陳曉紅 杜尚兵

（1 四川省成都市雙流中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 四川成都 610200 2 成都市雙流區(qū)教科院 四川成都 610200）

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011 年版）》指出：本世紀(jì)人類(lèi)已進(jìn)入生物科學(xué)和生物技術(shù)的新時(shí)代，生物科學(xué)的迅猛發(fā)展對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展日益顯現(xiàn)巨大的推動(dòng)作用，也影響到社會(huì)和個(gè)人生活的各個(gè)方面；當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的許多重大問(wèn)題的解決又都依賴(lài)于生物科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容的選擇要反映社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的需要，體現(xiàn)“科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)”的思想。應(yīng)當(dāng)融生物科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)于一體，充分體現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的互動(dòng)，反映生物科學(xué)的發(fā)展及其對(duì)社會(huì)發(fā)展和個(gè)人生活的影響。生物學(xué)教學(xué)要注重學(xué)生的發(fā)展和社會(huì)的需求，更多地反映生物科學(xué)和生物技術(shù)的最新進(jìn)展，使學(xué)生能對(duì)生物學(xué)產(chǎn)生更濃厚的興趣，對(duì)生物學(xué)有更深入的理解，對(duì)今后的職業(yè)選擇和學(xué)習(xí)方向有更多的思考；能在探究能力、學(xué)習(xí)能力和解決問(wèn)題能力方面有更好的發(fā)展；能在責(zé)任感、科學(xué)精神、創(chuàng)新意識(shí)和環(huán)境意識(shí)等方面得到提高。要讓學(xué)生了解我國(guó)生物科學(xué)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，形成愛(ài)祖國(guó)、愛(ài)家鄉(xiāng)的情感，增強(qiáng)振興祖國(guó)面貌的使命感和責(zé)任感[1]。

課程標(biāo)準(zhǔn)要求教師轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，多關(guān)注生物科學(xué)的最新進(jìn)展，嘗試將教學(xué)內(nèi)容與生物科學(xué)最新研究成果相結(jié)合，創(chuàng)造性地進(jìn)行教學(xué)。本文以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)“觀察無(wú)殼雞卵孵化”為例，說(shuō)明如何結(jié)合科學(xué)熱點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，以及怎樣引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探索。

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的由來(lái)

2018 年8 月13 日，央視大型科普節(jié)目《加油！向未來(lái)》揭秘了我國(guó)第1 只無(wú)殼孵化小雞的誕生過(guò)程，引起了學(xué)生的極大興趣和關(guān)注。聯(lián)系到《生物學(xué)》教材8 年級(jí)上冊(cè)第6 單元“生命的延續(xù)”第19 章“生物的生殖和發(fā)育”第2 節(jié)“動(dòng)物的生殖和發(fā)育”中有2 個(gè)活動(dòng)：“觀察鳥(niǎo)卵的結(jié)構(gòu)”和“孵化雞卵”，設(shè)想如果將這2 個(gè)活動(dòng)與無(wú)殼孵化實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，學(xué)生就能直觀地觀察到胚胎發(fā)育的整個(gè)過(guò)程，對(duì)雞卵的結(jié)構(gòu)和胚胎發(fā)育的特點(diǎn)也會(huì)有更深刻的理解。因此，筆者組織了7 年級(jí)興趣小組學(xué)生進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的嘗試。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的準(zhǔn)備

1）學(xué)生自主查閱資料，了解無(wú)殼孵化實(shí)驗(yàn)。2）通過(guò)解剖觀察雞卵，認(rèn)識(shí)雞卵的結(jié)構(gòu)及各部分結(jié)構(gòu)的功能。

3）通過(guò)熱水泡雞蛋卵殼上出現(xiàn)氣泡的實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明卵殼上有氣孔；通過(guò)醋泡雞蛋，卵殼上產(chǎn)生大量的氣泡，說(shuō)明卵殼的主要成分是碳酸鈣，與醋發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳，從而明確卵殼的作用除了抑菌保護(hù)，還有補(bǔ)充鈣質(zhì)和通氧透氣。

