探究“單細(xì)胞生物草履蟲對外界刺激的反應(yīng)”

摘要：“單細(xì)胞生物草履蟲對外界刺激的反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力的重要方式之一。因?yàn)椴萋南x個體微小，需要借助顯微鏡才能看得到，所以教師指導(dǎo)學(xué)生完成對草履蟲的形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察活動、了解它所具有的生命活動特點(diǎn)，并設(shè)計方案、進(jìn)行探究草履蟲對外界刺激的反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及分析，是有利于培養(yǎng)學(xué)生接觸生物和觀察能力的提高。也有利于提高學(xué)生對生物的興趣和生物如何趨利避害及對環(huán)境適應(yīng)性的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：生物實(shí)驗(yàn)；草履蟲；探究；分析

人類的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)知識，是人類長期主動觀察、實(shí)踐、探索、實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。生物課就是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)活動的重要組成部分。所以，生物課上引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動中進(jìn)行主動的觀察、探究、討論、交流，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力所必須的。《國務(wù)院關(guān)于基礎(chǔ)教育改革與發(fā)展的決定》也指出，要“繼續(xù)重視基礎(chǔ)知識、基本技能的教學(xué)，并關(guān)注情感態(tài)度的培養(yǎng)，充分利用各科課程資源，培養(yǎng)學(xué)生收集處理信息的能力，開展研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、研究問題、解決問題的能力；鼓勵學(xué)生合作學(xué)習(xí)、促進(jìn)學(xué)生之間相互交流、共同發(fā)展，促進(jìn)教學(xué)相長！”

初中生物的許多實(shí)驗(yàn)是重復(fù)前人的探索、推測、驗(yàn)證等認(rèn)識過程，但對初中學(xué)生來說是未知領(lǐng)域，作為教師如何對所做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，正是要認(rèn)真思考的事。通過實(shí)驗(yàn)分析，把實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等鏈接起來，就可看出實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)性與可行性，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。以下是筆者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作法與體會。

一、實(shí)驗(yàn)原理分析，體驗(yàn)知識的發(fā)生發(fā)展過程

商務(wù)印書館出版的《現(xiàn)代漢語詞典》，對“原理”一詞的解釋是：“帶有普遍性的、最基本的、可以作為其他規(guī)律的基礎(chǔ)的規(guī)律；具有普遍意義的道理?！蹦敲矗飳?shí)驗(yàn)原理就該是指為檢驗(yàn)或驗(yàn)證某種科學(xué)理論（即教材中某種基礎(chǔ)理論知識）而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的基本的、帶有普遍規(guī)律性的道理。生物實(shí)驗(yàn)原理是生物實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，聯(lián)系著實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)步驟，是用科學(xué)探究的方法驗(yàn)證某一生物學(xué)理論或探究某一生物問題的理論依據(jù)。

生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計必須遵循的原則包括科學(xué)性原則（增加）、單一變量原則、對照性原則等。本實(shí)驗(yàn)的原理是檢驗(yàn)草履蟲對刺激的反應(yīng)，觀察它對外界刺激的各種反應(yīng)。我們可以通過實(shí)驗(yàn)證明，草履蟲對鹽的確存有應(yīng)激反應(yīng)，并從此推論在鹽堿土壤中一般植物幾乎不能生存，這是因?yàn)楫?dāng)外界溶液濃度大于細(xì)胞液濃度使細(xì)胞會失水而死亡。那么如何分析這些原則呢？

1、科學(xué)性原則分析

科學(xué)性原則指“實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊鞔_，實(shí)驗(yàn)原理要正確，實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)手段的選擇要恰當(dāng)，整個設(shè)計思路和實(shí)驗(yàn)方法的確定，都不能偏離生物學(xué)基本知識和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。他具有兩個方面的含義：首先必須保證實(shí)驗(yàn)的設(shè)計不出現(xiàn)科學(xué)性錯誤；其次，實(shí)驗(yàn)設(shè)計要具有科學(xué)思想和科學(xué)方法的因素”。本例正是依照“單細(xì)胞生物也能對外界環(huán)境的變化作出適當(dāng)反應(yīng)”這一原理而設(shè)計的。

