黃冬紅

摘 ? 要：“植物細(xì)胞的失水和吸水”是高中生物必做的一個重要的探究性實驗，同時“植物細(xì)胞的失水和吸水”的應(yīng)用及變式實驗也一直是高考的重要考點。我們從“植物細(xì)胞的失水和吸水”的教學(xué)困惑、現(xiàn)狀出發(fā)，利用農(nóng)村高中簡陋的實驗條件，通過器材的優(yōu)化、改裝為學(xué)生創(chuàng)造更多的探究方向。

關(guān)鍵詞：教學(xué)現(xiàn)狀;器材改裝;實驗擴展;高中生物

中圖分類號：G633.91 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1009-010X（2019）20/23-0071-04

一、問題的提出

《課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，重在引導(dǎo)學(xué)生主動參與探究過程、勤于動手和動腦，并逐步培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理科學(xué)信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力等，同時重點培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

筆者通過這幾年對南寧市縣級以下的農(nóng)村高中進(jìn)行調(diào)查了解得知，“分組探究——結(jié)果展示”已經(jīng)成為很多探究性課堂的主流模式，其有利于在有限的時間里、利用有限的資源完成更多假設(shè)的探索和驗證，并最終通過成果展現(xiàn)、交流讓每個探究組都能共享所有的探究結(jié)果。然而分組實驗在農(nóng)村高中的運用還存在一些弊端：每個組的探究條件不盡相同，想了解其他組的探究情況及結(jié)果只能通過最后的實驗展示環(huán)節(jié)，特別是動態(tài)實驗只能通過人的描述去了解，而描述人的描述水平又限制了實驗的準(zhǔn)確性。同時因為農(nóng)村高中的學(xué)生在口頭描述能力上還有一些不足，所以使得通過最終交流得出的結(jié)論容易產(chǎn)生分歧，由此導(dǎo)致分組探究性實驗的開展未能發(fā)揮它真正的優(yōu)勢。

二、“植物細(xì)胞的失水和吸水”實驗的教學(xué)現(xiàn)狀

“植物細(xì)胞的失水和吸水”為高中生物必修一《物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗分械奶骄繉嶒?，跟很多探究性實驗在農(nóng)村高中實驗課堂中的情況一樣，“分組探究——展示交流”看似如火如荼地

進(jìn)行著，但課堂教學(xué)效果卻大打折扣。在展示交流環(huán)節(jié)中，表述人的說服力不足，當(dāng)實驗結(jié)果跟所預(yù)計的有差別時容易造成不同探究組意見上的分歧，而且實驗現(xiàn)象無法還原，尤其是動態(tài)實驗，以致出現(xiàn)的問題無法得到有效解決，最終實驗中出現(xiàn)的問題也就不了了之了。長此以往，學(xué)生進(jìn)行探究的興趣及探究的程度會下降，探究程度的下降，又會影響實驗本身的擴展，使得實驗僅停留在課本的相應(yīng)探究環(huán)節(jié)上，如此不利于學(xué)生發(fā)散性思維的培養(yǎng)。

筆者在2015、2016連續(xù)兩年的高三復(fù)習(xí)中發(fā)現(xiàn)“植物細(xì)胞的失水和吸水”的應(yīng)用及變式實驗在練習(xí)和考試中出現(xiàn)的頻率較高，給學(xué)生的解題造成了不小的難度，如14年高考新課標(biāo)全國Ⅱ卷：

【2014年高考新課標(biāo)全國Ⅱ卷4題】將某植物花冠切成大小和形狀相同的細(xì)條，分為a、b、c、d、e和f組（每組的細(xì)條數(shù)相等），取上述6組細(xì)條分別置于不同濃度的蔗糖溶液中，浸泡相同時間后測量各組花冠細(xì)條的長度，結(jié)果如圖所示。假如蔗糖溶液與花冠細(xì)胞之間只有水分交換，則（ ? ）

