生物學經典實驗在高中生物實驗教學中的作用

全國慶　江東

探究性學習理念已成為當下所倡導的最為重要的學習理念之一，探究性思想已被廣大師生所接受。現行高中生物課本（必修）介紹了大量的經典實驗，它不僅提供了科學史實，更重要的是展示了科學理論、科學理念的形成過程。它們所蘊含的探究性理念應該成為實驗教學、尤其是探究性實驗教學的重要素材。近年高考越來越重視對書本主干知識的考查，遵循“源于課本、高于課本”的原則，而作為書本的經典實驗連年被高考所采用。因此，充分利用好教材中的經典實驗是高中生物實驗教學的重要內容。

1 經典實驗在實驗教學中的作用

（1） 教材中的經典實驗是對學生進行生物科學史教育的良好素材，科學家為科學獻身的精神是對學生進行科學素養和科學精神教育的生動教材。

科學每前進一步，都凝聚著無數科學家的辛勤汗水。例如沃森和克里克這兩位年輕的科學家在總結前人已有成果的基礎上，提出了DNA分子雙螺旋結構模型，可以說這兩位科學家的合作精神是科學研究中的典范。奧地利遺傳學家孟德爾身為傳道士，卻對自然科學充滿興趣，經過無數次實驗總結出兩大遺傳定律，在當時不能被眾人所接受的情況下仍能堅持真理。這里所體現出的合作精神，堅持真理的精神都是從事科研工作必須具備的品質。

（2） 經典實驗中體現出的探究性實驗設計原則、步驟、思路為學生進行探究性實驗設計提供了范本。教師可以此為素材進行分析，指導學生進行實驗設計。在探究性實驗設計中為研究某一因素對某一生理過程的影響，要遵循對照原則和單一變量原則，教材中許多經典實驗很好地體現了這些原則。教師指導學生對這些實驗進行分析，可加深其對探究性實驗設計思路的理解。

例如：“光合作用”一節中有關薩克斯驗證光合作用需光的實驗，為了盡量消除無關變量的影響，采用同一葉片的遮光部分和曝光部分進行對照，體現了實驗設計的原則。而且此實驗提供了一類實驗，即需通過驗證光合產物（或產物部位）來研究光合作用條件（或是判斷C3、C4植物）的基本步驟：饑餓處理→設置對照→光照→取葉→酒精褪綠→碘處理→觀察是否產生藍色或產生藍色部位。

教學實踐表明，教師指導學生對這些實驗認真分析，書寫步驟、結果、結論，可大大提高學生的實驗設計能力。

（3） 經典實驗中體現出的科學思路、科學思想是人類智慧的精華，通過對這些實驗設計思路的分析，可以拓展學生思維，啟迪智慧。

例如，恩格爾曼驗證光合作用條件和場所的實驗可以稱為高中顯微實驗的經典。教師引導學生認真分析此實驗，體會其中的絕妙之處：① 選用水綿作實驗材料，水綿不僅具有細而長的帶狀葉綠體，而且螺旋狀地分布于細胞中，便于觀察和分析研究；② 將臨時裝片放在黑暗并且無空氣的環境中，排除了環境中光和氧的影響，確保實驗能正常進行；③ 選用極細的光束照射，并且用好氧細菌進行檢測，從而能準確判斷出水綿細胞中釋放氧的部位；④ 進行黑暗和曝光的對比實驗，從而明確實驗結果完全由光照引起。

又如，在證明DNA是主要的遺傳物質的2個經典實驗中，均是采用把蛋白質和核酸分開然后單獨觀察它們在遺傳中所起作用這一思想。艾弗里采用的是化學提取和分離并鑒定S型細菌中的各物質，而后與R型細菌單獨培養；而赫爾希和蔡斯則采用放射性35S和32P分別標記T2噬菌體蛋白外殼和核酸，去研究它們在遺傳中的作用。不同時代采用不同技術，也說明了技術對科學研究的巨大推動作用。

（4） 經典實驗中初步涉及到一些生物研究的技術方法。

生物學有一套完整的學科研究方法，如植物生理中經常用到的溶液培養法、放射自顯影技術、環割法（研究植物體內有機物運輸的途徑），在動物分泌研究中經常用到的摘除、移植法，在各學科普遍應用的同位素標記法等。

在高中生物的經典實驗中，同位素標記法是一種常用的實驗技術。如魯賓、卡門驗證光合作用產物O2中O原子來源的實驗、噬菌體侵染細菌實驗、研究分泌蛋白合成和分泌過程中涉及的細胞結構實驗等。因此，在習題中也經常遇到用同位素標記法來研究某一生理過程的實驗設計和分析題。