2、單一變量原則分析

單一變量原則中的變量指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者控制的因素或條件。食鹽為本次試驗(yàn)的變量，但食鹽的多少、濃度等都是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要因素，量少會出現(xiàn)載玻片中左、右兩側(cè)培養(yǎng)液中的草履蟲數(shù)量不變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不明顯；學(xué)生會誤得出“食鹽對草履蟲沒影響”的結(jié)論。

3、對照性原則分析

對照性原則是指在實(shí)驗(yàn)組中，其他實(shí)驗(yàn)條件都相同而有某個關(guān)鍵條件（變量）不同，以此增強(qiáng)對條件與結(jié)果之間關(guān)系的理解。本次實(shí)驗(yàn)中加鹽的培養(yǎng)液是實(shí)驗(yàn)組，沒有加鹽的培養(yǎng)液是對照組。通過這樣分組既增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性，也使實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性得到保證。

實(shí)驗(yàn)原理是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的依據(jù)。原理不明，導(dǎo)致目的不清，實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性被破壞，這也是學(xué)生常出錯的原因之一。由此可以看出在實(shí)驗(yàn)前有必要對實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行分析，增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)習(xí)目的的認(rèn)知性。

二、實(shí)驗(yàn)過程分析，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

1、發(fā)現(xiàn)問題，提出假設(shè)

提出“草履蟲能夠?qū)δ撤N刺激（如光、化學(xué)物質(zhì)等）可能產(chǎn)生哪些反應(yīng)”等問題。激起學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)，使他們對實(shí)驗(yàn)自始至終保持濃厚的興趣。

作出假設(shè)是草履蟲能夠?qū)δ撤N刺激產(chǎn)生如趨向或避開這種刺激的反應(yīng)。

2、選擇實(shí)驗(yàn)材料、器具

“雜交水稻之父”袁隆平院士，在對水稻的研究中，正因找到了表現(xiàn)雜種優(yōu)勢的水稻植株，使雜交水稻的培育獲得成功，為解決糧食短缺問題做出了巨大的貢獻(xiàn)?？梢娺x擇適合的實(shí)驗(yàn)材料是初中生物實(shí)驗(yàn)的條件之一。

本次實(shí)驗(yàn)的材料是草履蟲，草履蟲是最原始的單細(xì)胞原生動物，在實(shí)驗(yàn)中能表現(xiàn)出對各種外界環(huán)境的應(yīng)激反應(yīng)。草履蟲很容易培養(yǎng)，找來新鮮蘆葦或稻草，剪成一寸長數(shù)段，放在大燒杯中，注入自來水，制成浸泡液，放在有陽光下25℃以上的環(huán)境中，可在浸泡液內(nèi)加入少許熟雞蛋黃，能促進(jìn)其生長。

通過對選擇生物實(shí)驗(yàn)材料的分析，要讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)對材料的挑選是有嚴(yán)格要求的，須本著科學(xué)的態(tài)度，不能圖一時的方便，否則就無法達(dá)到預(yù)期的效果。

3、設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)選擇對照比較實(shí)驗(yàn)方案。對照比較實(shí)驗(yàn)是在兩個相似組樣中進(jìn)行，其中一個是已經(jīng)確定其結(jié)果的事物，稱之為“對照組”，讓其自然發(fā)展，實(shí)驗(yàn)者對之不加干涉；另一組是未穩(wěn)中有降的、需要研究的事物，稱其為“實(shí)驗(yàn)組”。將實(shí)驗(yàn)組中的未知因素同對照組的已知因素進(jìn)行對照比較，通過對實(shí)驗(yàn)組的人為干預(yù)，以確定該因素的影響作用。對照比較實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)研究中是廣泛應(yīng)用的。

本實(shí)驗(yàn)選擇草履蟲為實(shí)驗(yàn)材料，以有無食鹽為變量，進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)控制變量。觀察指標(biāo)是草履蟲狀況，屬于探究性實(shí)驗(yàn)，本次為雙組單變量對照實(shí)驗(yàn)，施加變量的為實(shí)驗(yàn)組，不施加變量的是對照組。

