浅谈农村高中生物实验的优化和扩展

黄冬红

摘   要：“植物细胞的失水和吸水”是高中生物必做的一个重要的探究性实验，同时“植物细胞的失水和吸水”的应用及变式实验也一直是高考的重要考点。我们从“植物细胞的失水和吸水”的教学困惑、现状出发，利用农村高中简陋的实验条件，通过器材的优化、改装为学生创造更多的探究方向。

关键词：教学现状;器材改装;实验扩展;高中生物

中图分类号：G633.91    文献标识码：A    文章编号：1009-010X（2019）20/23-0071-04

一、问题的提出

《课程标准》倡导探究性学习，重在引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑，并逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力等，同时重点培养学生的创新精神和实践能力。

笔者通过这几年对南宁市县级以下的农村高中进行调查了解得知，“分组探究——结果展示”已经成为很多探究性课堂的主流模式，其有利于在有限的时间里、利用有限的资源完成更多假设的探索和验证，并最终通过成果展现、交流让每个探究组都能共享所有的探究结果。然而分组实验在农村高中的运用还存在一些弊端：每个组的探究条件不尽相同，想了解其他组的探究情况及结果只能通过最后的实验展示环节，特别是动态实验只能通过人的描述去了解，而描述人的描述水平又限制了实验的准确性。同时因为农村高中的学生在口头描述能力上还有一些不足，所以使得通过最终交流得出的结论容易产生分歧，由此导致分组探究性实验的开展未能发挥它真正的优势。

二、“植物细胞的失水和吸水”实验的教学现状

“植物细胞的失水和吸水”为高中生物必修一《物质跨膜运输的实例》中的探究实验，跟很多探究性实验在农村高中实验课堂中的情况一样，“分组探究——展示交流”看似如火如荼地

进行着，但课堂教学效果却大打折扣。在展示交流环节中，表述人的说服力不足，当实验结果跟所预计的有差别时容易造成不同探究组意见上的分歧，而且实验现象无法还原，尤其是动态实验，以致出现的问题无法得到有效解决，最终实验中出现的问题也就不了了之了。长此以往，学生进行探究的兴趣及探究的程度会下降，探究程度的下降，又会影响实验本身的扩展，使得实验仅停留在课本的相应探究环节上，如此不利于学生发散性思维的培养。

笔者在2015、2016连续两年的高三复习中发现“植物细胞的失水和吸水”的应用及变式实验在练习和考试中出现的频率较高，给学生的解题造成了不小的难度，如14年高考新课标全国Ⅱ卷：

【2014年高考新课标全国Ⅱ卷4题】将某植物花冠切成大小和形状相同的细条，分为a、b、c、d、e和f组（每组的细条数相等），取上述6组细条分别置于不同浓度的蔗糖溶液中，浸泡相同时间后测量各组花冠细条的长度，结果如图所示。假如蔗糖溶液与花冠细胞之间只有水分交换，则（   ）

A.实验后，a组液泡中的溶质浓度比b组的高

B.浸泡导致f组细胞中液泡的失水量小于b组的

C.a组细胞在蔗糖溶液中失水或吸水所耗ATP大于b组

D.使细条在浸泡前后长度不变的蔗糖浓度介于0.4～0.5mol·L-1之间

这道题，笔者在复习“物质进出细胞的方式”一章中，曾作为例题在课堂上重点解析，不少学生表示能接受，然而在最后阶段的復习中，复问率却极高。出现这样的现象究其原因主要还是因为诸如此类的扩展性实验在实验课中没能有效扩展、没有实践，仅仅凭借教师课堂上的讲解，也只能是纸上谈兵，学生的固有思维没有改变，特别对于农村高中的学生来说，初、高中的实验水平较低，设备较为简陋，学生的实验探究素养程度不高，故以实验为背景的题目学生正答率低。

为了在有限的课堂时间内，实施并开展更多的探究性实验，笔者认为必须满足两个条件：1.分组探究必不可少，分组探究能最大程度地缩短时间，有利于保障实验的开展。2.在实验结果展示及合并环节，探究组所得出的结论必须得到全部探究组的认可，这就要求实验的结论有凭有据。由于农村高中的学生口头表述能力有限，在讲述实验结果的时候若能将相关图片、视频等资料作为结论支持的依据，实验结果的可信度会增强，同时这也有利于增强所有探究组的凝聚力，提高学生参与探究的积极性，进而最终实现真正的探究结果共享。

为了解决这一问题，让“植物细胞的失水和吸水”探究性实验在课堂中更有效地开展和落实，笔者可利用农村高中现有的简陋的实验条件，对显微镜进行改装，并运用于“植物细胞的失水和吸水”实验中。

