例談高中生物學自主實驗的探究

余彩貴

現階段，高中生物學實驗課通常是教師講解，學生按照教師所給材料及教材設定的實驗步驟完成實驗。在實驗過程中學生缺乏獨立思考，更難談及實驗創新。實驗與生物學的發展是緊密聯系的，也是高中生物學教學、高考的重要內容。下面結合高中生物學教學實際，以案例的形式對高中生物學實驗課進行改進。

1 案例1：探究氣孔的功能

1.1 實驗原理

若將保衛細胞浸潤在0.3 g/mL的蔗糖溶液中，保衛細胞會因滲透作用失水，氣孔關閉;將保衛細胞浸潤在清水中，保衛細胞會因滲透作用吸水，氣孔開放。

1.2 材料用具

蠶豆葉，清水，0.3 g/mL的蔗糖溶液，刀片，鑷子，滴管，載玻片，蓋玻片，吸水紙，培養皿，顯微鏡，手機。

1.3 方法步驟

（1） 制作蠶豆葉下表皮的臨時裝片。

在載玻片中央滴1～2滴清水。取蠶豆葉片，從背面向內折疊，在折疊處輕輕撕拉，折斷處有無色的表皮（下表皮）。用鑷子夾取一小塊表皮，置于載玻片中央的液滴中展平，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片。

（2） 觀察氣孔。

取鏡、對光后，將制好的臨時裝片置于低倍鏡下觀察。

先用低倍物鏡觀察，再用高倍物鏡觀察，可觀察到蠶豆葉的表皮細胞、保衛細胞以及氣孔，如圖1所示。

從蓋玻片一側滴入質量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液，在蓋玻片的另一側用吸水紙吸引，重復幾次后，觀察氣孔的變化，如圖2所示。

觀察到氣孔關閉后，從蓋玻片一側滴入清水，在蓋玻片的另一側用吸水紙吸引，重復幾次后，觀察氣孔的變化，如圖3所示。

1.4 實驗評價

通過查閱資料，明確氣孔的開放、關閉與保衛細胞吸水、失水之間的關系。教師引導學生根據教材實驗“觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及質壁分離復原”，探究保衛細胞吸水、失水的條件以及實驗步驟的設計。4～5月正是蠶豆生長旺盛的日子。教師帶領學生去大田中采集相同部位長勢相似的蠶豆葉片，培訓學生制作裝片及使用光學顯微鏡。用手機對光學顯微鏡視野中觀察到的現象進行拍攝記錄也是需要重點培訓的內容。

完成實驗后，教師要求學生根據自己所做的實驗提出合適的問題。如“光學顯微鏡下蠶豆表皮細胞與保衛細胞的顏色有何區別？兩者在結構上又有什么不同？”“要使實驗結果更準確，應該怎么操作？”“請設計一張表格，用于記錄你的實驗結果。”“如何設計實驗探究影響氣孔開閉的因素，如光照、溶質等？”

整個實驗在教師引導下，由學生自主完成，讓學生得到成功的體驗。設計問題環節，緊扣高考實驗題考查要求，有利于消除學生對實驗題的恐懼感，提高答題效果。

2 案例2：探究花瓣表皮細胞細胞液濃度范圍

4～5月，校園里的茶花、杜鵑花開得異常鮮艷，面對美麗的鮮花，花季少男少女總是充滿了喜愛。在學生完成教材實驗“觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及質壁分離復原”的基礎上，引導學生以花瓣為實驗材料進行自主實驗探究。

2.1 實驗原理

配制一系列濃度梯度的KNO3溶液。將花瓣表皮細胞置于不同濃度的KNO3溶液中，相同時間后，觀察是否出現質壁分離。若在某一濃度（C1）的KNO3溶液中，花瓣表皮細胞出現質壁分離，而低于該濃度一個梯度（C2）的溶液中未發生質壁分離，則可認為花瓣表皮細胞液濃度（C）介于這兩種濃度之間，即C=（C1+C2）/2。