4、實(shí)施實(shí)驗(yàn)的步驟：

第一步 在載破片上滴兩滴草履蟲培養(yǎng)液，用牙簽在兩滴培養(yǎng)液液滴之間劃出一條連接通道。

第二步 在載玻片上的一側(cè)含草履蟲的培養(yǎng)液中（或在左側(cè)培養(yǎng)液中）滴入1～2滴（或少許）食鹽液滴。

第三步 讓學(xué)生在顯微鏡下觀察草履蟲的運(yùn)動。用討論交流的方式說出觀察到的現(xiàn)象。

第四步 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出相應(yīng)的結(jié)論。

5、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論

第一種可能從顯微鏡看到加鹽的培養(yǎng)液中草履蟲比原來的少，而沒有加鹽的培養(yǎng)液中的草履蟲比原來多了，即載玻片上加鹽的培養(yǎng)液中的草履蟲從一側(cè)由通道游向沒有加鹽的培養(yǎng)液，說明試驗(yàn)成功，學(xué)生能分析出正確結(jié)論：食鹽對草履蟲是有影響的，草履蟲在逃避過量鹽水帶來的有害刺激。

第二種可能通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)載玻片中左、右兩側(cè)培養(yǎng)液的草履蟲數(shù)量不變；這說明食鹽水濃度與草履蟲體內(nèi)實(shí)驗(yàn)濃度相等，食鹽對草履蟲沒影響，實(shí)驗(yàn)沒有成功。

第三種可能 絕大部分草履蟲從一側(cè)游向加鹽的培養(yǎng)液，說明食鹽含量過低，食鹽對草履蟲是有利的影響，草履蟲有趨向有利刺激。

不過最后得出的結(jié)論，仍要根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果得出。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果是實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其中實(shí)驗(yàn)變量起了決定作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)論又是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出的一種理論推論，二者是因果關(guān)系，使實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果的分析，培養(yǎng)觀察和思考能力

1、通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析培養(yǎng)觀察能力

本次實(shí)驗(yàn)先在低倍鏡下觀察，可容易看到草履蟲的外形與運(yùn)動。不過在制作草履蟲臨時玻片標(biāo)本時，應(yīng)取少許棉花，將其撕松放在載玻片中部，再用滴管吸取草履蟲培養(yǎng)液，滴在棉花纖維中間，蓋上蓋玻片，以限制草履蟲的游動，使觀察更容易。

同時，光亮度要稍暗，保證草履蟲與周圍背景有一定的明暗反差，這樣草履蟲的形態(tài)（倒轉(zhuǎn)的草鞋底）、體表纖毛、口溝的位置及細(xì)小藻類進(jìn)入。

口溝可清晰見到，草履蟲游泳時的特點(diǎn)（旋轉(zhuǎn)前進(jìn)）、當(dāng)遇到阻擋物時蟲體游動方向等等也可清晰見到。之后再轉(zhuǎn)用高倍鏡觀察，在高倍鏡下，可觀察到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、伸縮泡、食物泡等。同時與課本上理論知識相結(jié)合，起到加深理解和鞏固已學(xué)知識的目的，也有助于實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

學(xué)習(xí)生物離不開觀察。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師須引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察實(shí)驗(yàn)變化，啟發(fā)學(xué)生分析思考，同時讓其通過自己的觀察分析得出結(jié)果，而不是急于下結(jié)論。這也符合新課程理念，即讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)。

著名的生物學(xué)家達(dá)爾文曾說過：“我既沒有突出迅速的理解力，也沒有過人的機(jī)智，我覺得對事物進(jìn)行仔細(xì)地觀察的能力上，我是超過中等水平的人們的?！敝韺W(xué)家巴甫洛夫在他的實(shí)驗(yàn)室里刻著“觀察，觀察，再觀察”的警句?？梢娪^察的重要性。