三、显微镜的改装

图1改装所需要的材料（普通显微镜、铁架台、手机自拍杆、有拍照功能的手机）;图2为改装后的效果。

改装操作及注意事项：

①粗调：将手机放在自拍杆上，并将自拍杆固定在铁架台上，如图2所示，自拍杆距铁架台的距离为31.5cm左右。

②微调：将手机的摄像头对准目镜，并调节自拍杆上的调节钮（如图3所示），在观察固定装片时（图4），找到摆放手机最适合的位置。

改装后的显微镜能利用最直观的方式记录实验结果，尤其像质壁分离和复原这样的动态实验，在展示交流环节中，除了展示人的描述外，视频、图片等资料能更真实地还原出实验的过程及结果。这有利于探究性实验更好地落实到位，同时运用改装后的显微镜还能给本节实验课提供更多可能的扩展和优化。

四、改装后的显微镜在“植物细胞的失水和吸水”中的扩展应用

（一）学生讨论提出探究问题

1.取材部位不同是否影响实验结果的观察。

2.不同试剂条件下洋葱失水和吸水的情况是否相同。

3.原生质层是否充当半透膜的角色。

（二）学生自主设计的实验探究过程

1.探究一：取材部位不同是否影响实验结果的观察

2.探究二：不同试剂条件下洋葱失水和吸水的情况是否相同

探究活动：分组探究——全班八个学习小组两人为一组，分别探究并完成0.3%的蔗糖、一定浓度KNO3、NaCl、95%的乙醇对洋葱质壁分离和复原的影响，同时用手机进行相应的录像和拍照，并记录发生质壁分离的时间以及现象后完成以下表格：

（三）实验结果展示及交流

1.各小组内通过图片展示、录像讲解等方式相互交流各自的探究结果，并汇总。

2.各小组之间交流各自的成果并得出结论，如有分歧，在实验室的多媒体显示屏上展示结果并指出疑点，供全班学生和教师进行分析和判断。

（四）实验结论总结

1.不同的取材部位所含的色素不同，因此影响在显微镜下的观察效果。

2.0.3%的蔗糖能使细胞出现质壁分离现象，但是不能使其发生复原。

3.一定浓度的KNO3、NaCl能使洋葱发生质壁分离，且所用的时间比蔗糖短，效率更高，并且还能发生质壁分离复原，这说明洋葱细胞能选择性地吸收K+、Na+、NO3–、Cl-。

4.原理上乙醇也能进出洋葱细胞，但是95%的乙醇并没有发生质壁分离复原，细胞形态并未改变，这说明细胞在该浓度下已经死亡。

5.质壁分离的现象说明原生质层是一层半透膜，质壁分离并复原的现象只能发生在活的细胞中。

五、实验探究扩展

导入：从质壁分离的自动复原实验中，我们了解到植物细胞的原生质层具有一定的选择透过性，那最外层的细胞壁有没有选择透过性呢？如何去验证这个说法呢？

学生对比推理：质壁分离现象本身跟细胞内的色素含量没有关系，我们的质壁分离现象之所以明显是由于选取了色素含量多的表皮细胞，色素有利于我们观察原生质层跟细胞壁的分离现象。如果要探究外界溶液能否进入细胞壁，能否进入原生质层，也可以以颜色作为观察依据，颜色的设置跟质壁分离实验相反。

实验设置：

1.选取洋葱内表皮细胞——色素含量很少（本文探究一结果）。

2.制备具有颜色的细胞外液——在0.3%的蔗糖溶液中加入红墨水。

3.按照植物细胞失水的实验操作步骤再操作一次。

4.观察红色細胞外液分布的位置，并对效果图进行拍照，然后各小组对照片中的现象进行分析。

实验现象及分析：

实验现象：红色细胞外液主要分布于原生质层和细胞壁之间。

实验结果分析：含有红墨水的蔗糖溶液能通过细胞壁，但不能通过具有选择透过性的原生质层，这说明细胞壁在物质的运输过程中是全透的。

导入：植物细胞质壁分离现象的发生跟半透膜的存在以及细胞内外的浓度差有关，能否根据质壁分离现象及外界溶液的浓度来确定植物细胞内的浓度范围呢？

学生讨论：可以通过测量各浓度下细胞质壁分离的程度来确定植物细胞发生质壁分离的浓度范围，从而确定细胞内液的浓度。

实验设置：

1.以0.3%的蔗糖溶液为最高点，逐级递减，往下设置8组相同浓度差的蔗糖溶液。

2.取相同部位的洋葱外表皮细胞分别置于不同浓度的溶液中，每个学习小组观察一个浓度下的洋葱细胞是否发生质壁分离并拍摄相应的实验结果。然后以尺子为工具，在结果图片中（如图6所示）测量出质壁分离后的细胞体积（B）与分离前的细胞体积（A）的比例，然后进行判断。

农村高中实验设备的简陋很大程度地限制了课堂中的探究扩展水平，本实验通过引用改装后的显微镜，增加了多媒体运用的灵巧性，为“植物细胞的失水和吸水”中学生提出的探究性假设提供了落实的可能性。

参考文献：

[1]祁大林.运用手机的拍摄功能玩转显微摄影[J].中学生物教学，2016，（11）：47～48.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003.