中學(xué)生物實驗“植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原”的教學(xué)探索

沈洋 涂藝聲

（江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 江西南昌 330022）

植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗是人教版高中生物必修一第四章第一節(jié)“物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗钡奶骄繉嶒灒Q為植物細(xì)胞的吸水和失水。在這之前，學(xué)生已經(jīng)初步學(xué)習(xí)了滲透作用的原理以及滲透必備的幾個條件，對半透膜、滲透作用和滲透作用的裝置有了基本的認(rèn)識。教師可從不同植物的質(zhì)壁分離及其復(fù)原的視角引導(dǎo)學(xué)生探究、建構(gòu)滲透作用的知識體系。

這個實驗最初始的教學(xué)設(shè)計，就是完全按照課本上的方案，也符合探究的一般步驟，先做出假設(shè)“植物細(xì)胞會出現(xiàn)失水的情況嗎”或“植物細(xì)胞在什么情況下會失水”。觀察材料是紫色的洋蔥鱗片葉，滴加的溶液為質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液。紫色的洋蔥鱗片葉容易撕取，而且液泡里面的花青素具有顏色，在0.3 g/mL的蔗糖溶液下，洋蔥表皮細(xì)胞發(fā)生了明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象，且能夠復(fù)原，這無疑是很好的實驗材料。

但常規(guī)的實驗方法所選用的高滲溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的蔗糖溶液，整個細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離與復(fù)原過程用時長，速度慢，黏性大，不利于學(xué)生課堂實驗的操作與觀察。于是在前人的改進(jìn)實驗中用NaCl溶液來代替蔗糖溶液。

1 實驗教學(xué)準(zhǔn)備

1.1 實驗材料的選擇

紫色洋蔥鱗片葉、紅色的山茶花、紫色的紫玉蘭花、大葉黃楊葉、玉蘭葉和白蘿卜。

1.2 試劑種類的選擇

蔗糖溶液、飽和的濃鹽水（為演示實驗做準(zhǔn)備的飽和濃鹽水）。

1.3 試劑濃度的選擇

為改進(jìn)書上給出的實驗蔗糖溶液的質(zhì)量濃度為0.3 g/ml，驗證洋蔥表皮細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離的現(xiàn)象，設(shè)置0.1 g/mL，0.3 g/mL，0.5 g/mL三組梯度的溶液。實驗員事先配好了3個溶度梯度的蔗糖溶液，讓學(xué)生根據(jù)已有的溶液和材料自行設(shè)置實驗方案。

1.4 實驗問題的設(shè)置

本實驗主要設(shè)置了以下幾個探究問題：

（1）不同濃度的蔗糖溶液對同一植物材料吸水和失水的影響；（2）同一濃度的蔗糖溶液對不同植物吸水和失水的影響，選出本次實驗中質(zhì)壁分離現(xiàn)象最明顯的植物材料；（3）高濃度的蔗糖溶液（本研究為0.5 g/mL）下發(fā)生質(zhì)壁分離的植物細(xì)胞能否發(fā)生復(fù)原現(xiàn)象；（4）對比大葉黃楊葉和玉蘭葉在清水和蔗糖溶液下，氣孔的開關(guān)狀態(tài)，觀察并記錄實驗結(jié)果。

1.5 取材方法的改進(jìn)

本次實驗操作的新穎之處首先在于撕取材料方面，以往用洋蔥做實驗時，都是用刀片在洋蔥表面選取顏色較深的部分劃一個井字，然后再用鑷子小心地撕取邊緣。本次實驗在材料中加了幾種花朵，相對于洋蔥而言，花朵比較薄，用刀片劃井字的方法并不是很可行。采用的是對折的方法，將花朵沿著垂直于主葉脈的方向?qū)φ郏儆描囎有⌒牡乃合乱驅(qū)φ鄱浩鸬谋砥ぁ＿@樣操作簡單方便，只要保證花朵的新鮮度，就可以輕易地撕取到表皮。

2 實驗教學(xué)分析

2.1 實驗前的講解

教師從生活中一些植物細(xì)胞失水的案例出發(fā)，如浸泡后脹大的黃豆、萎焉的白菜圖片入手，再將事先做好的浸泡在飽和NACL溶液中“變胖變瘦”的白蘿卜成品展示給學(xué)生。課前，教師把白蘿卜橫切兩塊相同厚度的圓盤，再用正方形的模具挖出體積大小完全一樣的方塊，則剩下的是像銅幣形狀一樣的蘿卜塊，將它們置于同樣的環(huán)境下。其中一塊挖出的蘿卜方塊浸泡在裝有飽和的濃鹽水的燒杯中，另一塊浸泡在裝有同樣體積清水的燒杯中。大約1～2 h后，用鑷子夾出方塊，嵌回到之前的那個銅幣狀蘿卜圓盤中，用鹽水浸泡過的白蘿卜“瘦”了一圈，出現(xiàn)了很明顯的縫隙，而在清水中浸泡過的白蘿卜已經(jīng)太“胖”了，嵌不進(jìn)去了。

