探究“單細胞生物草履蟲對外界刺激的反應”

摘要：“單細胞生物草履蟲對外界刺激的反應”實驗是培養學生動手操作能力的重要方式之一。因為草履蟲個體微小，需要借助顯微鏡才能看得到，所以教師指導學生完成對草履蟲的形態結構的觀察活動、了解它所具有的生命活動特點，并設計方案、進行探究草履蟲對外界刺激的反應的實驗及分析，是有利于培養學生接觸生物和觀察能力的提高。也有利于提高學生對生物的興趣和生物如何趨利避害及對環境適應性的認識。

關鍵詞：生物實驗；草履蟲；探究；分析

人類的生產經驗和科學知識，是人類長期主動觀察、實踐、探索、實驗的結果。生物課就是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學是教學活動的重要組成部分。所以，生物課上引導學生在實驗活動中進行主動的觀察、探究、討論、交流，是培養學生實踐能力所必須的。《國務院關于基礎教育改革與發展的決定》也指出，要“繼續重視基礎知識、基本技能的教學，并關注情感態度的培養，充分利用各科課程資源，培養學生收集處理信息的能力，開展研究性學習，培養學生提出問題、研究問題、解決問題的能力；鼓勵學生合作學習、促進學生之間相互交流、共同發展，促進教學相長！”

初中生物的許多實驗是重復前人的探索、推測、驗證等認識過程，但對初中學生來說是未知領域，作為教師如何對所做實驗進行分析，正是要認真思考的事。通過實驗分析，把實驗目的、實驗原理、實驗結果等鏈接起來，就可看出實驗方案的科學性與可行性，從而培養學生科學探究能力。以下是筆者在實驗教學中的作法與體會。

一、實驗原理分析，體驗知識的發生發展過程

商務印書館出版的《現代漢語詞典》，對“原理”一詞的解釋是：“帶有普遍性的、最基本的、可以作為其他規律的基礎的規律；具有普遍意義的道理。”那么，生物實驗原理就該是指為檢驗或驗證某種科學理論（即教材中某種基礎理論知識）而進行實驗操作的基本的、帶有普遍規律性的道理。生物實驗原理是生物實驗的重要組成部分，聯系著實驗目的和實驗步驟，是用科學探究的方法驗證某一生物學理論或探究某一生物問題的理論依據。

生物實驗設計必須遵循的原則包括科學性原則（增加）、單一變量原則、對照性原則等。本實驗的原理是檢驗草履蟲對刺激的反應，觀察它對外界刺激的各種反應。我們可以通過實驗證明，草履蟲對鹽的確存有應激反應，并從此推論在鹽堿土壤中一般植物幾乎不能生存，這是因為當外界溶液濃度大于細胞液濃度使細胞會失水而死亡。那么如何分析這些原則呢？

1、科學性原則分析

科學性原則指“實驗目的要明確，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當，整個設計思路和實驗方法的確定，都不能偏離生物學基本知識和基本原理以及其他學科領域的基本原則。他具有兩個方面的含義：首先必須保證實驗的設計不出現科學性錯誤；其次，實驗設計要具有科學思想和科學方法的因素”。本例正是依照“單細胞生物也能對外界環境的變化作出適當反應”這一原理而設計的。

2、單一變量原則分析

單一變量原則中的變量指實驗中由實驗者控制的因素或條件。食鹽為本次試驗的變量，但食鹽的多少、濃度等都是影響實驗結果的重要因素，量少會出現載玻片中左、右兩側培養液中的草履蟲數量不變，實驗結果不明顯；學生會誤得出“食鹽對草履蟲沒影響”的結論。

3、對照性原則分析

對照性原則是指在實驗組中，其他實驗條件都相同而有某個關鍵條件（變量）不同，以此增強對條件與結果之間關系的理解。本次實驗中加鹽的培養液是實驗組，沒有加鹽的培養液是對照組。通過這樣分組既增強實驗結論的可靠性，也使實驗的科學性得到保證。

實驗原理是進行實驗操作的依據。原理不明，導致目的不清，實驗的連續性被破壞，這也是學生常出錯的原因之一。由此可以看出在實驗前有必要對實驗原理進行分析，增強學生對學習目的的認知性。