2.2 材料用具

茶花，杜鵑花，KNO3粉末，清水，刀片，鑷子，滴管，載玻片，蓋玻片，吸水紙，培養皿，顯微鏡。

2.3 方法步驟

（1） 配制KNO3溶液。

配制一系列濃度梯度的KNO3溶液（0.02 g/mL，0.03 g/mL，0.04 g/mL，0.05 g/mL，0.06 g/mL）。

（2） 制作裝片。

在載玻片中央滴1～2滴不同濃度的KNO3溶液。取茶花、杜鵑花的花瓣，由背面向內折疊，在折疊處輕輕撕拉，折斷處有紅色、粉紅的花瓣表皮細胞。用鑷子夾取一小塊表皮，置于載玻片中央的液滴中展平，蓋上蓋玻片，制成臨時裝片。

（3） 光學顯微鏡的使用。

取鏡、對光后，將制好的臨時裝片置于低倍鏡下觀察是否發生質壁分離。

2.4 實驗結果的記錄與分析

（1） 設計實驗結果記錄表（表1）。

（2） 實驗結果：觀察在0.03 g/mL的KNO3溶液中的茶花花瓣表皮細胞，發現有質壁分離現象;在0.02 g/mL KNO3溶液中的細胞未觀察到質壁分離現象。在0.04 g/mL的KNO3溶液中的杜鵑花花瓣表皮細胞發現有質壁分離現象;在0.03 g/mL的KNO3溶液中的細胞未觀察到質壁分離現象。

（3） 實驗結論。

根據公式C=（C1+C2）/2，茶花花瓣表皮細胞液濃度與0.025 g/mL的KNO3溶液濃度相當;杜鵑花花瓣表皮細胞細胞液濃度與0.035 g/mL的KNO3溶液濃度相當。

（4） 實驗反思。

預實驗中，在0.1 g/mL的KNO3溶液中的茶花、杜鵑花花瓣表皮細胞發生質壁分離后，未觀察到不能自動復原，5min后加清水，也不能復原，且細胞中紅色褪去。

在0.05 g/mL的KNO3溶液中的細胞觀察到已發生質壁分離現象，且一段時間后未觀察到質壁分離自動復原現象，從而確定KNO3溶液的濃度梯度。

整個實驗過程均未觀察到質壁分離自動復原現象，這與理論不符。學生討論后得出原因可能是用于處理的KNO3溶液的量不夠，來年茶花、杜鵑花開放時，教師可引導學生重新設計實驗（如將花瓣表皮細胞置于含有濃度能引起其質壁分離的KNO3溶液的培養皿中）進行探究。

公式C=（C1+C2）/2所得的細胞液濃度是一個粗略值，教材中用初始質壁分離來界定植物細胞細胞液濃度。

“初始質壁分離”是指細胞的角隅處，開始出現質膜及其以內部分離開細胞壁的狀態，能引起約50%的細胞發生初始質壁分離的外界溶液濃度就是細胞液的濃度。對于現階段的高中學生來說，這一界定方法有兩個難點：① “初始質壁分離”的判斷;② 細胞數目的準確統計。教師可引導學生進行自主實驗的探究，主要是讓學生體會實驗前準備工作的復雜性（包括預實驗）、感受實驗設計過程的邏輯嚴密性，通過預測實驗結果以及實驗結論的分析等培養邏輯思維能力與表達能力，最重要的是要增強學生學習過程中的成功感，讓學生樂于進行自主實驗探究。基于以上考慮，筆者選擇公式C=（C1+C2）/2來估測花瓣表皮細胞的細胞液濃度。

高中生物學實驗遵循對照原則，自變量、因變量的確定，以及無關變量的排除是實驗題的常考內容。本自主實驗中，可引導學生思考：花瓣表皮細胞經各濃度KNO3溶液處理的時間如何設置相同？要得出科學的實驗結論，需要進行重復實驗。如何體現該實驗的可重復性？若需要測定比較準確的茶花、杜鵑花的花瓣表皮細胞細胞液濃度，可怎樣設計實驗？教師按照“最近發展區”理論設計呈“階梯式”的問題，促進、、引導學生思考解決問題，促進學生自主提出問題。

2014年啟動的以浙江、上海為試點的新高考方案下的整個高中教學將沒有文理科之分，實行統一高考與高中學考，必考與選考相結合。高校對學生進行選擇，學生對考試科目自主選擇。生物學最大的特色是以生命現象及其活動規律為研究對象，最基本的研究方法是觀察與實驗。通過引導學生進行自主實驗的探究來激發學生學習生物學的興趣從而提高生物學學習成績應該是有效的。