“细胞大小与物质运输的关系”实验中数据处理能力的培养

鄂 芳 赖胜蓉

（1贵州省贵阳市第一中学贵州贵阳550081 2贵州教育科学学院贵州贵阳550001）

1 问题的提出

“细胞大小与物质运输的关系”是人教版高中生物学必修1中的一个模拟实验,该实验的目的是通过探究细胞表面积与体积之比，了解细胞大小与物质运输效率之间的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。实验用含酚酞的琼脂块模拟细胞，用NaOH模拟进入细胞的物质，用NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比模拟物质运输效率。教材要求学生通过测量不同边长琼脂块中NaOH扩散的深度，填写并完成相应表格中的计算，然后得出结论。

在实际教学中发现几个问题：1）测量的数据存在差异时，学生不会处理，导致结果不准确；2）不能很快通过表格中的数据得出结论；3）对教材得出“细胞越大，其表面积与体积之比越小”这一结论，学生理解存在一定的困难。

通过查阅相关文献发现，对该实验已有一些改进和思考，例如福建师范大学俞如旺等提出“设计专门模具制作琼脂块、蒸发含碘的琼脂块以使琼脂块重复利用”［1］；姜永均建议“用淀粉琼脂块替代酚酞琼脂块，并提出该实验只模拟了自由扩散的运输方式，主动运输没有体现”［2］；蒋选荣提出“用模型构建的方法探究细胞大小与物质运输的关系”［3］。但对于该实验的数据与结果处理鲜有教师提出思考，因此，在教学中进行重新思考与实践，不仅解决上述问题，还培养了学生的数据处理能力。

2 实验过程中的数据处理

2.1 正确获取实验数据实验要求测量并记录的是质量分数为0.1%的NaOH，在相同条件下扩散进入不同大小的琼脂块的深度。实验前，先将学生分成10个小组并在黑板上绘制表格，要求各小组将测量数据填写于表中（见表1）。实验结束后，让学生对测量数据进行比较，理论上扩散深度应相同，但实际结果数据存在差异，引导学生对测量结果进行讨论，一是为什么测量结果会有差异？二是怎样使用测量结果？师生通过讨论共同总结：一方面由于不同小组之间及同一小组内部，在实验过程中存在琼脂块的切割差异、塑料刀沾上NaOH及读取数据的不准确等原因，使得记录的结果出现误差，强调操作规范的重要性；另一方面对于出现差异的数据可用平均值降低误差，并强调每个小组的实验属于平行重复，让学生理解在测量数据的实验中，通过平行重复实验求得平均值是降低误差的一种常用方法。同时将教材中的表格进行修改，将测量数据分成实测值和平均值2项。在此过程中，培养学生正确获取实验数据的能力，实验数据是客观事实的真实反映，不能带着对实验结果的预期随意篡改，更不能编造［4］。

表1 各小组测量数据记录表

2.2 合理表达实验数据在完成表1及教材中的表格计算后，通过提问发现，学生不能很快得出结论。在教学中增设一幅坐标图，要求学生自己填写坐标图的横轴和纵轴，并根据测量数据绘制。结果有的组用“琼脂块的体积”做横轴，“表面积与体积比值”做纵轴，得出结论是“随着体积增大，表面积与体积之比减小”；有的组用“琼脂块的体积”做横轴，用“NaOH扩散的体积与琼脂块的体积之比”做纵轴（图1），得出结论是“随着琼脂块体积增大，NaOH扩散的体积与琼脂块的体积之比减小”……通过小组讨论，逐步引导学生得到最后结论。学生将获得的数据在坐标系中进行描点，将点连接成线，是对实验结果进行分析的一种数学表达方式，让结果更直观，并通过观察图像很快便得出结论。培养学生对数据进行合理的表达，有利于结论的探究，对于定量的数据，若数据较多，利用数学表达（坐标图等）的方式，可形象表现信息的特征，便于揭示结论［5］。

图1 不同大小琼脂块的NaOH扩散体积与琼脂块体积之比

2.3 利用数学公式处理数据该实验用正方体的琼脂块模拟细胞，但大多数细胞是球体，所以在实验中增加了一张表，将球体的表面积与体积的公式带入，让学生用公式计算球体的表面积与体积的比值（3/R），再分别计算直径为20μm和30μm的球体的表面积与体积之比（表2），因大多数细胞的直径介于20μm和30μm之间，通过类比理解“细胞越大，其表面积与体积之比越小，细胞的物质运输效率越低”这一结论。培养学生利用数学公式对生物学实验进行分析，不仅易于理解和得出结论，也能体会学科间的相互交叉应用。

表2 不同直径球体的表面积与体积的关系

3 教学反思

生物学实验课是教学的重要组成部分，在实验中，有时因操作不同而出现不同现象；有些实验需要反复操作才能成功。严谨的科学态度可促使实验中严格操作、仔细观察和测量、认真分析。在对记录的实验数据作出比较分析的过程中，可引导学生寻找异同，并不断思考、不断发现问题、不断讨论，从而培养辩证思维能力。生物学科与数学等学科相互联系、相互交叉，数据的处理需要运用数学公式，重视学科之间的沟通与交流，可避免知识理解的片面化、单一化。注重学科交叉融合能力培养有利于人才的培养。实验数据的处理与分析是得出结论的必由之路，所以在生物学实验教学中对学生进行数据处理培养，也是实现生物学实验教学多重价值的途径。

［1］俞如旺,刘薇.“细胞大小与物质运输的关系”实验的改进研究.生物学通报，2013，48（3）：45.

［2］姜永均.关于“细胞大小与物质运输的关系”的实验思考.实验教学研究，2006，16（11）：15.

［3］尹秀菊.浅谈生物实验中数据的处理.中学生物学，2013，29（4）：49.

［4］蒋选荣.用模型构建的方法探究细胞大小与物质运输的关系.生物学通报，2007,42（9）：36.

［5］卢彦.浅谈在生物化学实验中培养学生的数据处理与分析能力.生物学杂志，2014（1）：97.