二、實驗過程分析，激發學習興趣

1、發現問題，提出假設

提出“草履蟲能夠對某種刺激（如光、化學物質等）可能產生哪些反應”等問題。激起學生學習動機，使他們對實驗自始至終保持濃厚的興趣。

作出假設是草履蟲能夠對某種刺激產生如趨向或避開這種刺激的反應。

2、選擇實驗材料、器具

“雜交水稻之父”袁隆平院士，在對水稻的研究中，正因找到了表現雜種優勢的水稻植株，使雜交水稻的培育獲得成功，為解決糧食短缺問題做出了巨大的貢獻。可見選擇適合的實驗材料是初中生物實驗的條件之一。

本次實驗的材料是草履蟲，草履蟲是最原始的單細胞原生動物，在實驗中能表現出對各種外界環境的應激反應。草履蟲很容易培養，找來新鮮蘆葦或稻草，剪成一寸長數段，放在大燒杯中，注入自來水，制成浸泡液，放在有陽光下25℃以上的環境中，可在浸泡液內加入少許熟雞蛋黃，能促進其生長。

通過對選擇生物實驗材料的分析，要讓學生明白實驗對材料的挑選是有嚴格要求的，須本著科學的態度，不能圖一時的方便，否則就無法達到預期的效果。

3、設計實驗方案

本實驗選擇對照比較實驗方案。對照比較實驗是在兩個相似組樣中進行，其中一個是已經確定其結果的事物，稱之為“對照組”，讓其自然發展，實驗者對之不加干涉；另一組是未穩中有降的、需要研究的事物，稱其為“實驗組”。將實驗組中的未知因素同對照組的已知因素進行對照比較，通過對實驗組的人為干預，以確定該因素的影響作用。對照比較實驗在生物學研究中是廣泛應用的。

本實驗選擇草履蟲為實驗材料，以有無食鹽為變量，進行對照實驗控制變量。觀察指標是草履蟲狀況，屬于探究性實驗，本次為雙組單變量對照實驗，施加變量的為實驗組，不施加變量的是對照組。

4、實施實驗的步驟：

第一步 在載破片上滴兩滴草履蟲培養液，用牙簽在兩滴培養液液滴之間劃出一條連接通道。

第二步 在載玻片上的一側含草履蟲的培養液中（或在左側培養液中）滴入1～2滴（或少許）食鹽液滴。

第三步 讓學生在顯微鏡下觀察草履蟲的運動。用討論交流的方式說出觀察到的現象。

第四步 根據實驗結果得出相應的結論。

5、分析實驗結果，得出實驗結論

第一種可能從顯微鏡看到加鹽的培養液中草履蟲比原來的少，而沒有加鹽的培養液中的草履蟲比原來多了，即載玻片上加鹽的培養液中的草履蟲從一側由通道游向沒有加鹽的培養液，說明試驗成功，學生能分析出正確結論：食鹽對草履蟲是有影響的，草履蟲在逃避過量鹽水帶來的有害刺激。

第二種可能通過顯微鏡觀察發現載玻片中左、右兩側培養液的草履蟲數量不變；這說明食鹽水濃度與草履蟲體內實驗濃度相等，食鹽對草履蟲沒影響，實驗沒有成功。

第三種可能 絕大部分草履蟲從一側游向加鹽的培養液，說明食鹽含量過低，食鹽對草履蟲是有利的影響，草履蟲有趨向有利刺激。

不過最后得出的結論，仍要根據實驗的結果得出。因為實驗結果是實驗過程中出現的實驗現象，其中實驗變量起了決定作用。實驗結論又是根據實驗結果作出的一種理論推論，二者是因果關系，使實驗要達到的實驗目的。

三、實驗現象與結果的分析，培養觀察和思考能力

1、通過實驗現象分析培養觀察能力

本次實驗先在低倍鏡下觀察，可容易看到草履蟲的外形與運動。不過在制作草履蟲臨時玻片標本時，應取少許棉花，將其撕松放在載玻片中部，再用滴管吸取草履蟲培養液，滴在棉花纖維中間，蓋上蓋玻片，以限制草履蟲的游動，使觀察更容易。