例：Grimtone曾觀察到：饑餓的原生動物逐漸停止形成高爾基體，同時粗面內質網也減少或幾乎完全消失，由于這些細胞于實驗期間還繼續形成分泌小泡，所以每一個高爾基體的囊的數目減少了；但當給動物重新喂食后，形成了新的粗面內質網，同時產生新的高爾基體，囊的能力也恢復了。高爾基體的構建和數目變化為什么與內質網一致呢？

假設： 。

進行實驗：用含有14C的亮氨酸和含有14C的甘油（合成生物膜的原料）同時培養原生動物，然后用放射自顯影技術觀察放射性出現的先后順序。

結果：放射性出現的先后順序是內質網→高爾基體→細胞膜。

結論：高爾基體膜是由內質網膜轉化的。

根據上述探索過程，請回答下列問題：

（1） 作為這一實驗的假設，下列說法最為恰當的是（ ）

A. 細胞內的膜結構可以互相轉化

B. 高爾基體膜可以轉化為內質網膜

C. 高爾基體膜是由內質網膜轉化的

D. 高爾基體的形成需要原料

答案：C。

（2） 上述實驗存在一個不當之處，請指出并改正。

答案：含有14C的亮氨酸和含有14C的甘油不應同時培養原生動物，應分別培養，再用放射自顯影技術分別觀察放射性出現的先后順序。

可見，同位素標記法主要是用放射性同位素標記某物質以研究該物質或該物質構成的結構在生物體或細胞中的轉移情況。

2 教材中的經典實驗在高考試題中的出現形式

以教材中的經典實驗為背景進行再組合成為高考實驗題組題的重要形式。如肺炎雙球菌轉化實驗、噬菌體侵染細菌實驗、性腺的切除和移植實驗、生長素發現、豌豆的雜交實驗等，均可成為高考命題的知識來源。下面以2道全國理綜卷實驗題加以說明。

（1） 證明“生長素在植物體內只能進行極性運輸”的實驗。本實驗的情境學生并不陌生，它正是采用了教材中溫特證明“胚芽鞘尖端含有生長物質”的實驗方法，均以空白瓊脂塊為載體，將空白瓊脂塊放上胚芽鞘尖端一段時間后，能使去尖的胚芽鞘彎向一側，說明胚芽鞘尖端含生長物質；本實驗則說明含IAA的瓊脂塊能“從形態學上端向下端運輸”，使空白瓊脂塊含IAA。根據實驗目的再設置一個對照實驗即可。

（2） 驗證“鎂是植物生活的必需元素”是一個實驗分析評價題，主要要求考生指出實驗錯誤并加以改正。而考查的知識正是經典實驗中驗證必需元素的溶液培養法以及對溶液培養法的技術要求，此外注意到對照原則和控制好單一變量即可。

3 教學措施

從以上分析可以看出，教材中的經典實驗應成為高中生物實驗教學的重要部分，圍繞經典實驗進行復習應成為實驗備考的一項重要內容。圍繞教材中的經典實驗，筆者在教學中主要采取了以下措施。

3.1 指導學生對經典實驗認真分析，書寫步驟、結果、結論

教師要求學生按實驗設計的要求對教材中的經典實驗重新組織步驟，得出結果、結論，這不僅能加深學生對這些實驗的理解，體會其設計思路，關鍵能提高學生的語言組織能力。這種做法對提高學生的實驗設計能力是大有益處的。

3.2 介紹一些高校教材中的經典實驗，開拓學生視野

高校教材，特別是高校教材中的實驗成為高考試卷組題的重要來源。因此，教師給學生介紹一些高校教材中的經典實驗，能極大開拓學生視野，如巴甫洛夫證明狗的胃液分泌受神經和激素控制、巴斯德的免疫實驗、光周期實驗、農藥對害蟲是進行選擇而不是使其發生變異的原因、密碼子所代表的氨基酸的確定等。

3.3 圍繞經典實驗，進行適當訓練

每套復習資料中都有關于相應章節中經典實驗的練習題目，這些題目多是圍繞對經典實驗的分析。通過訓練，可以大大加深學生對教材中經典實驗的理解。另外，教師還可以錄制一些高質量的經典實驗微課程，充分利用數字化校園和其他平臺，供學生自主學習和同學科教師選用，實現優質資源的共享。

總之，實驗教學注重的是培養學生科學的思維方法和解決問題的能力，養成科學探究的精神。如何合理的、科學的、高效地使用生物學經典實驗是每一位生物教師所面臨的一個問題。以上是我校在教學實踐中對教材經典實驗的一些認識和做法，希望能對生物界的教學同仁有所幫助，以共同提高生物學的教育教學質量。