利用實驗促進中學生對細胞知識內容的學習

楊青青

摘 要 列舉幾個促進細胞知識學習的實驗，介紹實驗的原理、部分實驗步驟方法的改進以及實驗結果的分析，結合生物教學闡述實驗對中學生學習細胞學知識的重要性，旨在為中學一線教師和學生提供學習生物學一些思考方向，諸如實驗是為細胞知識體系這個有機整體服務的。

關鍵詞 細胞知識 生物學教學 細胞壁 質壁分離與復原 核酸染色

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 引言

生物知識的學習是學習者從自身已有的知識和經驗出發，對所要“理解”和“消化”的知識作出自己的解釋，從而獲得知識的意義的過程。這個過程必須有學習者主動的參與才能有效地發生，而且適合于所有的學科。在多年的下校聽課和師訓工作中發現，許多學生學習細胞基礎知識，尤其是微觀知識方面有一定的困難。一方面這部分知識本身較難理解，許多學生在學習初就失去了學習興趣；另一方面，對于大部分微觀知識，教師沒有找到合適的引導學習的教育教學方法。而最直觀也是最有效的就是實驗法和觀察法。教師可以針對不同的細胞學知識選擇合適的實驗教學，利用實驗課程的有效開展幫助學生理解相關的細胞學知識，并且達到舉一反三，為在高等學府的深造打下堅實的基礎。

2 中學細胞知識重難點選擇

人體都是由細胞構成的，生命體的一切奧秘都發生在細胞上。細胞知識無非分為兩大部分：結構與功能，其中結構是物質基礎，體現了各部分的性質，而功能是細胞乃至生命體最終實現目標。典型的教學重難點為細胞壁、生物膜和遺傳物質——核酸。

3 幾個重要實驗的概述、部分改進及對細胞知識學習的重要性

細胞內的膜系統是細胞知識的重頭戲，但是因其微觀和深奧，簡單的中學生物教材很難闡明，但是在考試中或者今后的學習深造中，這些知識又是最基本最重要的，包括核酸是遺傳物質等內容，如何通過實驗更清晰更簡明易懂地傳授給學生相關的生物知識是一個需要仔細思考的問題。教師利用實驗促進學生對相關細胞知識內容的理解和掌握，最終的目標讓學生通過設計實驗的方法促進自身對難點知識的理解和學習，并能將其應用到解題和解決實際生活問題。

3.1 幾個重要實驗的概述與部分改進

3.1.1 植物細胞壁研究實驗介紹

研究細胞壁的性質有助于深入了解植物組織的構造及其功能的多樣性。根據實驗要求，選取合適的實驗材料，如觀察木質化細胞壁可選取厚壁組織中的石細胞、纖維，輸導組織的木質部中的導管、管胞等；栓質化細胞壁可選取位于植物體根和莖表面的木栓層；角質化細胞壁常位于植物的表皮外側，礦質化細胞壁可選擇禾本科植物的葉片；選擇合適的固定液固定材料，進行石蠟切片。運用不同的組織化學染色法，對組織切片進行染色處理實驗，通過比較觀察結果，確定合適的染色法；封片；使用光學顯微鏡及其他研究型顯微鏡進行觀察研究，拍攝相關照片。實驗中或結束后，教師可引導學生思考這樣2個問題：在實驗結果觀察中可以見到植物細胞壁上具有一些特殊結構，你能列舉出這些特殊結構所具有的生理機能嗎？隨著相關科學研究的進展，細胞壁在細胞分化中的重要意義，已引起植物學家的廣泛關注。你能說出哪些？

3.1.2 細胞質壁分離復原實驗

植物細胞質壁分離的實驗材料可選擇紫色洋蔥鱗片葉的外表皮，因為紫色洋蔥的液泡呈紫色，易于觀察，也可用水綿代替。用0.3 g/mL的蔗糖溶液做質壁分離劑對細胞無毒害作用。通過此實驗讓學生學會植物細胞壁分離與復原的方法以及了解細胞發生滲透作用的原理。

實驗中要注意幾個直接影響實驗成功的關鍵點：① 制作洋蔥表皮的臨時裝片時，撕取洋蔥鱗片葉外表皮放在水滴中展平（也可挑取幾條水綿放入水滴中）。蓋蓋玻片應讓蓋玻片的一側先觸及載玻片，然后輕輕放平，防止裝片產生氣泡。② 觀察洋蔥（或水綿）細胞可看到：液泡大，呈紫色，原生質層緊貼著細胞壁（或水綿細胞中有帶狀葉綠體，原生質層呈綠色，緊貼著細胞壁）。液泡含花青素，所以液泡呈紫色。先觀察正常細胞與后面的“質壁分離”起對照作用。③ 觀察質壁分離現象。從蓋玻片的一側滴入0.3 g/mL的蔗糖溶液，在另一側用吸水紙吸引，重復幾次。鏡檢。觀察到：液泡由大變小，顏色由淺變深，原生質層與細胞壁分離。原生質層與細胞壁之間充滿蔗糖溶液。重復幾次蔗糖濃度不能過高，若蔗糖溶液濃度大于細胞液濃度，細胞通過滲透作用失水，細胞壁伸縮性小原生質層的伸縮性大，液泡和原生質層不斷收縮，所以發生質壁分離。④ 觀察細胞質壁分離的復原現象。從蓋玻片的一側滴入清水，在另一側用吸水紙吸引，重復幾次。鏡檢。觀察到：液泡由小變大，顏色由深變淺，原生質層恢復原狀。發生質壁分離的裝片，不能久置，要馬上滴加清水，使其復原。重復幾次。細胞液的濃度高于外界溶液，細胞通過滲透作用吸水，所以發生質壁分離復原現象。

