高中生物学课外“迷你”实验的开发与应用

2017-08-07杨祖芳

生物学教学 2017年12期

杨祖芳

(广东省中山市濠头中学 528437)

“迷你”实验是根据教材上的实验原理，利用简单的实验材料，因地制宜开展的一类小实验。“迷你”实验因其取材容易、贴近生活、直观明了和便于操作的特点，往往受到学生的青睐。通过“迷你”实验，学生的实验设计能力和动手能力得到提高，收集和自制实验器材的能力也得到增强，有利于培养学生科学探究的素养。本文结合人教版高中生物学教材中必修实验，对其进行改进成不限于学校、学生在家里也可完成的“迷你”实验，现举例如下：

1 补充实验步骤，直接观察实验效果

在教材必修1第5章第4节探究“环境因素对光合作用强度的影响”实验中，教材并没有直接给出具体的实验操作步骤，笔者结合生活中的器材进行设计，让学生利用家庭或社区的资源完成“迷你”实验——“探究不同CO2浓度对光合作用强度的影响”。

1.1 实验步骤 ①在水塘边捞取黑藻若干回家备用；②取5个透明塑料盒编号1、2、3、4、5号，并分别装入等量的清水、1%、2%、3%和4% 的NaHCO3溶液，将等量的黑藻放入透明塑料盒内；③将5个塑料盒放在距LED台灯10 cm下照射10 min，观察其气泡产生的数量。根据产生的气泡数得出CO2浓度与光合作用强度的关系。

1.2 设计特点利用生活中的实验器材，简单易行，可测性强，增强学生的学习探究兴趣。同时，还可设计改变其他环境因素，增设不同光照强度或温度等对光合作用的影响因素实验。

2 寻找替换材料，体验生活实践乐趣

在教材必修1第6章第1节“细胞大小与物质运输的关系”实验中，教材是选用含酚酞的琼脂块(NaOH和酚酞相遇，呈紫红色)做实验材料来探究细胞大小，即细胞的表面积与体积之比与物质运输效率之间的关系。但琼脂块制备较麻烦，时常会偏硬不利于物质扩散；偏软不利于切割。同时，NaOH具腐蚀性，对学生的皮肤和眼睛均有影响。因此，就利用冬瓜做实验替换材料，设计出“测量高锰酸钾进入果蔬的深度”实验，可让学生在家里完成。

2.1 实验步骤 ①将冬瓜去皮后，用餐刀将其切成3块边长分别为1 cm、2 cm、3 cm的正方体；②在3块冬瓜块的正上面均匀地涂抹一层高锰酸钾粉末，静待10 min；③用餐刀将冬瓜块纵切，观察切面，用尺子测量每一冬瓜块上高锰酸钾扩散至其内部黑褐色的深度。记录测量结果，每两次操作之间必须把刀擦干净。计算高锰酸钾扩散的体积/整个冬瓜块体积的比值。

2.2 改进特点用冬瓜块代替含酚酞的琼脂块，方便切割，且无需耗时制备琼脂块。用高锰酸钾代替NaOH，安全卫生。切开冬瓜块后，颜色分明，方便观察测量。

3 挖掘实验内涵，改定性为定量实验

教材必修1第5章第3节“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验存在实验装置较复杂、过程耗时较长、实验结果不能量化等不足。于是，用100 mL的注射器代替锥形瓶，用5 g高活性酵母温水活化代替20 g新鲜食用酵母，用 H2O2溶液与土豆粒混合反应生成氧气代替橡皮球间歇性通气，用医用输液管代替连接玻璃管。改进后的“迷你”实验还能让学生有机会学习定量测定。

