生物学经典实验在高中生物实验教学中的作用

全国庆　江东

探究性学习理念已成为当下所倡导的最为重要的学习理念之一，探究性思想已被广大师生所接受。现行高中生物课本（必修）介绍了大量的经典实验，它不仅提供了科学史实，更重要的是展示了科学理论、科学理念的形成过程。它们所蕴含的探究性理念应该成为实验教学、尤其是探究性实验教学的重要素材。近年高考越来越重视对书本主干知识的考查，遵循“源于课本、高于课本”的原则，而作为书本的经典实验连年被高考所采用。因此，充分利用好教材中的经典实验是高中生物实验教学的重要内容。

1 经典实验在实验教学中的作用

（1） 教材中的经典实验是对学生进行生物科学史教育的良好素材，科学家为科学献身的精神是对学生进行科学素养和科学精神教育的生动教材。

科学每前进一步，都凝聚着无数科学家的辛勤汗水。例如沃森和克里克这两位年轻的科学家在总结前人已有成果的基础上，提出了DNA分子双螺旋结构模型，可以说这两位科学家的合作精神是科学研究中的典范。奥地利遗传学家孟德尔身为传道士，却对自然科学充满兴趣，经过无数次实验总结出两大遗传定律，在当时不能被众人所接受的情况下仍能坚持真理。这里所体现出的合作精神，坚持真理的精神都是从事科研工作必须具备的品质。

（2） 经典实验中体现出的探究性实验设计原则、步骤、思路为学生进行探究性实验设计提供了范本。教师可以此为素材进行分析，指导学生进行实验设计。在探究性实验设计中为研究某一因素对某一生理过程的影响，要遵循对照原则和单一变量原则，教材中许多经典实验很好地体现了这些原则。教师指导学生对这些实验进行分析，可加深其对探究性实验设计思路的理解。

例如：“光合作用”一节中有关萨克斯验证光合作用需光的实验，为了尽量消除无关变量的影响，采用同一叶片的遮光部分和曝光部分进行对照，体现了实验设计的原则。而且此实验提供了一类实验，即需通過验证光合产物（或产物部位）来研究光合作用条件（或是判断C3、C4植物）的基本步骤：饥饿处理→设置对照→光照→取叶→酒精褪绿→碘处理→观察是否产生蓝色或产生蓝色部位。

教学实践表明，教师指导学生对这些实验认真分析，书写步骤、结果、结论，可大大提高学生的实验设计能力。

（3） 经典实验中体现出的科学思路、科学思想是人类智慧的精华，通过对这些实验设计思路的分析，可以拓展学生思维，启迪智慧。

例如，恩格尔曼验证光合作用条件和场所的实验可以称为高中显微实验的经典。教师引导学生认真分析此实验，体会其中的绝妙之处：① 选用水绵作实验材料，水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且螺旋状地分布于细胞中，便于观察和分析研究；② 将临时装片放在黑暗并且无空气的环境中，排除了环境中光和氧的影响，确保实验能正常进行；③ 选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能准确判断出水绵细胞中释放氧的部位；④ 进行黑暗和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全由光照引起。

又如，在证明DNA是主要的遗传物质的2个经典实验中，均是采用把蛋白质和核酸分开然后单独观察它们在遗传中所起作用这一思想。艾弗里采用的是化学提取和分离并鉴定S型细菌中的各物质，而后与R型细菌单独培养；而赫尔希和蔡斯则采用放射性35S和32P分别标记T2噬菌体蛋白外壳和核酸，去研究它们在遗传中的作用。不同时代采用不同技术，也说明了技术对科学研究的巨大推动作用。

（4） 经典实验中初步涉及到一些生物研究的技术方法。

生物学有一套完整的学科研究方法，如植物生理中经常用到的溶液培养法、放射自显影技术、环割法（研究植物体内有机物运输的途径），在动物分泌研究中经常用到的摘除、移植法，在各学科普遍应用的同位素标记法等。

在高中生物的经典实验中，同位素标记法是一种常用的实验技术。如鲁宾、卡门验证光合作用产物O2中O原子来源的实验、噬菌体侵染细菌实验、研究分泌蛋白合成和分泌过程中涉及的细胞结构实验等。因此，在习题中也经常遇到用同位素标记法来研究某一生理过程的实验设计和分析题。

