李桂梅

[摘? ?要]以“植物細(xì)胞的吸水和失水”拓展性實驗的教學(xué)實踐為例，介紹開展高中生物拓展性實驗教學(xué)的設(shè)計思路和實踐過程：引導(dǎo)學(xué)生提出新的探究課題，嘗試實驗設(shè)計、實驗操作和實驗結(jié)果分析，以及反思實驗中出現(xiàn)的問題。通過拓展性實驗教學(xué)活動的開展，深化學(xué)生對教材實驗的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、探究能力等學(xué)科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]拓展性實驗;教學(xué)設(shè)計;學(xué)科核心素養(yǎng);植物細(xì)胞;吸水;失水

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）02-0081-02

實驗教學(xué)是生物學(xué)科達(dá)成課程目標(biāo)的重要手段，也是學(xué)生最感興趣的教學(xué)內(nèi)容之一。有限的教材實驗不足以滿足學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望。因此，筆者在教學(xué)實踐中，與學(xué)校的校本課相結(jié)合，面向熱愛生物學(xué)科的學(xué)生，開設(shè)了以教材實驗為基礎(chǔ)、以拓展性實驗為內(nèi)容的實驗校本課，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的生物學(xué)實驗方法和原理，開展新的探究，實現(xiàn)知識遷移。拓展性實驗的開展給學(xué)生提供了自主探究的機(jī)會，有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和動手能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)。同時，能促進(jìn)學(xué)生對教材實驗的深入理解和牢固掌握。

“植物細(xì)胞的吸水和失水”是人教版高中生物必修1第四章第一節(jié)中的實驗，也是人教版高中生物教材中的第一個探究性實驗。該拓展性實驗的開展，旨在訓(xùn)練和強(qiáng)化學(xué)生對探究性實驗各個基本環(huán)節(jié)的理解和掌握。下面筆者以“植物細(xì)胞的吸水和失水”的拓展性實驗教學(xué)為例，談?wù)勍卣剐詫嶒灲虒W(xué)的基本過程。

一、 教學(xué)過程

1.提出實驗課題

在教材實驗的基礎(chǔ)上，教師首先利用問題啟發(fā)法引導(dǎo)學(xué)生嘗試提出新的實驗課題，然后從中選定幾個有探究價值且可行性高的課題（如課題一、課題二和課題三），最后建立課題小組，引導(dǎo)學(xué)生小組合作探究。

課題一：探究校園中可用于做“植物細(xì)胞的吸水和失水”實驗的優(yōu)良選材。

課題二：比較幾種實驗材料的細(xì)胞液濃度大小。

課題三：探究洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的細(xì)胞液濃度。

2.制訂實驗方案

各課題小組利用課上和課后時間查閱資料，嘗試制訂實驗方案。課題組組長匯報實驗設(shè)計方案，師生集體討論，提出意見和建議。課題組內(nèi)部進(jìn)行二次討論，完善實驗設(shè)計方案。

課題一：探究校園中可用于做“植物細(xì)胞的吸水和失水”實驗的優(yōu)良選材。

教材實驗之所以選擇紫色的洋蔥鱗片葉作為實驗材料，是因為其細(xì)胞中有紫色大液泡，便于觀察。校園中的各種鮮花花瓣的表皮細(xì)胞也有此優(yōu)點，也可作為優(yōu)良的實驗替代性材料。撕取不同品種鮮花花瓣的表皮細(xì)胞（選取的鮮花有紅色月季花、黃色三色堇、粉色牽?；ê图t色茶花），采用教材實驗的處理方式，觀察比較細(xì)胞質(zhì)壁分離的效果。

課題二：比較幾種實驗材料的細(xì)胞液濃度大小。

根據(jù)植物細(xì)胞吸水和失水的原理，采用教材實驗的處理方式，將幾種實驗材料（用第一課題小組選出的優(yōu)良選材和洋蔥鱗片葉）的表皮細(xì)胞同時浸潤在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，觀察比較各選材的細(xì)胞開始發(fā)生質(zhì)壁分離的時間和質(zhì)壁分離的程度，判斷不同實驗材料的細(xì)胞液濃度大小。

課題三：探究洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的細(xì)胞液濃度。

根據(jù)植物細(xì)胞吸水與失水的原理，找出洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的等滲溶液。在0～0.3 g/mL范圍內(nèi)設(shè)置5個蔗糖溶液濃度梯度（0 g/mL、 0.05 g/mL、0.1 g/mL、0.2 g/mL、0.3 g/mL），在同一片洋蔥鱗片葉上的相同部位撕取5片外表皮，將它們同時浸潤在不同濃度的蔗糖溶液中持續(xù)相同的時間，制作臨時裝片，觀察外表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離的狀態(tài)。

師生的意見和建議：（1）課題一的實驗和教材實驗為定性實驗，而課題二和課題三的實驗中有量的比較，不適合采用教材實驗的處理方式，因為可能會造成細(xì)胞外蔗糖溶液濃度的變化。為排除干擾，課題二的實驗可改為先用清水制作臨時裝片，觀察細(xì)胞的正常狀態(tài)，然后擦去清水，再用蔗糖溶液做臨時裝片，觀察細(xì)胞的質(zhì)壁分離情況。（2）由于外界溶液濃度越小，質(zhì)壁分離速度越慢，因此課題三實驗的觀察時間應(yīng)比教材實驗更長。（3）由于滲透壓與溶液中溶質(zhì)分子的多少有關(guān)，因此課題三實驗得出的等滲蔗糖溶液濃度范圍應(yīng)換算成物質(zhì)的量濃度。