3.1 实验步骤 ①分别取2支100 mL的注射器，编号1号和2号，排净筒内空气，各吸取已活化后的酵母液+葡萄糖溶液20 mL。1号注射器的注射头用止水夹将输液软管夹紧封口，水平放置注射器，记录初始刻度，代表无氧呼吸组。②另取1注射器，编号3号，内装3 mL H2O2溶液与3g新鲜土豆粒，将输液管与2号注射器连接，推动3号注射筒向2号注射器注入O2后，用止水夹将输液软管夹紧封口，水平放置注射器，记录初始刻度，代表有氧呼吸组。③静置反应5 min后，分别记录反应后的活塞刻度，定量读出刻度变化。④检测CO2。取下止水夹，将1号输液软管和2号输液软管分别通入澄清石灰水，推动注射器活塞，气体从输液软管中导出，观察澄清石灰水变浑浊，说明气体成分是CO2。⑤检测酒精。将注射器针头朝下，直接吸入酸性的重铬酸钾溶液，观察2支试管中液体的颜色变化并记录下来。1号无氧组的液体使酸性的重铬酸钾溶液由橙色变成灰绿色，说明无氧组产生了酒精。

3.2 改进特点所有的实验用品价格低廉，实验装置简单，可操作性强。利用新鲜土豆加H2O2溶液产生的氧气速度快且浓度高。缩短了反应时间，由原来约40 min完成的实验仅用10 min即可看到明显效果。还可定量分析实验结果，在对比后可进行表述。

4 借助实验原理，体验细胞物质组成

在教材必修1第2章第5节中描述“细胞中大多数无机盐以离子的形式存在”，学生对这个知识点不容易理解。笔者联想到原电池的实验原理，而细胞内的这些离子就相当于电解质。因此，设计了探究“神奇的发光果蔬”的“迷你”实验。准备一些锌片、铜片和电线，以及苹果、冬瓜、土豆和黄瓜等生物材料。

4.1 实验步骤 ①取一新鲜苹果，切成若干块；②在每一小块苹果上分别插入锌片和铜片(注意锌片和铜片之间不能接触)，用电线依次按串联的方式连接不同苹果块上的锌片和铜片，最后接通二极灯管；③观察灯泡的亮度。

4.2 设计特点通过增设实验，帮助学生理解教材中没有展开的结论。实验材料简单易得，借助理化实验原理，实现跨学科交融。通过探究过程中不断出现问题，讨论问题并解决问题，在实验过程中培养学生严谨的思维。在实验探究过程中学生会提出一些新问题。如用一个苹果做实验，连通电路后发现二极管没亮，将苹果切成几个小块再次实验，二极管亮了。学生马上想到的是电压的问题，向物理教师借来电压表测量，果然是因为一个苹果块电压太小，而多切几个小块，相当进行串联增大电压，从而使二极管亮了。

5 模拟实验情境，体验假说—演绎过程

在教材必修2第1章第1节“孟德尔豌豆杂交实验(一)”中安排了“性状分离比的模拟”实验，目的是通过模拟实验让学生体验孟德尔的假说，通过进一步地学习理解“假说—演绎”这一科学研究方法。教材中实验小桶及彩球成本较高，准备量大，携带与存放均有不便。且教材原实验仅让学生体验了孟德尔假说，没能继续组织学生进入探讨演绎推理实验验证及其他类似实验的探究模拟，如测交。也未能让学生模拟自然界雌、雄配子数量的关系。笔者利用扑克牌对该实验进行了“用扑克牌模拟性状分离比及其拓展”的模拟设计。

5.1 实验步骤 ①将2副原装扑克牌从牌盒内取出，分别洗匀，使不同花色和点数的牌充分混合；②将洗好的每副牌混匀后叠放置桌面上，各成1摞；③每摞随机从任一高度处翻牌，只需亮出手中一层的最底一张牌(无需抽出)，记下2张亮牌的颜色，方块、红桃和王牌都记红色R，梅花、黑桃和小王都记黑色r；④每摞暂时分开的2层牌重新放回在一起，按步骤3重复50次以上(注意：以上各步中，2幅牌自始至终不能相混，建议选取2副牌背面纹理不一样)；⑤记录每种颜色组合的数量及比例，统计见表1。

5.2 设计特点该实验材料选用扑克牌，准备容易，存放方便，适合全班学生。在实验内容上不仅体验了孟德尔的假说，还增加了拓展实验、演绎推理测交实验验证模拟和雄配子(用三副牌)多于雌配子(用一副牌)模拟等。

表1 组合结果统计表