觀察了“變胖變瘦的蘿卜塊”后，學(xué)生對細(xì)胞吸水失水現(xiàn)象有了更加深刻的印象。此時，教師復(fù)述之前課上講的細(xì)胞吸水失水的原理，即本節(jié)實驗的原理。

2.2 演示實驗與個人、小組實驗

2.2.1 通過演示實驗

演示實驗可以更好地培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察的能力和分析問題的能力。因為教材中的一些實驗具有一定的操作難度，學(xué)生有時不能很好地理解實驗步驟并操作。這時就需要教師做正確的實驗指導(dǎo)及規(guī)范學(xué)生們的實驗操作。演示實驗可以現(xiàn)場由教師當(dāng)場實驗操作演示，或者課前教師做預(yù)實驗的時候，實時拍攝，制作實驗操作視頻。如，教師可以PPT演示，課前通過智能手機錄像，利用視頻軟件進(jìn)行剪輯制作的視頻。這就避免了臨場進(jìn)行演示實驗可能會失敗，或者教師在實驗中，邊講邊做，有時會出現(xiàn)手忙腳亂的狀況。

2.2.2 通過小組實驗與個人探究實驗

小組實驗與個人實驗在生物學(xué)實驗教學(xué)中較多。使用顯微鏡是中學(xué)生物學(xué)習(xí)階段學(xué)生必須掌握的最重要的基本技能之一，有時，實驗要求多人合作完成，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。在本次植物細(xì)胞吸水與失水的實驗中，既有個人實驗，也有小組實驗，其中使用顯微鏡觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離與復(fù)原依然是非常重要的實驗技能。

3 實驗結(jié)果分析

3.1“變胖變瘦的蘿卜塊”

“變胖變瘦的蘿卜塊”的實驗結(jié)果見表1。

表1 實驗結(jié)果記錄表

3.2 同一材料在不同蔗糖溶液中

同一材料在不同蔗糖溶液中的實驗結(jié)果見表2。

表2 實驗結(jié)果記錄表

3.3 不同材料在同一溶液中

不同材料在同一溶液中的實驗結(jié)果見表3。

4 本實驗改進(jìn)的優(yōu)勢

由展示“變胖變瘦的蘿卜”實驗導(dǎo)入，引起學(xué)生興趣，實驗材料和蔗糖溶液濃度有幾種可供學(xué)生自己選擇，學(xué)生可以自己設(shè)置對照實驗。

教材中沒有對其他材料進(jìn)行延伸實驗，導(dǎo)致很多教師（或教輔資料上）認(rèn)為只有具有液泡的成熟植物細(xì)胞才會發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象，而不含大液泡的分生組織細(xì)胞不能發(fā)生質(zhì)壁分離現(xiàn)象。所以在實驗材料中加了兩種植物的葉片，用來觀察保衛(wèi)細(xì)胞氣孔的開閉，細(xì)胞的吸水和失水的現(xiàn)象。

表3 實驗結(jié)果記錄表

很多相關(guān)研究文獻(xiàn)也表明，植物內(nèi)含有大液泡的成熟葉肉細(xì)胞、花瓣細(xì)胞和帶有色素的幼莖細(xì)胞都可在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的蔗糖溶液中觀察到明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象。

5 生物實驗教學(xué)的思考與建議

教師要從提高學(xué)生的實驗操作能力、觀察分析能力入手，設(shè)計教學(xué)，從而達(dá)到提高學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。從傳統(tǒng)的驗證型實驗教學(xué)模式向探究型實驗教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，是新課程背景下素質(zhì)教育發(fā)展的必然，具有深遠(yuǎn)的意義。

隨著新課程改革的進(jìn)行，教師要更加關(guān)注學(xué)生實驗探究能力的培養(yǎng)，才能突破素質(zhì)教育評價的束縛，切實促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

教師僅僅利用課堂上的時間讓每一個學(xué)生都得到提升是很難實現(xiàn)的，因此可以利用課外綜合實踐活動來彌補這些不足，讓實驗教學(xué)與課外綜合實踐活動并行。