3.1.3 核酸染色實驗不成功的原因分析

實驗原理：甲基綠和吡羅紅與核酸發生競爭性結合，甲基綠與DNA雙螺旋外側的磷酸基團結合力強，結合后阻止吡羅紅從堿基之間插入，甲基綠與DNA結合產物為綠色。吡羅紅與RNA結合力強，RNA結構松散，吡羅紅可以插入，從而中和磷酸基團，阻止甲基綠染色，吡羅紅與RNA結合物呈紅色。由于甲基綠-吡羅紅染色法方法的經典性和應用廣泛性，在高中實驗教材中出現了該實驗，目的是提高學生的動手能力，進一步理解DNA和RNA在細胞中的分布，并體會這一染色法的廣泛應用。但此項實驗是比較難掌握的染色技術，在中學教學實踐中該實驗效果不太明顯，甚至有些教師反映染色之后細胞核呈現紫色而不是綠色，下面對收集到的一些問題，進行解析。

（1） 經人教版教材所示方法得出細胞核呈現紫色的原因分析：

DNA分子在高溫及強酸作用下容易發生變性，導致化學結構與空間構型發生改變，聚合度降低。從核酸聚合的水平來分析：吡羅紅和甲基綠這兩種染料分別染色RNA和DNA，區別在于兩種核酸的聚合水平，而不是兩種核酸的本身。由于甲基綠可以染高度聚合的核酸（DNA），吡羅紅可以染低聚合體RNA和DNA，因此口腔上皮細胞核內DNA經HCl解離導致空間構型改變后，不但可以與甲基綠結合，而且某些低聚體DNA還可以和吡羅紅發生反應，根據三原色原理，一定比例的被染成紅色和綠色的DNA混合，使細胞核呈現出紫色。

（2） 不解離、不烘干的好處。

因口腔上皮細胞涂處是透明的，放入鹽酸中解離后，很難辨認出載玻片上涂上皮細胞的位置，給染色造成困難。對核酸破壞大，同樣烘干也會對核酸造成很大的破壞。

（3） 洋蔥細胞質中的RNA著色不明顯原因分析。

在實驗中發現洋蔥細胞質中的RNA沒有口腔上皮細胞中RNA染色明顯，主要因為成熟植物表皮細胞內含有大體積的液泡，液泡內不含RNA，，約占細胞體積的90%，因此洋蔥細胞質中的RNA著色不明顯。

（4） 三種表皮細胞作為材料優缺點對比。

在材料改進上，中學實驗教材提供的是洋蔥的下表皮和口腔上皮，白洋蔥的上表皮也適合做為此試驗的材料（紫色洋蔥的上表皮液泡有顏色，會影響結果觀察，不適合作為材料），綜上所述，可以為一線教師得到的實驗結論是：上皮細胞不需要酸解直接染色，實驗結果明顯；采用新材料白洋蔥的上表皮直接染色4～5 min效果明顯。

3.2 4個實驗對促進細胞知識學習的重要價值

細胞知識的基礎就是細胞結構知識，由于極其微觀，教師必須借助實驗手段幫助學生學習，同時還能激發學生學習的主動性。在實驗教學中，還能培養學生綜合利用各學科知識的能力，在實驗結果分析中必須考慮到生物學、物理學、化學等諸多學科的因素。同學習其他理科一樣，生物學的知識也要在理解的基礎上進行記憶，但是，初中階段的生物學還有著與其它理科不一樣的特點。

細胞知識是生物學知識的核心和難點，在教學中，一線教師必須認識其重要性，并認真選擇教授的策略和方法，具體的實驗能將抽象的細胞學知識形象的展示出來。除此之外，通過從細胞壁到核酸的四個實驗，不僅讓學生對細胞的基本結構有了較深刻的認識，同時通過質壁分離與復原實驗讓學生更真切的感受了原生質層的生命動力，還讓學生對膜的結構、膜的基本生命活動以及核酸定位有了直觀的體會。學生不僅對基礎的細胞學知識有了較深刻的理解，同時還培養了實驗設計能力、實驗問題解決能力以及實驗結果分析能力，賦予學生一項有用的工具，對于今后更深奧難懂的生物學知識，學生也可以通過設計簡單的實驗將知識簡單化，提高學習效率和效果。

4 結語

生物學是一門實驗科學。沒有實驗，生物學就不可能取得如此輝煌的成就。同樣，不重視實驗，也不可能真正學好生物課。但是實驗不是生物學的全部，它只是幫助學生理解并應用生物學知識的工具，教師要適時地利用好實驗教學帶給生物學理論知識意想不到的教學效果和教學積極性。