4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置圖和觀察記錄表。

3 實(shí)驗(yàn)器材的準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)器材包括孵化箱、受精的雞蛋（種蛋）、無(wú)菌塑料杯、抑菌水、保鮮膜、乳酸鈣、重蒸水、酒精燈、玻璃棒等。其中抑菌水、保鮮膜、乳酸鈣能替代卵殼的作用。

塑料杯、抑菌水、保鮮膜及乳酸鈣的種類(lèi)很多，原實(shí)驗(yàn)只提供了主要步驟，并未說(shuō)明具體使用哪一種材料器具。學(xué)生只能通過(guò)查閱資料、做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)器材進(jìn)行選擇。

抑菌水：學(xué)生選擇了一種刺激性特別小，具有很好的消毒和殺菌作用的新潔爾滅溶液作為抑菌水。

乳酸鈣：選用更容易吸收，價(jià)格更便宜，可用于做實(shí)驗(yàn)的L-乳酸鈣。

保鮮膜：選用最輕薄透明、安全無(wú)毒的PMP保鮮膜，由于保鮮膜需要拉成雞蛋的形狀，學(xué)生設(shè)計(jì)并制作了簡(jiǎn)易的拉膜器（圖1、圖2、圖3）。

圖1 自制簡(jiǎn)易拉膜器

圖2 3D 打印拉膜器

圖3 改進(jìn)后的拉膜器

原實(shí)驗(yàn)中使用硬塑料杯，開(kāi)通氧孔很不方便，改用了軟塑料杯，用加熱的玻璃棒開(kāi)通氧孔，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)。器材滅菌：使用實(shí)驗(yàn)室的高壓滅菌鍋。后期輸氧：使用家用輸氧機(jī)。

4 實(shí)驗(yàn)步驟

1）將種蛋預(yù)孵2～3 d。

2）將材料器具進(jìn)行滅菌、消毒。

3）在塑料杯上開(kāi)通氧孔，塞上脫脂棉，加入40 mL 濃度為0.01 mol/L 的抑菌水。

4）將保鮮膜拉成雞蛋的形狀，加入少量乳酸鈣、重蒸水。

5）將雞蛋殼小心剪開(kāi)，內(nèi)容物倒入保鮮膜中。將保鮮膜兜在塑料杯中，內(nèi)容物懸空，扎上橡皮筋。

6）在保鮮膜邊緣燙出幾個(gè)小孔，蓋上杯蓋，放入孵化箱。從第17 天起，給雞胚胎額外輸氧。

7）每天進(jìn)行觀察、記錄，拍攝胚胎發(fā)育的過(guò)程。

5 問(wèn)題分析與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

通過(guò)6 次無(wú)殼孵化實(shí)驗(yàn)的嘗試，引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。

第1 次實(shí)驗(yàn)：使用13 個(gè)種蛋，其中4 個(gè)未受精，9 個(gè)在前8 天陸續(xù)死亡。推測(cè)實(shí)驗(yàn)失敗的原因：通氧孔位置偏低、翻蛋器翻蛋角度過(guò)大，導(dǎo)致抑菌水和卵黃漏出。改進(jìn)：調(diào)整通氧孔位置，調(diào)節(jié)翻蛋角度。

第2 次實(shí)驗(yàn)：使用13 個(gè)種蛋，2 個(gè)未受精，8 個(gè)前7 天陸續(xù)死亡，2 個(gè)在第10 天死亡，最后一個(gè)到第18 天死亡。推測(cè)實(shí)驗(yàn)失敗的原因：1）發(fā)育的胚胎都遠(yuǎn)離光源，離光源近的胚胎都較早死亡，可能光對(duì)胚胎發(fā)育有影響；2）胚胎前期死亡率高，是否抑菌水無(wú)效甚至對(duì)胚胎有毒害作用？改進(jìn)：1）關(guān)掉孵化箱內(nèi)的照明燈，并對(duì)孵化箱的觀察窗進(jìn)行遮光處理；2）設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)：9 個(gè)孵化杯中，3 個(gè)加抑菌水，3 個(gè)加濃度為5%的酒精、3 個(gè)不加抑菌水。結(jié)果：未加抑菌水的3 個(gè)胚胎分別于第3 天、第4 天死亡；加濃度為5%的酒精的胚胎分別于當(dāng)天、第2 天死亡；加抑菌水的胚胎繼續(xù)發(fā)育。說(shuō)明選用的抑菌水對(duì)無(wú)殼孵化非常重要，酒精雖然有殺菌的作用，但由于刺激性過(guò)強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致胚胎死亡。