A.實驗后，a組液泡中的溶質(zhì)濃度比b組的高

B.浸泡導(dǎo)致f組細(xì)胞中液泡的失水量小于b組的

C.a組細(xì)胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b組

D.使細(xì)條在浸泡前后長度不變的蔗糖濃度介于0.4～0.5mol·L-1之間

這道題，筆者在復(fù)習(xí)“物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式”一章中，曾作為例題在課堂上重點解析，不少學(xué)生表示能接受，然而在最后階段的復(fù)習(xí)中，復(fù)問率卻極高。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象究其原因主要還是因為諸如此類的擴展性實驗在實驗課中沒能有效擴展、沒有實踐，僅僅憑借教師課堂上的講解，也只能是紙上談兵，學(xué)生的固有思維沒有改變，特別對于農(nóng)村高中的學(xué)生來說，初、高中的實驗水平較低，設(shè)備較為簡陋，學(xué)生的實驗探究素養(yǎng)程度不高，故以實驗為背景的題目學(xué)生正答率低。

為了在有限的課堂時間內(nèi)，實施并開展更多的探究性實驗，筆者認(rèn)為必須滿足兩個條件：1.分組探究必不可少，分組探究能最大程度地縮短時間，有利于保障實驗的開展。2.在實驗結(jié)果展示及合并環(huán)節(jié)，探究組所得出的結(jié)論必須得到全部探究組的認(rèn)可，這就要求實驗的結(jié)論有憑有據(jù)。由于農(nóng)村高中的學(xué)生口頭表述能力有限，在講述實驗結(jié)果的時候若能將相關(guān)圖片、視頻等資料作為結(jié)論支持的依據(jù)，實驗結(jié)果的可信度會增強，同時這也有利于增強所有探究組的凝聚力，提高學(xué)生參與探究的積極性，進(jìn)而最終實現(xiàn)真正的探究結(jié)果共享。

為了解決這一問題，讓“植物細(xì)胞的失水和吸水”探究性實驗在課堂中更有效地開展和落實，筆者可利用農(nóng)村高中現(xiàn)有的簡陋的實驗條件，對顯微鏡進(jìn)行改裝，并運用于“植物細(xì)胞的失水和吸水”實驗中。

三、顯微鏡的改裝

圖1改裝所需要的材料（普通顯微鏡、鐵架臺、手機自拍桿、有拍照功能的手機）;圖2為改裝后的效果。

改裝操作及注意事項：

①粗調(diào)：將手機放在自拍桿上，并將自拍桿固定在鐵架臺上，如圖2所示，自拍桿距鐵架臺的距離為31.5cm左右。

②微調(diào)：將手機的攝像頭對準(zhǔn)目鏡，并調(diào)節(jié)自拍桿上的調(diào)節(jié)鈕（如圖3所示），在觀察固定裝片時（圖4），找到擺放手機最適合的位置。

改裝后的顯微鏡能利用最直觀的方式記錄實驗結(jié)果，尤其像質(zhì)壁分離和復(fù)原這樣的動態(tài)實驗，在展示交流環(huán)節(jié)中，除了展示人的描述外，視頻、圖片等資料能更真實地還原出實驗的過程及結(jié)果。這有利于探究性實驗更好地落實到位，同時運用改裝后的顯微鏡還能給本節(jié)實驗課提供更多可能的擴展和優(yōu)化。

四、改裝后的顯微鏡在“植物細(xì)胞的失水和吸水”中的擴展應(yīng)用

（一）學(xué)生討論提出探究問題

1.取材部位不同是否影響實驗結(jié)果的觀察。

2.不同試劑條件下洋蔥失水和吸水的情況是否相同。

3.原生質(zhì)層是否充當(dāng)半透膜的角色。

（二）學(xué)生自主設(shè)計的實驗探究過程

1.探究一：取材部位不同是否影響實驗結(jié)果的觀察

2.探究二：不同試劑條件下洋蔥失水和吸水的情況是否相同

探究活動：分組探究——全班八個學(xué)習(xí)小組兩人為一組，分別探究并完成0.3%的蔗糖、一定濃度KNO3、NaCl、95%的乙醇對洋蔥質(zhì)壁分離和復(fù)原的影響，同時用手機進(jìn)行相應(yīng)的錄像和拍照，并記錄發(fā)生質(zhì)壁分離的時間以及現(xiàn)象后完成以下表格：

（三）實驗結(jié)果展示及交流

1.各小組內(nèi)通過圖片展示、錄像講解等方式相互交流各自的探究結(jié)果，并匯總。

2.各小組之間交流各自的成果并得出結(jié)論，如有分歧，在實驗室的多媒體顯示屏上展示結(jié)果并指出疑點，供全班學(xué)生和教師進(jìn)行分析和判斷。

（四）實驗結(jié)論總結(jié)

