例談在高中生物實驗中做“加法”

戴婷婷+程小明

摘 要： 高中生物實驗做“加法”是進(jìn)行拓展實驗，本文從認(rèn)識實驗和觀察實驗兩方面例談如何在實驗中做“加法”，指出高中階段做好生物拓展實驗的意義。

關(guān)鍵詞： 高中生物 實驗教學(xué) 教學(xué)方法

一、對高中生物實驗“做加法”的原因

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，新課程改革強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)學(xué)科應(yīng)展示知識的發(fā)生、形成、發(fā)展與創(chuàng)新過程，因此實驗教學(xué)在生物學(xué)科中格外重要，同時面臨新挑戰(zhàn)。目前，在實驗教學(xué)方面普遍存在幾方面問題：

（一）近年來，高考對實驗題的考察較為頻繁，由于試題均落實于試卷上，最終體現(xiàn)在學(xué)生的分?jǐn)?shù)上，因此部分教師認(rèn)為“做實驗還不如講實驗，集中復(fù)習(xí)，尋找套路”，這樣既能節(jié)省時間，又能突出重點，促進(jìn)學(xué)生把握實驗要點，提高學(xué)習(xí)效率。但這種“效率”只能是“紙上談兵”，只要考題稍有拓展，學(xué)生就只能拋棄“套路”，完全失去應(yīng)對能力，同時對學(xué)生生物學(xué)素養(yǎng)形成與發(fā)展是不利的。

（二）現(xiàn)有絕大多數(shù)學(xué)校均無專職實驗教師，一方面實驗課時少，教師課務(wù)緊張，另一方面實驗設(shè)備有限，導(dǎo)致實驗課常常想開展而不能開展。

（三）近幾年，生物實驗教材變動較大，對學(xué)校基礎(chǔ)實驗設(shè)備的要求較高，生物實驗室的設(shè)施及實驗經(jīng)費(fèi)問題成為影響生物實驗開展的重要因素。往往同一地區(qū)只有個別學(xué)校具有相對較為先進(jìn)的實驗設(shè)備，其他學(xué)校只能組織部分教師前去參觀學(xué)習(xí)，大大限制實驗教學(xué)發(fā)展。

在這樣的背景下，適當(dāng)對實驗進(jìn)行精簡改進(jìn)顯得尤為重要。高中生物實驗主要包括認(rèn)識實驗和觀察實驗，即部分知識發(fā)現(xiàn)史的探究實驗和觀察實驗兩部分。

二、“加法操作”在生物實驗教學(xué)中的案例分析

（一）“生物知識發(fā)現(xiàn)史”相關(guān)實驗舉例

新課程將認(rèn)識實驗作為實驗教學(xué)目標(biāo)之一，例如，酶的發(fā)現(xiàn)史，光合作用的發(fā)現(xiàn)史，生長素的發(fā)現(xiàn)史，遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)史，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)史等，通過這些史實，讓學(xué)生了解生物科學(xué)產(chǎn)生的背景，認(rèn)識實驗對生物學(xué)發(fā)展的推動作用，使學(xué)生沿著科學(xué)家探索科學(xué)的道路理解科學(xué)探索的本質(zhì)和一般科學(xué)研究方法與步驟。

在常規(guī)教學(xué)中，有關(guān)發(fā)現(xiàn)史的實驗教師一般不會進(jìn)行，多以文本形式處理，一般均是一帶而過，因為不屬于主干知識。若能將發(fā)現(xiàn)史的探索實驗適當(dāng)拓展，就能夠更好地訓(xùn)練學(xué)生的生物學(xué)實驗設(shè)計能力。現(xiàn)以達(dá)爾文的“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”為例。

人教版高中生物必修三第三章第一節(jié)P46頁展示了“生長素的發(fā)現(xiàn)過程”，從文本本身可以很容易地得出推論;胚芽鞘尖端受單側(cè)光刺激后，伸長區(qū)的背光面比向光面生長快。若僅僅從文本層面處理，教師可以很快引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論，推進(jìn)教學(xué)進(jìn)度。新課標(biāo)要求高中生物實驗設(shè)計需遵循的三大原則為：對照原則、唯一變量原則和等量原則。若簡單一帶而過，學(xué)生的設(shè)計實驗?zāi)芰筒荒艿玫教岣摺L試引導(dǎo)學(xué)生能否在達(dá)爾文實驗的基礎(chǔ)上有所“拓展”。

可圍繞四個問題引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計四組實驗：①如何證明向光性與單側(cè)光有關(guān);②如何證明向光性與尖端有關(guān);③如何證明向光性彎曲與胚芽鞘尖端感光性有光;④如何證明胚芽鞘尖端下部的伸長區(qū)不能夠感光。

四組對照試驗：第①組證明向光性與單側(cè)光有關(guān)，變量：是否給予單側(cè)光;第②組證明向光彎曲與胚芽鞘尖端有關(guān)，變量：是否保留胚芽鞘尖端;第③組證明向光彎曲與胚芽鞘尖端的感光性有關(guān)，變量：胚芽鞘尖端是否遮蓋;第④組證明胚芽鞘的感光部位不是胚芽鞘尖端下方伸長區(qū)，變量：胚芽鞘伸長區(qū)是否遮蓋。

文本中展示的是達(dá)爾文的對比試驗，通過簡單的“加法”拓展，學(xué)生一方面能更加明確科學(xué)家設(shè)計每組實驗的目的指向，另一方面開拓思維，進(jìn)行簡單的實驗設(shè)計訓(xùn)練，能牢牢把握實驗設(shè)計的基本原則，為今后有關(guān)知識點學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（二）觀察性實驗的相關(guān)舉例