3.準(zhǔn)備實驗材料，進(jìn)行實驗操作

各課題小組提前列出所需器材、試劑和材料，并于課前在教師和實驗師的協(xié)助下準(zhǔn)備好。校本實驗課時，各課題小組進(jìn)入實驗室進(jìn)行具體實驗操作，教師和實驗師協(xié)助指導(dǎo)。

（注：由于第二課題組需要第一組課題的實驗結(jié)果，所以第一、第二課題組合并探究。）

4.展示實驗結(jié)果，總結(jié)實驗結(jié)論

各課題小組的實驗結(jié)果和實驗結(jié)論匯報如下：

第一課題組：茶花和牽?；ǖ幕ò晏?，撕取表皮困難，要么損壞細(xì)胞，要么撕取太厚，不適合做實驗替代性材料。月季和三色堇花瓣表皮較易撕取，且能發(fā)生明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象（如圖1至圖4），可作為實驗替代性材料。但撕取的月季花瓣表皮易卷曲，較難展開做裝片。因此，較好的實驗替代性材料是三色堇花瓣。

第二課題組：在0.3 g/mL蔗糖溶液中，三色堇花瓣和洋蔥鱗片葉的外表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離迅速，而月季花瓣外表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離較緩慢，需時更長。因此，月季花瓣外表皮細(xì)胞液濃度大于三色堇花瓣和洋蔥鱗片葉。

第三課題組：同一部位洋蔥鱗片葉外表皮置于不同濃度的蔗糖溶液中10 min，質(zhì)壁分離狀態(tài)如圖5至圖9所示。其中0.05 g/mL實驗組中細(xì)胞幾乎不發(fā)生質(zhì)壁分離;0.1 g/mL實驗組中有極少數(shù)細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離;0.2 g/mL實驗組中大多數(shù)細(xì)胞發(fā)生較大程度的質(zhì)壁分離;0.3 g/mL實驗組中絕大多數(shù)細(xì)胞發(fā)生大程度的質(zhì)壁分離，甚至有些細(xì)胞因失水過多而死亡（如圖9）。

一般將引起50%左右的細(xì)胞發(fā)生初始質(zhì)壁分離的溶液濃度，稱為細(xì)胞液的等滲濃度。因此，本實驗所選洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞的細(xì)胞液的等滲濃度介于0.29 mol/L和0.58 mol/L之間。（將0.1 g/mL和0.2 g/mL的蔗糖質(zhì)量濃度換算為物質(zhì)的量濃度）

5.分析實驗中存在的問題

師生共同分析實驗中存在的問題：（1）同一選材、同一部位上各細(xì)胞的質(zhì)壁分離不同步，可能是受撕取表皮不均勻的影響，也可能說明即使是同一選材、同一部位細(xì)胞的細(xì)胞液濃度也有差異，因為不同細(xì)胞可能處于不同的生理狀態(tài)。（2）由于同一選材上各細(xì)胞的質(zhì)壁分離不同步，因此無法記錄具體的質(zhì)壁分離開始時間，只能根據(jù)某時刻多數(shù)細(xì)胞質(zhì)壁分離的狀態(tài)粗略判斷，因此只能比較細(xì)胞液濃度差異大的選材。（3）采用“擦去清水再滴加蔗糖溶液重新做臨時裝片”的處理方法，克服了蔗糖溶液濃度受影響的弊端，但同時引起了新的問題：花瓣外表皮在裝片中的位置挪動，很難在視野中找回同一部位觀察，前后對比性受影響。（4）細(xì)胞液濃度大小還跟選取洋蔥的成熟程度、生理狀態(tài)、第幾層的鱗片葉等有關(guān)，因此課題三的實驗結(jié)果只能說明所選材料的細(xì)胞液濃度。

二、教學(xué)反思

開展拓展性實驗的目的，不在于得到多么完美的實驗結(jié)果和多么科學(xué)的實驗結(jié)論，而是引導(dǎo)學(xué)生動腦動手，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。因此，在教學(xué)實踐中，教師要放手讓學(xué)生自己嘗試去設(shè)計、去操作實驗，哪怕實驗結(jié)果不盡如人意。但同時，也需要適度地引導(dǎo)和規(guī)范，如實驗操作環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生更好地掌握科學(xué)的實驗方法，樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。另外，還要充分發(fā)揮集體的力量，如在實驗設(shè)計和結(jié)果分析環(huán)節(jié)，采用小組匯報和全班研討的方式，讓學(xué)生之間相互糾錯，提出建議。這樣，一方面可以幫助實驗小組更好地完善實驗設(shè)計方案，增強(qiáng)學(xué)生對實驗原理和實驗設(shè)計原則的理解;另一方面可以提高學(xué)生對實驗的參與度，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（責(zé)任編輯 黃春香）