同時，光亮度要稍暗，保證草履蟲與周圍背景有一定的明暗反差，這樣草履蟲的形態（倒轉的草鞋底）、體表纖毛、口溝的位置及細小藻類進入。

口溝可清晰見到，草履蟲游泳時的特點（旋轉前進）、當遇到阻擋物時蟲體游動方向等等也可清晰見到。之后再轉用高倍鏡觀察，在高倍鏡下，可觀察到其內部結構細胞核、細胞質、伸縮泡、食物泡等。同時與課本上理論知識相結合，起到加深理解和鞏固已學知識的目的，也有助于實驗的順利進行。

學習生物離不開觀察。在實驗過程中，教師須引導學生根據實驗目的觀察實驗變化，啟發學生分析思考，同時讓其通過自己的觀察分析得出結果，而不是急于下結論。這也符合新課程理念，即讓學生在實驗探究中自主學習、合作學習。

著名的生物學家達爾文曾說過：“我既沒有突出迅速的理解力，也沒有過人的機智，我覺得對事物進行仔細地觀察的能力上，我是超過中等水平的人們的。”著名生理學家巴甫洛夫在他的實驗室里刻著“觀察，觀察，再觀察”的警句。可見觀察的重要性。

2、通過實驗結果分析培養思考能力

實驗分析一方面可以找出并排除影響因素，使實驗重做能獲得成功；另一方面，還可以總結出經驗教訓，甚至可能還有意外的收獲、新的發現，這在科學史上是不乏其例的。我們在進行實驗時，首先對實驗的根本目的要有深刻的認識；同時要重視實驗結果，還要重視分析結果。不能只滿足于實驗的成功，而不愿對實驗失敗的原因進行分析等。

不論分組實驗還是演示實驗，不可能萬無一失，對成功的要展示給大家看，對實驗效果不好的，幫助分析原因，為什么沒能達到預期效果，有幾種可能情況，應該怎么改，從而提高學生分析問題、解決問題的能力。

四、挖掘開拓實驗發現并關注新問題

陶行知提出“教學做合一”，“事怎樣做便怎樣學，怎樣學便怎樣教。教而不做，不能算是教;學而不做，不能算是學。教與學都以做為中心”。陶行知特別強調要親自在“做”的活動中獲得知識。因此，做實驗、分析實驗真是實現陶行知教育思想的最好途徑。這要求教師尊重學生，注意教學之外的生活，指導學生在實際的活動中學好本領，培養他們的生活能力。這對我們現在的教學方式也有啟發之處。

1、通過“多問”引導“多思”

聰明在于多問多思，疑問易使學生產生好奇心。教師在授課時，可以要求學生聯系教學內容邊觀察、邊思考，并發現和提出新問題，從而引起積極的思維活動。如補充些討論的問題或作進一步探究，如草履蟲對光或糖的刺激有什么樣的反應？草履蟲這種趨利避害的反應，對其生活有什么意義？（草履蟲的趨利避害的特性有利于其對環境的適應性和生存能力。）再如草履蟲對外界刺激產生反應，是通過神經系統完成的嗎？為什么？（不是，因草履蟲是單細胞生物，沒有神經系統的分化。）

2、通過“分析”引導“思考”

對實驗結果的分析是提高學生分析能力的重要環節。從心理學看，有系統有條理地進行觀察，便于輸入信息的加工儲存，提高感知效率，突出重點，避免遺漏，

做到全面認識觀察對象。以往的教學和備課中還發現，學生不一定按照原計劃要求

或在教師的指導完成操作，而是以他們個人的解釋來進行實驗。因此教師還要注重觀察分析，在實驗中關注學生原有的知識經驗，從學生的角度出發，關注他們的操作過程和方法，引導其學會實驗，使之在實驗中真正理解知識，掌握技能。

總之，實驗教學是教學活動的重要組成部分。結合學生實際，重視實驗設計。有針對性的進行實驗分析，讓學生帶著問題去觀察和思考，正是《全日制義務教育生物課程標準》的要求。實驗，使學生獲得了生物基礎知識，掌握了基本技能，培養了觀察能力、實驗操作能力，分析和解決問題等綜合能力。提高了學生對生物學的興趣，養成理論聯系實際，實事求是的科學態度。而實驗中暴露出的問題，也將成為教師實驗教學與實驗分析中努力改進的方面。