在生物實驗中做“加法”，也可以是在一些實驗中增加“創(chuàng)新”的實驗步驟，以使學(xué)生更加直觀地觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)果。

1.“植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離”實驗

以“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離”實驗為例，課本推薦使用洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞，將其置于0.3g/ml蔗糖溶液中，顯微鏡下觀察洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞中的紫色液泡體積的變化。許多一線教師有許多創(chuàng)新改進(jìn)措施，如利用洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細(xì)胞開展實驗，因其液泡中不含有花青素，表現(xiàn)為無色。同時將液泡置于一定濃度的紅墨水中，在顯微鏡下觀察細(xì)胞中央無色面積（即液泡體積）的變化情況。

但是洋蔥鱗片葉用做觀察質(zhì)壁分離及其復(fù)原實驗具有一定的局限性。洋蔥鱗莖只有最外層的1-3層呈現(xiàn)紫色，適合作為實驗材料，學(xué)生常常在操作時由于外表皮與葉肉組織貼合太緊密，而將葉肉細(xì)胞一并撕取，因此在視野下細(xì)胞重疊，另外，洋蔥鱗片葉的紫色液泡在顯微鏡下觀察顏色并不十分明顯，因此學(xué)生不能清晰地觀察到動態(tài)的質(zhì)壁分離過程。

為了克服以上實驗材料方面的弊端，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生嘗試?yán)悯r花或者水綿作為實驗材料。四季都可以采摘到鮮花，即使在冬季，茶花也是很好的實驗材料，且一個班級（60人）只需3-4朵就可以順利開展實驗。水綿更是好找，溫暖的季節(jié)隨處可以找到，寒冷的季節(jié)，在低洼避風(fēng)的井口壁或者水流流動性不強(qiáng)的水溝中就可以找到。水綿是單細(xì)胞的藻類，不存在細(xì)胞重疊的問題。

2.胚芽鞘的“向光性”彎曲實驗

課本中達(dá)爾文選用金絲雀虉草的胚芽鞘進(jìn)行了向光性彎曲的實驗，金絲雀虉草并不常見，而小麥苗生長旺盛，可以作為驗證胚芽鞘向光彎曲的很好的實驗材料。在教學(xué)中，教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)胚芽鞘尖端與尖端下方伸長區(qū)的作用區(qū)別。為了使學(xué)生更加直觀地區(qū)分，可在小麥芽剛剛萌發(fā)1cm作用，用記號筆在胚芽鞘上縱向畫一條黑線。在胚芽鞘彎曲生長的過程中，伸長區(qū)細(xì)胞生長，所以畫在細(xì)胞表面的黑線會逐漸變?yōu)楹谏摼€，而胚芽鞘尖端的黑線無變化，仍然是黑色的實線，很好地區(qū)分胚芽鞘向光彎曲的位置。

3.蛋白質(zhì)的鑒定試驗

課本中介紹利用雙縮脲試劑檢測生物組織中蛋白質(zhì)的有無，試驗利用蛋白質(zhì)中的肽鍵在酸性條件下與CuSO4產(chǎn)生紫色的絡(luò)合物。在試劑操作中，一般以雞蛋清作為實驗材料，需將雞蛋清稀釋到一定程度，否則紫色絡(luò)合物黏附在試管壁上難以刷凈。

考馬斯亮藍(lán)G-250（CoomassieG-250）是一種甲基取代的三苯基甲烷，分子中磺酸基的藍(lán)色染料，在465nm處有最大吸收值。考馬斯亮藍(lán)G-250能與蛋白質(zhì)通過范得華相互作用形成蛋白質(zhì)—考馬斯亮藍(lán)復(fù)合物藍(lán)色溶液，引起該染料的最大吸收λmax的位置發(fā)生紅移，在595nm處有最大吸收值。由于蛋白質(zhì)—考馬斯亮藍(lán)復(fù)合物在595nm處的光吸收遠(yuǎn)高于考馬斯亮藍(lán)在465nm處的光吸收，因此，可大大提高蛋白質(zhì)的測定靈敏度。蛋白質(zhì)—考馬斯亮藍(lán)復(fù)合物溶液顏色的深淺與蛋白質(zhì)的濃度成正比。利用溶液顏色的差異進(jìn)行比色測定，適合于蛋白質(zhì)類的定量分析，尤其適合于稀有蛋白質(zhì)的微量分析。

三、對生物實驗做“加法”的意義

（一）有利于提升學(xué)生的思維

在對生物實驗做“加法”（即拓展實驗）的過程中，學(xué)生會提出各種各樣的問題，學(xué)生在觀察、思考、討論的過程中經(jīng)歷的是一場頭腦風(fēng)暴，是對學(xué)生思維的一種提升;新課程標(biāo)準(zhǔn)提出培養(yǎng)學(xué)生提出問題、做出假設(shè)及解決問題的能力。

（二）有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的興趣

生物實驗來源于生活，學(xué)生在日常生活中的各種經(jīng)驗是進(jìn)行拓展試驗的“靈感庫”，學(xué)生能從中得到很多啟發(fā)。另外，學(xué)生能從親身經(jīng)歷實驗探究的過程中獲得成就感，拉近科學(xué)實驗與學(xué)生之間的距離，使學(xué)生不再認(rèn)為實驗探究遙不可及而失去學(xué)習(xí)主動性。

（三）有利于學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法

著名科學(xué)家笛卡爾曾說：“最有價值的知識是有關(guān)方法的知識。”學(xué)生在拓展試驗中需要學(xué)會各種生物科學(xué)方法，如顯微鏡的操作方法、酵母菌的培養(yǎng)方法、血球計數(shù)板的使用方法等。因此，進(jìn)行高中生物拓展試驗有利于學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法。