摘要：為了輔助學(xué)生構(gòu)建“鳥類具有適應(yīng)其生活方式和環(huán)境的主要特征”的次位概念，本文選用雞卵和鵪鶉卵為實驗材料，嘗試拓展蘇教版初中生物學(xué)教材中“觀察鳥卵的結(jié)構(gòu)”實驗，按照從外往內(nèi)的順序，設(shè)計卵殼的形狀顏色、承受力、防腐、透氣、保濕、鈣源、卵殼膜的滲透、卵黃膜的保溫系列探究實驗，同時設(shè)計“愛鳥周”活動，以期深入學(xué)習(xí)教材知識，理解鳥類的生殖發(fā)育與生物進化之間的關(guān)系，提升學(xué)生的科學(xué)思維和探究實踐的能力，同時滲透生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)中生命觀念和態(tài)度責(zé)任的教育。

關(guān)鍵詞：鳥卵結(jié)構(gòu) 探究實驗 初中生物 核心素養(yǎng)

“觀察鳥卵的結(jié)構(gòu)”實驗，是蘇教版初中生物學(xué)八年級下冊“鳥類的生殖與發(fā)育”中的重要內(nèi)容。教材中此實驗的目的是通過了解雞卵的結(jié)構(gòu)從而了解鳥類的生殖特征，進一步滲透鳥類進化與適應(yīng)陸地生活的觀念。但教材中的實驗傾向于觀察雞卵內(nèi)外的結(jié)構(gòu)，缺乏對“鳥卵在胚胎發(fā)育過程中具有保護作用”等知識點的實驗驗證。學(xué)生很難將卵殼、卵殼膜和卵黃膜的結(jié)構(gòu)特征與生物的生殖、進化等知識聯(lián)系起來。

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）明確指出，培養(yǎng)學(xué)生初步形成生物學(xué)的結(jié)構(gòu)和功能觀、進化與適應(yīng)觀等生命概念，初步形成科學(xué)探究和跨學(xué)科實踐能力，通過資料分析和實驗觀察等活動，幫助學(xué)生分析不同生物之間的親緣關(guān)系，形成進化與適應(yīng)的概念。

本文在學(xué)生已學(xué)習(xí)了解雞卵相應(yīng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將觀察實驗創(chuàng)新設(shè)計為系列化的探究實驗，引發(fā)學(xué)生批判和質(zhì)疑。學(xué)生通過小組合作、跨學(xué)科知識交融以及教學(xué)評一體的方式，對雞卵相關(guān)結(jié)構(gòu)的功能進行深入探究?；诳茖W(xué)事實理解結(jié)構(gòu)與功能相適觀，認(rèn)同鳥類進化適應(yīng)陸地生活的觀點。通過多樣化“愛鳥周”實踐活動的開展，提升學(xué)生愛鳥、護鳥的社會責(zé)任感。

一、優(yōu)化實驗流程，體現(xiàn)教學(xué)評一體化

教師通過課前發(fā)放的預(yù)習(xí)任務(wù)單，將主觀和客觀相結(jié)合調(diào)查學(xué)生的興趣點。發(fā)現(xiàn)學(xué)生在已知雞卵各部分結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，想進一步探究看起來脆弱的雞卵如何起到保護作用。教師可引導(dǎo)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)問題、提出疑問、收集材料、設(shè)計實驗方案。課中學(xué)生完成實驗探究，解答疑惑。課后發(fā)放評價學(xué)習(xí)單，學(xué)生通過師評、生生互評和自評發(fā)現(xiàn)實驗過程中的問題和不足，實現(xiàn)教學(xué)評一體化。

二、創(chuàng)新實驗內(nèi)容，深化生物學(xué)核心素養(yǎng)

（一）“探究卵殼具有保護作用”的拓展實驗

1.觀察鳥卵的形狀和顏色

引導(dǎo)學(xué)生思考鳥卵的外部形狀和顏色與其生存之間是什么關(guān)系。通過觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)雞卵和鵪鶉卵都呈現(xiàn)出一端尖細、另一端鈍圓的不對稱橢球形狀。輕推雞卵和鵪鶉卵進行滾動實驗，能觀察到鳥卵總是轉(zhuǎn)圈滾動。學(xué)生討論得出，鳥卵的鈍端因為有氣室較輕，滾動時總是朝外運動，從而推測鳥卵特定的不對稱形狀能幫助其不易滾落掉出鳥巢，從而起到保護作用。

