挖掘隱性實驗培養科學思維

陳永益 徐平珍

（浙江省鎮海中學 浙江寧波 315200）

實驗的分析與設計能力是生物學學科素養的重要組成內容，《普通高中生物學課程標準（2017年版）》明確提出課程的基本理念之一是教學過程重實踐，讓學生積極參與動手和動腦活動［1］。 從2015年浙江省新高考改革以來，生物學選考以能力立意為導向，對實驗的考查要求逐年提高，教材中的必修和選修實驗已不能滿足學生學習的需要。筆者通過對教材的進一步剖析，結合自身教學需求， 挖掘了可提高學生認知但并未在教學指導意見中有要求的隱性實驗。 通過以下4 則隱性實驗，為教育同仁提供一定的參考和借鑒。

1 自設演示實驗，激發學習熱情

浙科版生物學必修1《分子與細胞》第3 章第3 節“酶”的引言是“為什么生物體內糖的氧化能在溫和條件下進行， 而體外的氧化卻要在劇烈的條件下才能發生呢？ ”以往教學中，筆者借助于幻燈片播放“森林中的熊熊大火”，試圖讓學生意識到生物體內酶的存在，對酶所起作用感到驚嘆。但事實上學生并未因此產生強烈的求知欲， 有的學生反而會產生疑問， 例如森林中的大火是纖維素的燃燒，而人體內主要能源物質是葡萄糖，葡萄糖的氧化分解與纖維素的燃燒果真是一樣的嗎？

針對學生的疑問，筆者利用葡萄糖、氯酸鉀、鎂條、酒精燈等實驗材料，用葡萄糖體外燃燒實驗導入新課。在實施演示實驗時，還可借此復習初中科學課中燃燒的條件：①可燃物，②助燃物氧氣，③溫度達到著火點。葡萄糖是可燃物，氯酸鉀加熱分解可產生氧氣，鎂條的燃燒可釋放大量的熱，將葡萄糖和氯酸鉀3：2 混合，以鎂條作引燃，就可使葡萄糖劇烈燃燒。演示時必須注意安全，與前排學生保持一定的距離；燃燒后教室內會有一些煙霧，須保持通風。為了體現對照原則，教師同時演示鎂條引燃后直接放置在氯酸鉀中， 也能觀察到鎂條繼續燃燒，但火焰較小、持續時間較短。

該實驗并不是考試說明中要求的演示實驗，筆者通過對隱性實驗的挖掘， 首先讓學生明確實驗設計的對照原則； 其次， 演示實驗變抽象為形象，激發學習興趣、啟發科學思維，使學生更好地認識到體外葡萄糖的燃燒要在劇烈的條件下進行， 從而意識到體內化學反應能在溫和條件下進行是因為酶的催化作用；再次，葡萄糖的體外燃燒演示實驗為學生理解細胞呼吸逐步釋放能量、細胞中能量利用效率高等知識埋下伏筆， 起到一舉多得的功效。

2 自制實驗裝置，依托問題串厘清概念

浙科版生物學必修1《分子與細胞》第3 章第2 節“物質出入細胞的方式”中有關于滲透的概念：水分子通過膜的擴散。人教版教材中有相應滲透裝置的內容要求， 但是浙科版教材沒有任何提示，新課教學中直接過渡到動、植物細胞的吸水與失水實驗。到高三復習階段，總是會有學生對滲透概念提出較多疑問，此時教師只能亡羊補牢，再對滲透裝置進行介紹，知識的滯后性較大。

為厘清概念，筆者新授課時，利用鴨蛋、蔗糖、紅墨水、燒杯、鐵架臺等材料制作了簡易的實驗裝置。將鴨蛋浸泡于10%的鹽酸溶液中6 h 左右，至鴨蛋殼消失，剝離卵殼膜；如圖1、圖2 所示，將卵殼膜罩在長頸漏斗上， 漏斗內倒入滴加了紅墨水的蔗糖溶液，再浸潤于清水中。圖4 液面上升的實驗結果并不是幾分鐘內就能觀察到的， 課堂上可以做如下處理：①增大蔗糖溶液濃度，但時間縮短不明顯，且較浪費蔗糖；②在剛開始上課時就呈現滲透裝置，上課過程中呈現結果，同時為避免學生注意力的轉移，滲透裝置不要一直置于講臺上。

圖1 實驗開始時的滲透裝置

圖2 實驗結束時的滲透裝置

在鋪墊滲透概念后， 提出以下問題串強化概念的理解：

①長頸漏斗中的溶液會一直不斷上升嗎？

②達到平衡后水分子有沒有進出膜？ 此時能叫滲透作用嗎？

③達到平衡后長頸漏斗內外溶液濃度一樣嗎？

④如果剛開始長頸漏斗內盛有一定濃度的葡萄糖溶液，而某種膜可以讓葡萄糖、水都通過，漏斗內、外液面變化如何？

⑤如果剛開始長頸漏斗內盛有30%的葡萄糖溶液，漏斗外燒杯內盛有30%的蔗糖溶液，漏斗內、外液面變化如何？

通過層層遞進的問題串， 學生明確了滲透作用發生需要2 個條件：膜和濃度差。在沒有濃度差的情況下，水分子仍有進出，但是不能叫滲透，此處可以拓展延伸浙江選考真題落實知識點的考查。 展示此簡易裝置時，教師要保持開放的心態，讓學生敢想敢言，允許學生表達不同的意見，寬容學生的錯誤，賞識學生的點滴發現。教師需要及時評價學生的反饋和思考，適時調整教學預設，提升學生思維能力，從而更好地厘清概念。

