孫 方

“細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”是普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)生物教科書必修模塊!第六章第一節(jié)“細(xì)胞增殖”中安排的一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)。目的是通過(guò)探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率之間的關(guān)系，探討細(xì)胞不能無(wú)限長(zhǎng)大的原因。該實(shí)驗(yàn)看似簡(jiǎn)單，其實(shí)蘊(yùn)含了許多培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)資源與契機(jī)，亟待開(kāi)發(fā)和利用。

一、轉(zhuǎn)換新的視角，引發(fā)逆向思維

教科書中該實(shí)驗(yàn)是用含酚酞的瓊脂塊模擬細(xì)胞，以NaOH溶液模擬細(xì)胞外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以瓊脂塊中NaOH滲入部分變?yōu)樽霞t色來(lái)模擬外界物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)細(xì)胞。學(xué)生通過(guò)該模擬實(shí)驗(yàn)探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率之間關(guān)系的過(guò)程中，注意力都集中在對(duì)瓊脂塊變化的觀察及分析上。然而，學(xué)生觀察到的只是外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸，是單向運(yùn)輸，由此得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論并不客觀、全面。教師還要適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換觀察的角度，從只觀察瓊脂塊的變化，轉(zhuǎn)向觀察Na0H溶液的變化，并層層設(shè)問(wèn)：NaOH溶液有無(wú)變化?有何變化?這變化意味著什么?讓學(xué)生從另一個(gè)角度去觀察、思考和討論，訓(xùn)練學(xué)生的逆向思維。

學(xué)生通過(guò)轉(zhuǎn)換觀察視角，發(fā)現(xiàn)無(wú)色透明的NaOH溶液變?yōu)樽霞t色，這表明瓊脂塊中酚酞向外滲出，由此得出物質(zhì)運(yùn)輸具有雙向性的結(jié)論：既有外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)輸入，又有細(xì)胞代謝產(chǎn)物的輸出。這使物質(zhì)運(yùn)輸效率具有了新的含義。

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)材料，訓(xùn)練批判思維

創(chuàng)新源于問(wèn)題，因此要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的知識(shí)不滿足，對(duì)已有的結(jié)論不輕信，甚至對(duì)教科書中設(shè)置的實(shí)驗(yàn)也敢于大膽質(zhì)疑，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。教師可以組織學(xué)生對(duì)教科書實(shí)驗(yàn)的材料、方法和試劑的選擇等進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析，找出其中的不足之處，訓(xùn)練學(xué)生的批判思維。如，有的學(xué)生提出教科書中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在一定的安全隱患：酚酞易引起皮膚過(guò)敏，NaOH有腐蝕性，若接觸不慎，會(huì)引起皮膚、呼吸道、消化道的嚴(yán)重?fù)p傷。找到教科書中實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，也就找到了革新的目標(biāo)，這就是創(chuàng)造學(xué)上的“缺點(diǎn)列舉法”。為此，學(xué)生們提出了很多解決辦法。他們結(jié)合已有的化學(xué)知識(shí)，提出Na₂CO₃無(wú)腐蝕性，呈弱堿性，遇酚酞同樣也可產(chǎn)生紫紅色的顏色反應(yīng)，可以考慮用Na₂CO₃替代NaOH，降低實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的不安全性。此時(shí)，教師應(yīng)及時(shí)對(duì)學(xué)生發(fā)表的評(píng)價(jià)意見(jiàn)及解決方法表示肯定和鼓勵(lì)，學(xué)生敢于質(zhì)疑本身就是創(chuàng)新的個(gè)性品質(zhì)。同時(shí)，教師應(yīng)抓住時(shí)機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：雖然用Na₂CO₃替代NaOH，解決了NaOH腐蝕性強(qiáng)的問(wèn)題，但酚酞易引起皮膚過(guò)敏的問(wèn)題仍然沒(méi)有解決，能否采用其他實(shí)驗(yàn)材料來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?學(xué)生的探究興趣又一次被激發(fā)，他們討論熱烈、共同研究，不時(shí)閃現(xiàn)思維的火花。最后提出了用含淀粉的瓊脂塊替代含酚酞的瓊脂塊，用含有I₂的KI溶液取代NaOH溶液的改進(jìn)措施。含有I₂的KI溶液遇淀粉會(huì)產(chǎn)生藍(lán)色的顏色反應(yīng)，便于實(shí)驗(yàn)觀察和分析，同時(shí)，淀粉和含有工2的Ⅺ溶液不存在腐蝕性，安全可靠。這些改進(jìn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，取得良好的效果，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)材料的創(chuàng)新。

三、更新研究方法，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

該實(shí)驗(yàn)除讓學(xué)生按照教科書要求，運(yùn)用常規(guī)的觀察、實(shí)驗(yàn)等研究方法外，還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)把復(fù)雜的研究對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)合理簡(jiǎn)化后，建立一個(gè)能用數(shù)學(xué)方法揭示研究對(duì)象規(guī)律的數(shù)學(xué)關(guān)系式，即構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。

教科書中該實(shí)驗(yàn)的目的是探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中到底什么因素可以反映物質(zhì)運(yùn)輸?shù)男剩?xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率之間存在著怎樣的關(guān)系，是本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。為了很好地解決這一難點(diǎn)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)前可以讓學(xué)生分析預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)中可以反映物質(zhì)運(yùn)輸效率的因素有哪些：是一定時(shí)間內(nèi)NaOH擴(kuò)散進(jìn)瓊脂塊的深度，是NaOH擴(kuò)散進(jìn)瓊脂塊的體積，還是NaOH擴(kuò)散進(jìn)瓊脂塊的體積與整個(gè)瓊脂塊體積的比值?教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的分析先提出假設(shè)，然后利用實(shí)驗(yàn)中獲得的NaOH擴(kuò)散進(jìn)瓊脂塊的深度等測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，揭示細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸效率的關(guān)系。

通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，可以幫助學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到同一時(shí)刻不同體積的瓊脂塊中NaOH擴(kuò)散深度是一樣的。很顯然，NaOH擴(kuò)散深度是不能反映物質(zhì)運(yùn)輸效率的，真正反映物質(zhì)運(yùn)輸效率的是Na0H擴(kuò)散進(jìn)瓊脂塊的體積與整個(gè)瓊脂塊體積的比值。細(xì)胞體積越小，NaOH擴(kuò)散進(jìn)瓊脂塊的體積與整個(gè)瓊脂塊體積的比值越大，物質(zhì)運(yùn)輸效率就越高：細(xì)胞體積越大，NaOH擴(kuò)散進(jìn)瓊脂塊的體積與整個(gè)瓊脂塊體積的比值越小，物質(zhì)運(yùn)輸效率就越低。再通過(guò)邏輯推理，得出細(xì)胞不能無(wú)限長(zhǎng)大的原因。

素質(zhì)教育的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，而素質(zhì)教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)正是通過(guò)每一節(jié)課、每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)點(diǎn)滴滴培養(yǎng)的長(zhǎng)期積累過(guò)程。教師可結(jié)合教科書實(shí)驗(yàn)，挖掘更多的資源，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面作更多的嘗試。