通過觀察不同鳥卵卵殼的顏色，發(fā)現(xiàn)卵殼的顏色和花紋各不相同，推測鳥卵的顏色可能與其生活的環(huán)境相關(guān)，起到保護色的作用，能幫助鳥類適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。

將鳥卵的外部形態(tài)與顏色與其他脊椎動物的卵進行比較，魚類、兩棲類的卵無卵殼，生殖過程離不開水。爬行動物雖然在陸地產(chǎn)卵，但是卵殼形狀是規(guī)則的正橢球形，且卵的顏色均為白色，大多數(shù)爬行動物的卵殼是一層軟殼，保護作用沒有鳥卵明顯。學(xué)生不難得出不同生物卵的進化程度與其陸地適應(yīng)性相關(guān)。

2.探究卵殼內(nèi)外承受力大小

學(xué)生嘗試用均勻的力握雞卵、腳輕踩在雞卵上，雞卵并沒有破碎。教師解釋卵殼結(jié)構(gòu)的“薄殼原理”，明確雞卵的結(jié)構(gòu)能夠把受到的壓力均勻地分散到卵殼的各個部分，引導(dǎo)學(xué)生理解卵殼的保護作用，同時也深化結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生質(zhì)疑，既然卵殼能分散力，為什么鳥類能夠破殼而出？推測卵殼內(nèi)外承受力可能不同，因此設(shè)計實驗：在桌子上放置兩個只有一半的卵殼，分別將凸面朝上和凹面朝上，用水筆的筆尖從同一高度垂直落下，觀察卵殼是否破損。實驗結(jié)果是凸面朝上，筆尖從卵殼表面滑落，而凹面朝上卻能輕易戳破卵殼。簡易的活動讓學(xué)生理解卵殼能保護內(nèi)部胚胎，但不影響雛鳥破殼。

3.探究鳥卵的防腐結(jié)構(gòu)

在培養(yǎng)皿中分別放入五種不同處理的雞卵，即未處理的雞卵、有裂縫的雞卵、去卵殼的雞卵、去卵殼和卵殼膜的雞卵、去卵殼和卵殼膜且攪混卵黃和卵白的雞卵，分別接入霉菌后，25 ℃培養(yǎng)箱恒溫培養(yǎng)，觀察與記錄實驗現(xiàn)象。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，處理過的雞卵材料分別在培養(yǎng)8 d、9 d、6 d、4d后均開始腐敗，而未處理的雞卵在此條件下培養(yǎng)17 d后內(nèi)部搖晃，出現(xiàn)霉點。實驗結(jié)果說明，卵殼能有效抵擋病原微生物的侵入，延長鳥卵的存活時間，具有防腐作用。

4.探究卵殼的透氣功能

探究卵殼的透氣功能可設(shè)計兩個實驗。實驗一是在溫水中放入雞卵，不久后水中便出現(xiàn)氣泡，鈍端氣泡較多。實驗二是在卵殼一端開一個小孔，去除內(nèi)容物，裝入滴有紅墨水的清水。用針筒將空氣注入卵殼，很快卵殼表面冒出紅色的水滴。根據(jù)實驗觀察到的現(xiàn)象推測卵殼表面并不是密不透風(fēng)的，而是存在著氣體交換的通道——氣孔。

宏觀實驗后，教師介紹微觀電鏡下的氣孔，讓學(xué)生真實感受氣孔的存在，進一步理解卵殼上的氣孔具有透氣功能，能為鳥卵的胚胎發(fā)育提供空氣。

5.探究雞卵的保濕功能

學(xué)生探究鳥卵中具有保濕作用的結(jié)構(gòu)是卵殼還是卵殼膜。實驗設(shè)計如下：準(zhǔn)備3支相同的量筒，分別量取10 mL的清水。在1號量筒口倒扣一個去卵殼膜的空雞卵殼，2號量筒口綁上卵殼膜，3號量筒不做處理。將量筒置于通風(fēng)有光照的地方，每天觀察記錄頁面的高度變化。