第3 次實(shí)驗(yàn)：使用13 個(gè)種蛋，3 個(gè)未受精，5 個(gè)前7 d 陸續(xù)死亡，4 個(gè)在第10 天死亡，1 個(gè)到第21天死亡。推測(cè)實(shí)驗(yàn)失敗的原因：1）通過(guò)查閱資料了解到，孵化的前幾天很關(guān)鍵，胚胎對(duì)環(huán)境的變化非常敏感。為了觀察，學(xué)生頻繁打開(kāi)孵化箱、拿出孵化杯，引起溫度、濕度突然改變，對(duì)胚胎發(fā)育有很大的影響；2）小雞出膜也是一個(gè)難關(guān)，需要在發(fā)育第19～20 天進(jìn)行人工助產(chǎn)。改進(jìn)：1）使用紅外夜視攝像頭代替人進(jìn)行觀察（圖4），通過(guò)手機(jī)監(jiān)測(cè)胚胎發(fā)育情況，從而減少打開(kāi)孵化箱的時(shí)間和頻率；使用攝像頭也提高了拍攝清晰度（圖5）；2）制作固定杯架，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻蛋，避免人工翻蛋導(dǎo)致溫度、濕度的改變；3）到第19～20 天，根據(jù)胚胎發(fā)育情況，進(jìn)行出膜助產(chǎn)。

圖4 用紅外夜視攝像頭拍攝

圖5 夜視攝像頭拍攝效果

第4 次實(shí)驗(yàn)：使用13 個(gè)種蛋，大部分胚胎仍然在前期死亡，有2 個(gè)胚胎繼續(xù)發(fā)育到第21 天，出膜前死亡。推測(cè)實(shí)驗(yàn)失敗的原因：胚胎發(fā)育前期死亡率高，可能是由于孵化溫度偏低。改進(jìn)：將孵化箱自動(dòng)設(shè)置的溫度37.8℃調(diào)高至38.2℃。

第5 次實(shí)驗(yàn)：13 個(gè)種蛋，2 個(gè)未受精，3 個(gè)7 d前死亡，其他胚胎繼續(xù)發(fā)育，但14 d 后陸續(xù)死亡，最后2 個(gè)發(fā)育到第21 天，但卵黃未完全吸收，進(jìn)行人工助產(chǎn)，開(kāi)膜后很快死亡。推測(cè)實(shí)驗(yàn)失敗的原因：1）適當(dāng)提高孵化溫度極大改善了胚胎前期死亡率高的情況，說(shuō)明溫度確實(shí)是影響胚胎發(fā)育最重要的因素之一，但較高的溫度又會(huì)引起了胚胎后期的死亡；2）可能無(wú)殼孵化的胚胎發(fā)育較慢，到第21 天仍沒(méi)有發(fā)育成熟，不能進(jìn)行人工助產(chǎn)。改進(jìn)：1）進(jìn)行變溫孵化，1～7 d 38.2℃，8～16 d 37.8℃，17～21 d 37.6℃。同時(shí)，到胚胎發(fā)育后期，適當(dāng)增大濕度；2）監(jiān)測(cè)胚胎發(fā)育情況，等卵黃吸收完全，再進(jìn)行開(kāi)膜助產(chǎn)。

