現(xiàn)不同現(xiàn)象；有些實驗需要反復(fù)操作才能成功。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度可促使實驗中嚴(yán)格操作、仔細(xì)觀察和測量、認(rèn)真分析。在對記錄的實驗數(shù)據(jù)作出比較分析的過程中，可引導(dǎo)學(xué)生尋找異同，并不斷思考、不斷發(fā)現(xiàn)問題、不斷討論，從而培養(yǎng)辯證思維能力。生物學(xué)科與數(shù)學(xué)等學(xué)科相互聯(lián)系、相互交叉，數(shù)據(jù)的處理需要運用數(shù)學(xué)公式，重視學(xué)科之間的溝通與交流，可避免知識理解的片面化、單一化。注重學(xué)科交叉融合能力培養(yǎng)有利于人才的培養(yǎng)。實驗數(shù)據(jù)的處理與分析是得出結(jié)論的必由之路，所以在生物學(xué)實驗教學(xué)中對學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理培養(yǎng)，也是實現(xiàn)生物學(xué)實驗教學(xué)多重價值的途徑。

［1］俞如旺,劉薇.“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”實驗的改進(jìn)研究.生物學(xué)通報，2013，48（3）：45.

［2］姜永均.關(guān)于“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”的實驗思考.實驗教學(xué)研究，2006，16（11）：15.

［3］尹秀菊.淺談生物實驗中數(shù)據(jù)的處理.中學(xué)生物學(xué)，2013，29（4）：49.

［4］蔣選榮.用模型構(gòu)建的方法探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系.生物學(xué)通報，2007,42（9）：36.

［5］盧彥.淺談在生物化學(xué)實驗中培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理與分析能力.生物學(xué)雜志，2014（1）：97.