例：Grimtone曾观察到：饥饿的原生动物逐渐停止形成高尔基体，同时粗面内质网也减少或几乎完全消失，由于这些细胞于实验期间还继续形成分泌小泡，所以每一个高尔基体的囊的数目减少了；但当给动物重新喂食后，形成了新的粗面内质网，同时产生新的高尔基体，囊的能力也恢复了。高尔基体的构建和数目变化为什么与内质网一致呢？

假设： 。

进行实验：用含有14C的亮氨酸和含有14C的甘油（合成生物膜的原料）同时培养原生动物，然后用放射自显影技术观察放射性出现的先后顺序。

结果：放射性出现的先后顺序是内质网→高尔基体→细胞膜。

结论：高尔基体膜是由内质网膜转化的。

根据上述探索过程，请回答下列问题：

（1） 作为这一实验的假设，下列说法最为恰当的是（ ）

A. 细胞内的膜结构可以互相转化

B. 高尔基体膜可以转化为内质网膜

C. 高尔基体膜是由内质网膜转化的

D. 高尔基体的形成需要原料

答案：C。

（2） 上述实验存在一个不当之处，请指出并改正。

答案：含有14C的亮氨酸和含有14C的甘油不应同时培养原生动物，应分别培养，再用放射自显影技术分别观察放射性出现的先后顺序。

可见，同位素标记法主要是用放射性同位素标记某物质以研究该物质或该物质构成的结构在生物体或细胞中的转移情况。

2 教材中的经典实验在高考试题中的出现形式

以教材中的经典实验为背景进行再组合成为高考实验题组题的重要形式。如肺炎双球菌转化实验、噬菌体侵染细菌实验、性腺的切除和移植实验、生长素发现、豌豆的杂交实验等，均可成为高考命题的知识来源。下面以2道全国理综卷实验题加以说明。

（1） 证明“生长素在植物体内只能进行极性运输”的实验。本实验的情境学生并不陌生，它正是采用了教材中温特证明“胚芽鞘尖端含有生长物质”的实验方法，均以空白琼脂块为载体，将空白琼脂块放上胚芽鞘尖端一段时间后，能使去尖的胚芽鞘弯向一侧，说明胚芽鞘尖端含生长物质；本实验则说明含IAA的琼脂块能“从形态学上端向下端运输”，使空白琼脂块含IAA。根据实验目的再设置一个对照实验即可。

（2） 验证“镁是植物生活的必需元素”是一个实验分析评价题，主要要求考生指出实验错误并加以改正。而考查的知识正是经典实验中验证必需元素的溶液培养法以及对溶液培养法的技术要求，此外注意到对照原则和控制好单一变量即可。

3 教学措施

从以上分析可以看出，教材中的经典实验应成为高中生物实验教学的重要部分，围绕经典实验进行复习应成为实验备考的一项重要内容。围绕教材中的经典实验，笔者在教学中主要采取了以下措施。

3.1 指导学生对经典实验认真分析，书写步骤、结果、结论

教师要求学生按实验设计的要求对教材中的经典实验重新组织步骤，得出结果、结论，这不仅能加深学生对这些实验的理解，体会其设计思路，关键能提高学生的语言组织能力。这种做法对提高学生的实验设计能力是大有益处的。

3.2 介绍一些高校教材中的经典实验，开拓学生视野

高校教材，特别是高校教材中的实验成为高考试卷组题的重要来源。因此，教师给学生介绍一些高校教材中的经典实验，能极大开拓学生视野，如巴甫洛夫证明狗的胃液分泌受神经和激素控制、巴斯德的免疫实验、光周期实验、农药对害虫是进行选择而不是使其发生变异的原因、密码子所代表的氨基酸的确定等。

3.3 围绕经典实验，进行适当训练

每套复习资料中都有关于相应章节中经典实验的练习题目，这些题目多是围绕对经典实验的分析。通过训练，可以大大加深学生对教材中经典实验的理解。另外，教师还可以录制一些高质量的经典实验微课程，充分利用数字化校园和其他平台，供学生自主学习和同学科教师选用，实现优质资源的共享。

总之，实验教学注重的是培养学生科学的思维方法和解决问题的能力，养成科学探究的精神。如何合理的、科学的、高效地使用生物学经典实验是每一位生物教师所面临的一个问题。以上是我校在教学实践中对教材经典实验的一些認识和做法，希望能对生物界的教学同仁有所帮助，以共同提高生物学的教育教学质量。