2、通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析培養(yǎng)思考能力

實(shí)驗(yàn)分析一方面可以找出并排除影響因素，使實(shí)驗(yàn)重做能獲得成功；另一方面，還可以總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，甚至可能還有意外的收獲、新的發(fā)現(xiàn)，這在科學(xué)史上是不乏其例的。我們在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，首先對實(shí)驗(yàn)的根本目的要有深刻的認(rèn)識；同時要重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還要重視分析結(jié)果。不能只滿足于實(shí)驗(yàn)的成功，而不愿對實(shí)驗(yàn)失敗的原因進(jìn)行分析等。

不論分組實(shí)驗(yàn)還是演示實(shí)驗(yàn)，不可能萬無一失，對成功的要展示給大家看，對實(shí)驗(yàn)效果不好的，幫助分析原因，為什么沒能達(dá)到預(yù)期效果，有幾種可能情況，應(yīng)該怎么改，從而提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

四、挖掘開拓實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并關(guān)注新問題

陶行知提出“教學(xué)做合一”，“事怎樣做便怎樣學(xué)，怎樣學(xué)便怎樣教。教而不做，不能算是教;學(xué)而不做，不能算是學(xué)。教與學(xué)都以做為中心”。陶行知特別強(qiáng)調(diào)要親自在“做”的活動中獲得知識。因此，做實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)真是實(shí)現(xiàn)陶行知教育思想的最好途徑。這要求教師尊重學(xué)生，注意教學(xué)之外的生活，指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際的活動中學(xué)好本領(lǐng)，培養(yǎng)他們的生活能力。這對我們現(xiàn)在的教學(xué)方式也有啟發(fā)之處。

1、通過“多問”引導(dǎo)“多思”

聰明在于多問多思，疑問易使學(xué)生產(chǎn)生好奇心。教師在授課時，可以要求學(xué)生聯(lián)系教學(xué)內(nèi)容邊觀察、邊思考，并發(fā)現(xiàn)和提出新問題，從而引起積極的思維活動。如補(bǔ)充些討論的問題或作進(jìn)一步探究，如草履蟲對光或糖的刺激有什么樣的反應(yīng)？草履蟲這種趨利避害的反應(yīng)，對其生活有什么意義？（草履蟲的趨利避害的特性有利于其對環(huán)境的適應(yīng)性和生存能力。）再如草履蟲對外界刺激產(chǎn)生反應(yīng)，是通過神經(jīng)系統(tǒng)完成的嗎？為什么？（不是，因草履蟲是單細(xì)胞生物，沒有神經(jīng)系統(tǒng)的分化。）

2、通過“分析”引導(dǎo)“思考”

對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析是提高學(xué)生分析能力的重要環(huán)節(jié)。從心理學(xué)看，有系統(tǒng)有條理地進(jìn)行觀察，便于輸入信息的加工儲存，提高感知效率，突出重點(diǎn)，避免遺漏，

做到全面認(rèn)識觀察對象。以往的教學(xué)和備課中還發(fā)現(xiàn)，學(xué)生不一定按照原計劃要求

或在教師的指導(dǎo)完成操作，而是以他們個人的解釋來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此教師還要注重觀察分析，在實(shí)驗(yàn)中關(guān)注學(xué)生原有的知識經(jīng)驗(yàn)，從學(xué)生的角度出發(fā)，關(guān)注他們的操作過程和方法，引導(dǎo)其學(xué)會實(shí)驗(yàn)，使之在實(shí)驗(yàn)中真正理解知識，掌握技能。

總之，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)活動的重要組成部分。結(jié)合學(xué)生實(shí)際，重視實(shí)驗(yàn)設(shè)計。有針對性的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，讓學(xué)生帶著問題去觀察和思考，正是《全日制義務(wù)教育生物課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求。實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得了生物基礎(chǔ)知識，掌握了基本技能，培養(yǎng)了觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作能力，分析和解決問題等綜合能力。提高了學(xué)生對生物學(xué)的興趣，養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。而實(shí)驗(yàn)中暴露出的問題，也將成為教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)分析中努力改進(jìn)的方面。