1.不同的取材部位所含的色素不同，因此影響在顯微鏡下的觀察效果。

2.0.3%的蔗糖能使細(xì)胞出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，但是不能使其發(fā)生復(fù)原。

3.一定濃度的KNO3、NaCl能使洋蔥發(fā)生質(zhì)壁分離，且所用的時間比蔗糖短，效率更高，并且還能發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，這說明洋蔥細(xì)胞能選擇性地吸收K+、Na+、NO3–、Cl-。

4.原理上乙醇也能進(jìn)出洋蔥細(xì)胞，但是95%的乙醇并沒有發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，細(xì)胞形態(tài)并未改變，這說明細(xì)胞在該濃度下已經(jīng)死亡。

5.質(zhì)壁分離的現(xiàn)象說明原生質(zhì)層是一層半透膜，質(zhì)壁分離并復(fù)原的現(xiàn)象只能發(fā)生在活的細(xì)胞中。

五、實驗探究擴展

導(dǎo)入：從質(zhì)壁分離的自動復(fù)原實驗中，我們了解到植物細(xì)胞的原生質(zhì)層具有一定的選擇透過性，那最外層的細(xì)胞壁有沒有選擇透過性呢？如何去驗證這個說法呢？

學(xué)生對比推理：質(zhì)壁分離現(xiàn)象本身跟細(xì)胞內(nèi)的色素含量沒有關(guān)系，我們的質(zhì)壁分離現(xiàn)象之所以明顯是由于選取了色素含量多的表皮細(xì)胞，色素有利于我們觀察原生質(zhì)層跟細(xì)胞壁的分離現(xiàn)象。如果要探究外界溶液能否進(jìn)入細(xì)胞壁，能否進(jìn)入原生質(zhì)層，也可以以顏色作為觀察依據(jù)，顏色的設(shè)置跟質(zhì)壁分離實驗相反。

實驗設(shè)置：

1.選取洋蔥內(nèi)表皮細(xì)胞——色素含量很少（本文探究一結(jié)果）。

2.制備具有顏色的細(xì)胞外液——在0.3%的蔗糖溶液中加入紅墨水。

3.按照植物細(xì)胞失水的實驗操作步驟再操作一次。

4.觀察紅色細(xì)胞外液分布的位置，并對效果圖進(jìn)行拍照，然后各小組對照片中的現(xiàn)象進(jìn)行分析。

實驗現(xiàn)象及分析：

實驗現(xiàn)象：紅色細(xì)胞外液主要分布于原生質(zhì)層和細(xì)胞壁之間。

實驗結(jié)果分析：含有紅墨水的蔗糖溶液能通過細(xì)胞壁，但不能通過具有選擇透過性的原生質(zhì)層，這說明細(xì)胞壁在物質(zhì)的運輸過程中是全透的。

導(dǎo)入：植物細(xì)胞質(zhì)壁分離現(xiàn)象的發(fā)生跟半透膜的存在以及細(xì)胞內(nèi)外的濃度差有關(guān)，能否根據(jù)質(zhì)壁分離現(xiàn)象及外界溶液的濃度來確定植物細(xì)胞內(nèi)的濃度范圍呢？

學(xué)生討論：可以通過測量各濃度下細(xì)胞質(zhì)壁分離的程度來確定植物細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的濃度范圍，從而確定細(xì)胞內(nèi)液的濃度。

實驗設(shè)置：

1.以0.3%的蔗糖溶液為最高點，逐級遞減，往下設(shè)置8組相同濃度差的蔗糖溶液。

2.取相同部位的洋蔥外表皮細(xì)胞分別置于不同濃度的溶液中，每個學(xué)習(xí)小組觀察一個濃度下的洋蔥細(xì)胞是否發(fā)生質(zhì)壁分離并拍攝相應(yīng)的實驗結(jié)果。然后以尺子為工具，在結(jié)果圖片中（如圖6所示）測量出質(zhì)壁分離后的細(xì)胞體積（B）與分離前的細(xì)胞體積（A）的比例，然后進(jìn)行判斷。

農(nóng)村高中實驗設(shè)備的簡陋很大程度地限制了課堂中的探究擴展水平，本實驗通過引用改裝后的顯微鏡，增加了多媒體運用的靈巧性，為“植物細(xì)胞的失水和吸水”中學(xué)生提出的探究性假設(shè)提供了落實的可能性。

參考文獻(xiàn)：

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