7 d后，1、2、3號量筒液面分別下降0.1 mL、0.5 mL、0.8 mL。分析數(shù)據(jù)，師生得出結(jié)論：卵殼具有保濕作用，能防止水分蒸發(fā)，維持胚胎發(fā)育過程中的水環(huán)境。該實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)收集和處理的能力，發(fā)展歸納、分析、整理的科學(xué)思維以及實踐探究的能力。

6.探究卵殼中的鈣

學(xué)生查閱文獻，發(fā)現(xiàn)研究鳥卵的17種卵殼樣品中，含量最高的是鈣元素。學(xué)生聯(lián)系化學(xué)學(xué)科焰色反應(yīng)的科學(xué)知識，在酒精燈上灼燒雞卵卵殼，比對灼燒卵殼的火焰顏色，認(rèn)識鈣元素的存在。了解到卵殼能為鳥類胚胎發(fā)育中骨骼的生長提供主要的鈣元素。該過程也加強了不同學(xué)科間的知識交流。

（二）探究卵殼膜的滲透作用

卵殼具有保護作用，卵殼膜能否同樣也有保護作用？通過查閱資料，學(xué)生掌握卵殼的主要成分為碳酸鈣，利用物理法、化學(xué)法等都能去除卵殼，其中用醋泡獲得去除卵殼的雞卵的方法最為簡單。浸泡后，出現(xiàn)一些呈泡沫狀的棕色物質(zhì)，通過查閱資料，學(xué)生明確這層物質(zhì)是護膜，是一種透明的蛋白質(zhì)薄膜，起保護作用。去殼的雞卵在不破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，能夠清楚地觀察到卵殼膜、卵白、卵黃和氣室的結(jié)構(gòu)。戳破卵殼膜，內(nèi)容物流出，證明卵殼膜也具有保護作用。

學(xué)生聯(lián)系七年級所學(xué)的“細胞吸水與失水”內(nèi)容，對卵殼膜的半透性產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。同時學(xué)生發(fā)現(xiàn)醋泡后雞卵體積出現(xiàn)了變大的現(xiàn)象，可用游標(biāo)卡尺測量、記錄完整雞卵和去卵殼后雞卵的長半徑及短半徑。

探究卵殼膜的滲透作用實驗中，學(xué)生配置不同濃度的蔗糖溶液，浸泡去殼雞卵。將去卵殼后雞卵浸泡在不同濃度（清水、0.1 g/mL、0.2 g/mL、0.3 g/mL、0.4 g/mL、0.5 g/mL）的蔗糖溶液中，2 d后，再次用游標(biāo)卡尺測量浸泡后的長半徑和短半徑，重復(fù)三組平行實驗，實驗記錄如表1。

實驗觀察得知，在清水和低濃度蔗糖溶液中，雞卵下沉，隨著溶液濃度升高，雞卵漂浮起來直至沒出水面。利用在線Excel表格收集不同小組測得的數(shù)據(jù)，學(xué)生整理和分析數(shù)據(jù)，繪制折線圖，結(jié)果表明雞卵的體積在0.3 g/mL蔗糖溶液中變化差值最?。辉谇逅?.1 g/mL、0.2 g/mL低濃度蔗糖溶液中體積增大，具有明顯吸水現(xiàn)象；在0.4 g/mL、0.5 g/mL高濃度蔗糖溶液中，雞卵失水體積縮小。通過本實驗，實驗結(jié)果實現(xiàn)從定性到定量的改變，學(xué)生能從定量的角度更科學(xué)地理解卵殼膜的半透性能很好地保持鳥卵內(nèi)部的滲透壓。

（三）探究卵黃膜的保溫作用

教材中提到卵黃和卵白之間有一層透明的卵黃膜。學(xué)生想進一步探究卵黃膜除了分隔卵黃和卵白之外，是否還有其他的作用。

準(zhǔn)備3組不同處理的雞卵，分別是卵白、完整的卵黃和去掉卵黃膜的卵黃，將其置于熱水中，觀察凝固時間。將卵白倒入熱水中瞬間就開始凝固，全部凝固用時1 min；完整卵黃凝固較慢，全部凝固用時7 min；去卵黃膜的卵黃全部凝固用時3 min。結(jié)果表明卵黃膜具有很好的隔熱保溫作用，該實驗也培養(yǎng)了學(xué)生尊重事實的科學(xué)態(tài)度。