通過(guò)不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材和方法后，進(jìn)行了第6 次實(shí)驗(yàn)。本次用了13 個(gè)種蛋，3 個(gè)未受精，4 個(gè)在14 d 前陸續(xù)死亡，6 個(gè)發(fā)育到第21 天，實(shí)驗(yàn)的情況比前幾次有很大的改善。但小雞到后期生命力逐漸減弱，開(kāi)膜后仍然很快死亡。通過(guò)查閱資料了解到：科研人員做實(shí)驗(yàn)時(shí)，也出現(xiàn)了胚胎發(fā)育到第10 天大批死亡的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)的成功率僅高于1/15。所以，無(wú)殼孵化實(shí)驗(yàn)確實(shí)有一定難度。雖然實(shí)驗(yàn)多次失敗，但學(xué)生在失敗中不斷反思、研究、總結(jié)，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材和方法，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不斷改善，在一步步地向成功靠近，尤其是最后一次接近成功的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)極大增強(qiáng)了學(xué)生繼續(xù)實(shí)踐的信心[2]。

6 實(shí)驗(yàn)成果及意義

1）錄制孵化視頻，作為教學(xué)素材展示給學(xué)生，讓學(xué)生清晰地觀察到小雞胚胎發(fā)育的整個(gè)過(guò)程。第1 天：胚胎還只是一個(gè)“小白點(diǎn)”，即胚盤(pán)。第3 天：胚盤(pán)處出現(xiàn)了肉眼可見(jiàn)的血管和心跳。第4 天：胚胎出現(xiàn)了眼睛。第7 天：尿囊明顯可見(jiàn)，胚胎從“小白點(diǎn)”長(zhǎng)成“小肉球”，卵白減少。第9 天：胚胎雛形明顯，血管豐富，尿囊增大。第11 天：血管加粗，頭部輪廓清晰可見(jiàn)（圖6）。第12天：胚胎初步成型，卵黃減少。第13 天：各個(gè)器官發(fā)育明顯，能清晰地觀察到喙、翅、脛部、腳和腳趾等（圖7）。第15 天：長(zhǎng)出了眼瞼，能觀察到眼瞼開(kāi)合。第16 天：羽毛長(zhǎng)長(zhǎng)，覆蓋全身，卵黃繼續(xù)減少（圖8）。第17 天：尿囊液減少，由于胚胎產(chǎn)生了大量的廢物而變渾濁。開(kāi)始給小雞額外輸氧，保證后期正常發(fā)育。第19 天：卵黃繼續(xù)減少，胚胎活動(dòng)減少。第20 天：卵黃大部分被吸收。第21 天：小雞的喙伸出尿囊膜，啟動(dòng)肺呼吸，發(fā)出第1 次叫聲。通過(guò)視頻，學(xué)生能清楚地觀察到小雞是由胚盤(pán)發(fā)育而來(lái)，卵黃和卵白提供營(yíng)養(yǎng)。這樣使教學(xué)更生動(dòng)直觀，更能激發(fā)學(xué)生的興趣。

圖6 第11 天的雞胚胎

圖7 第13 天的雞胚胎

圖8 第16 天的雞胚胎

2）關(guān)注和結(jié)合科學(xué)熱點(diǎn)，將生物科學(xué)的最新研究成果與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合。讓學(xué)生走近科學(xué)，嘗試開(kāi)展科學(xué)研究。

3）了解胚胎發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)要求，探究環(huán)境因素及藥物對(duì)胚胎發(fā)育的影響。理解無(wú)殼孵化的科研價(jià)值。

4）清晰地觀察雞胚胎發(fā)育的過(guò)程，見(jiàn)證生命的怒放，感受科學(xué)和大自然的神奇力量。

5）簡(jiǎn)化、改進(jìn)原實(shí)驗(yàn)，盡量利用身邊的器具或選購(gòu)經(jīng)濟(jì)適用的材料，降低成本，使實(shí)驗(yàn)具有可操作性和推廣性。

6）讓學(xué)生獲得課外知識(shí)、開(kāi)拓視野，通過(guò)親身體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新思維。同時(shí)，感受科學(xué)研究的艱辛與不易，培養(yǎng)敢于嘗試、勇于探索、堅(jiān)韌不拔的科學(xué)精神。