3 理論聯系實際，將實驗生活化

浙科版生物學必修1《分子與細胞》第1 章第3 節“有機化合物及生物大分子”中關于檢測生物組織中的油脂， 按照教材實驗原理蘇丹Ⅲ染液能使細胞中的油脂呈橙黃色， 但細胞中的油脂觀察必須要制作徒手切片，因課堂時間有限，學生徒手切片訓練不到位，往往使得實驗效果大打折扣。

學生在學習過程中也產生一些疑問：①動物脂肪和植物油蘇丹Ⅲ染液染色后呈現的顏色一致嗎？ ②蘇丹Ⅲ染液染色后與原染色劑顏色一樣嗎？③其他脂質遇蘇丹Ⅲ染液能染成橙黃色嗎？ 筆者鼓勵學生理論聯系實際， 利用生活中的材料進行實驗，從而解決疑問。 實驗開展時，在家長的協助下，學生將一塊肥豬肉切成小塊，放入鍋中熬出豬油，凝固后第2 天帶進學校生物學開放實驗室。 將豬油放入含有一定量清水的試管中，70℃水浴使其融化，滴加2 滴蘇丹Ⅲ染液，輕輕振蕩，靜置分層，如圖3 所示。 同時對植物油進行相同操作，結果如圖4 所示。 油和脂遇蘇丹Ⅲ染液都呈橙黃色。

圖3 豬油滴加蘇丹Ⅲ染液后靜置分層

圖4 植物油滴加蘇丹Ⅲ染液后靜置分層

學生利用課余時間在生物學開放實驗室完成相應的實驗操作，從而將生物學實驗帶出課堂，真正通過自己動手操作解決問題， 做到了理論聯系實際，自己摸索尋找問題的答案。如果教師直接呈現答案，學生將其歸結為記憶性知識，難以內化，較易遺忘。 諸如此類的隱性實驗還有很多可以挖掘，例如必修3 的課后練習中植物根的向地生長、蛙的搔扒反射與屈反射等， 學生可以結合理論知識，在家里或生物學開放實驗室完成學習和探索，實現課堂教學資源的現場生成， 從而促進學生的認知發展。

4 整合教材實驗，提升思維分析能力

浙科版生物學必修1《分子與細胞》第3 章第2 節“物質出入細胞的方式”中的活動——觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及復原實驗。 實驗使用的材料是洋蔥外表皮， 學生便認為只有洋蔥外表皮細胞才能觀察到質壁分離現象， 且學生撕取洋蔥外表皮時會撕取多層或得到沒有紫色大液泡的細胞，不利于觀察。 筆者剛帶高三選考班級時，學生在該實驗材料的選擇方面還存在較大困惑。 浙科版生物學必修1《分子與細胞》第2 章中觀察葉綠體時采用黑藻作為實驗材料， 筆者在新課教學時嘗試整合教材實驗， 將黑藻的幼嫩小葉直接置于8%的氯化鈉溶液中（該溶液中氯化鈉的濃度約為0.3 g/mL，近似于30%的蔗糖溶液，且沒有蔗糖的粘合性，物鏡鏡頭容易清洗），能清晰地觀察到黑藻葉肉細胞的質壁分離。 圖5 為未發生質壁分離的狀態，圖6 為發生質壁分離的狀態，前后對照，結果非常明顯。

雖然黑藻葉肉細胞中液泡近乎于無色， 但有較多葉綠體作參照， 可以判斷細胞的質壁分離狀態。學生通過實驗理解生命觀念，體驗到實驗材料的可替代性，不一定要液泡有顏色才能觀察，也可以通過周圍的顏色襯托出觀察目標。挖掘實驗，使用洋蔥內表皮作為實驗材料， 嘗試用加紅墨水的鹽水觀察質壁分離， 圖7 為未發生質壁分離的細胞， 圖8 為加紅墨水的鹽水后發生質壁分離的細胞。 若將視野調暗能更清晰地觀察到質壁分離現象，加紅墨水的效果不及視野調暗好，其原因有待進一步的探討。教材實驗的整合及挖掘，可作為今后課堂教學突破的一個重要方向， 例如洋蔥外表皮細胞中紫色色素的提取和光合色素的提取與分離的整合， 培養液中酵母菌種群數量動態變化中渾濁度的測定與選修1 中光電比色法亞硝酸鹽含量測定的整合等。深入挖掘教材中的實驗資源，多途徑、多角度開發和開設實驗，以提高學生的思維分析能力，激發學生的創造力。

圖5 清水中的黑藻葉肉細胞

圖6 8%氯化鈉溶液中的黑藻葉肉細胞

圖7 清水中的洋蔥內表皮細胞

圖8 加紅墨水的8%氯化鈉溶液中的洋蔥內表皮細胞

對于學生而言， 教師不應只告訴他們現存的知識真理， 而是要引導學生學習發現真理的思維與探究方法，這樣才有利于學生的長足發展。挖掘教材中的隱性實驗，通過自設演示實驗、自制實驗裝置、將實驗生活化、整合教材實驗等多種方式，激發學生探究實驗的熱情， 提高實驗設計與動手操作能力，培養學生的科學思維。將微觀的變化通過宏觀的方式加以體現，幫助學生增強感性認識。教師用智慧教學，促進知識教學的真正達成。