三、延伸實驗材料，實現(xiàn)知識系統(tǒng)化

利用常見易得的鵪鶉卵豐富實驗材料，課外探究其他鳥卵的保護作用。分別對鵪鶉卵進行防腐、保濕和滲透實驗，觀察、記錄實驗結(jié)果，分析實驗結(jié)論。

（一）探究鵪鶉卵的防腐作用

將未處理的鵪鶉卵、有裂縫的鵪鶉卵、去卵殼的鵪鶉卵、去卵殼和卵殼膜的鵪鶉卵、去卵殼和卵殼膜且攪混的鵪鶉卵接入霉菌，放在25 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。處理的鵪鶉卵材料分別在培養(yǎng)7 d、8 d、6 d、4 d后均開始腐敗，未處理的鵪鶉卵在此條件下能培養(yǎng)15 d以上。實驗結(jié)果同樣體現(xiàn)卵殼阻擋微生物，有防止腐敗的作用。

（二）探究鵪鶉卵的保濕作用

將完整的鵪鶉卵和去除卵殼的鵪鶉卵置于培養(yǎng)皿中，放在通風(fēng)處，3 d后觀察。經(jīng)過觀察，完整卵3d后大小無變化，去卵殼的鵪鶉卵3 d后體積和彈性變小，水分流失，由此得出鵪鶉卵殼具有保護和保濕作用的結(jié)論。

（三）探究鵪鶉卵的滲透作用

操作方法同雞卵。實驗結(jié)果在0.3 g/mL蔗糖溶液中，鵪鶉卵體積變化最小。在清水、低濃度的蔗糖溶液和高濃度蔗糖溶液中，鵪鶉卵出現(xiàn)明顯吸水和失水現(xiàn)象，同時發(fā)現(xiàn)短半徑比長半徑變化大。定量觀察得出鵪鶉卵的卵殼膜同樣具有半透性的結(jié)論。

綜上所述，由雞卵的課堂探究到鵪鶉卵的課后延伸實驗，學(xué)生更深刻地認(rèn)同鳥卵在胚胎發(fā)育中的保護作用，構(gòu)建“鳥類具有適應(yīng)其生活方式和環(huán)境的主要特征”的次位概念，對鳥類的生殖與發(fā)育特征也實現(xiàn)了由個性到共性的思想認(rèn)知。同時，比較魚類、兩棲類、爬行類和鳥類的生殖發(fā)育，從卵的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度可以判斷出，鳥類適應(yīng)陸地生活的能力最強，符合生物從簡單到復(fù)雜、從低等到高等、從水生到陸生的進化規(guī)律。學(xué)生體會結(jié)構(gòu)與功能、進化與適應(yīng)的生命觀念，實現(xiàn)知識學(xué)習(xí)的連貫性和系統(tǒng)化，同時發(fā)展學(xué)生歸納分析的科學(xué)思維和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

四、拓展課外實踐活動，提升社會責(zé)任感

教師可拓展教材內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考鳥卵的知識在生活中的應(yīng)用，如生活中常見的拱形橋、頭盔、隔熱衣等均利用了鳥卵卵殼的特征來制造。策劃組織學(xué)生參與“愛鳥周”課外實踐活動，活動內(nèi)容包括繪制手抄報、孵化小雞、設(shè)計和制作簡易飼養(yǎng)臺、模型制作等，將課堂所學(xué)聯(lián)系實踐，將課堂延伸到課外、延伸到生活。學(xué)生在提升動手能力的同時，深感生命的神奇與不易，也了解到很多鳥類所面臨的生存危機，加強愛鳥護鳥、保護環(huán)境的責(zé)任感，升華拓展了實驗的實踐意義。

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責(zé)任編輯：趙瀟晗

本文系合肥市教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于核心素養(yǎng)的初中理化生科學(xué)史校本課程開發(fā)的實踐研究”的研究成果，課題立項號為HJG21116。