結構與功能觀下的探究實驗教學
——以“探究植物細胞的吸水和失水”教學為例

周 翔

（廣州市第七中學 廣東廣州 510080）

生命觀念是指對生命的組成、結構、功能、運行規律及發展變化的本質特征進行抽象和概括后所形成的一種對生命現象、事實的認識結論和思維方式。準確提煉生命觀念的具體內涵并在中學生物學教學中進行落實，是發展學生核心素養的重要任務。生命觀念包括生命的物質觀、結構與功能觀等。生命的物質觀是結構與功能觀的基礎，而這兩個觀念又是其他生命觀念的基礎。

1 教材分析

“探究植物細胞的吸水和失水”實驗是人教版高中教材中的第一個探究實驗，是前面所學“細胞的分子組成——水”知識點的進一步深化，同時與后面的物質運輸的方式密切聯系，也是學習生物膜的流動鑲嵌模型的引導。本章與其他章的先后順序在內容上遵循了結構與功能觀如圖1所示。

本實驗所在的第四章從實例入手分析結構與功能怎么相適應的，首先選擇細胞膜的功能進行研究的原因是因為膜的研究是當前細胞生物學和分子生物學的重要課題之一。本章各節間說體現的結構與功能的聯系如圖2所示。

圖1 各章間聯系的示意圖

圖2 各節間聯系的示意圖

探究實驗“植物細胞的吸水和失水”是將生物體失水與吸水生物向細胞失水與吸水（微觀觀察）的引導，這是動植物體以細胞作為結構基礎的必然。為保證實驗的順利進行，需從細胞的結構角度考慮表1中的問題。

表1 本實驗涉及的問題

2 教學設計

2.1 將實驗的基本操作制作成微課

課前，教師將本實驗中的基本操作制成微課并發送給學生。微課包含的內容見表2。

表2 微課包含的內容

2.2 學生分組進行實驗

學生分組見表3。

表3 實驗分組

本實驗在數碼顯微互動實驗室中進行，教師平臺可及時截取各組有價值的實驗結果圖片，對于質壁分離自動復原中細胞大小及原生質層的長寬的變化，可使用顯微鏡自帶的標尺測量。細胞質壁分離后自動復原的時間較長，采用顯微鏡的錄像功能，及時保存視頻，實驗分析時進行快播，效果較好。預實驗或其他班級好的實驗結果也可在分析時使用。

2.3 教室利用滲透裝置類比細胞結構與功能的聯系

從分子運動和半透膜的特性角度，教師引導學生分析滲透現象發生的原因。學生討論洋蔥外表皮細胞在0.045 g/mL硝酸鉀溶液中質壁分離后自動復原的原因，得出結論：滲透現象的發生除了與外界溶液中分子種類、濃度有關，還與半透膜的結構與功能密切聯系。質壁分離及其復原實驗中可體現的結構與功能關系見表4。

2.4 學以致用

教師聯系學生生活，提出問題：①將新鮮的黃瓜放在蔗糖與食醋配制成的糖醋汁液中，開始時黃瓜萎縮，糖醋汁液面上升。2 d后，糖醋汁液面下降，黃瓜膨脹并有酸甜味道，說明腌制的黃瓜細胞內既有蔗糖分子又有醋酸分子，這是為什么呢？②植物的原生質層只允許一些物質通過，某同學想知道葡萄糖分子能不能通過某植物的原生質層。你建議他怎么做？③某同學配制了質量濃度為0.3 g/mL、0.5 g/mL的兩瓶蔗糖溶液，但忘記貼上標簽，你能利用今天的實驗幫他確認這兩瓶蔗糖溶液的濃度嗎？

表4 質壁分離及其復原實驗中體現的結構與功能關系

作為探究實驗，學生在掌握基本的實驗操作、科學探究一般方法的基礎上，自行設計實驗，期間選用什么樣的實驗材料、什么種類和濃度的溶液才能達到實驗目的、該實驗體現了原生質層（或細胞膜）的什么特性等。這些問題的思考讓學生對細胞結構與功能的聯系有了更深的認識，對結構決定功能的生命觀也會有深切的體會，在不知不覺中提升了核心素養。