结构与功能观下的探究实验教学——以“探究植物细胞的吸水和失水”教学为例

周 翔

（广州市第七中学 广东广州 510080）

生命观念是指对生命的组成、结构、功能、运行规律及发展变化的本质特征进行抽象和概括后所形成的一种对生命现象、事实的认识结论和思维方式。准确提炼生命观念的具体内涵并在中学生物学教学中进行落实，是发展学生核心素养的重要任务。生命观念包括生命的物质观、结构与功能观等。生命的物质观是结构与功能观的基础，而这两个观念又是其他生命观念的基础。

1 教材分析

“探究植物细胞的吸水和失水”实验是人教版高中教材中的第一个探究实验，是前面所学“细胞的分子组成——水”知识点的进一步深化，同时与后面的物质运输的方式密切联系，也是学习生物膜的流动镶嵌模型的引导。本章与其他章的先后顺序在内容上遵循了结构与功能观如图1所示。

本实验所在的第四章从实例入手分析结构与功能怎么相适应的，首先选择细胞膜的功能进行研究的原因是因为膜的研究是当前细胞生物学和分子生物学的重要课题之一。本章各节间说体现的结构与功能的联系如图2所示。

图1 各章间联系的示意图

图2 各节间联系的示意图

探究实验“植物细胞的吸水和失水”是将生物体失水与吸水生物向细胞失水与吸水（微观观察）的引导，这是动植物体以细胞作为结构基础的必然。为保证实验的顺利进行，需从细胞的结构角度考虑表1中的问题。

表1 本实验涉及的问题

2 教学设计

2.1 将实验的基本操作制作成微课

课前，教师将本实验中的基本操作制成微课并发送给学生。微课包含的内容见表2。

表2 微课包含的内容

2.2 学生分组进行实验

学生分组见表3。

表3 实验分组

本实验在数码显微互动实验室中进行，教师平台可及时截取各组有价值的实验结果图片，对于质壁分离自动复原中细胞大小及原生质层的长宽的变化，可使用显微镜自带的标尺测量。细胞质壁分离后自动复原的时间较长，采用显微镜的录像功能，及时保存视频，实验分析时进行快播，效果较好。预实验或其他班级好的实验结果也可在分析时使用。

2.3 教室利用渗透装置类比细胞结构与功能的联系

从分子运动和半透膜的特性角度，教师引导学生分析渗透现象发生的原因。学生讨论洋葱外表皮细胞在0.045 g/mL硝酸钾溶液中质壁分离后自动复原的原因，得出结论：渗透现象的发生除了与外界溶液中分子种类、浓度有关，还与半透膜的结构与功能密切联系。质壁分离及其复原实验中可体现的结构与功能关系见表4。

2.4 学以致用

教师联系学生生活，提出问题：①将新鲜的黄瓜放在蔗糖与食醋配制成的糖醋汁液中，开始时黄瓜萎缩，糖醋汁液面上升。2 d后，糖醋汁液面下降，黄瓜膨胀并有酸甜味道，说明腌制的黄瓜细胞内既有蔗糖分子又有醋酸分子，这是为什么呢？②植物的原生质层只允许一些物质通过，某同学想知道葡萄糖分子能不能通过某植物的原生质层。你建议他怎么做？③某同学配制了质量浓度为0.3 g/mL、0.5 g/mL的两瓶蔗糖溶液，但忘记贴上标签，你能利用今天的实验帮他确认这两瓶蔗糖溶液的浓度吗？

表4 质壁分离及其复原实验中体现的结构与功能关系

作为探究实验，学生在掌握基本的实验操作、科学探究一般方法的基础上，自行设计实验，期间选用什么样的实验材料、什么种类和浓度的溶液才能达到实验目的、该实验体现了原生质层（或细胞膜）的什么特性等。这些问题的思考让学生对细胞结构与功能的联系有了更深的认识，对结构决定功能的生命观也会有深切的体会，在不知不觉中提升了核心素养。