“探究細胞液濃度”教學設計

趙曉剛

探究細胞液濃度，是學生在完成質壁分離實驗后，浙科版教材《必修一·分子與細胞》模塊安排的一個建議活動。該活動一方面讓學生熟悉制作臨時裝片和使用顯微鏡的操作方法，提高學生生物學實驗技能；另一方面也是培養學生的探究意識和創新精神，接受科學方法訓練的好素材，建議中學階段應積極開展。為了達到預期教學目標，對探究細胞液濃度的教學設計如下。

1 設置問題情景，提出問題

上課伊始，要求學生依據教師提供的材料和器具，以“質量分數為1%的KNO3溶液”為介質制備1個紫色洋蔥表皮的臨時裝片備用，稍后觀察。

（1） 實驗材料和器具。

紫色的洋蔥鱗片葉、濃度為0.1 g/mL（10%）的KNO3溶液、蒸餾水、反應器皿、解剖刀、鑷子、100～1000 μL可調移液器、載玻片、蓋玻片、吸水紙、顯微鏡。

設置目的和評價：讓學生熟悉制作臨時裝片的技能，獨立解決溶液的稀釋問題，為配置合適濃度梯度的KNO3溶液奠定技術基礎。

（2） 復習提問上節課內容，即質壁分離及復原實驗的原理。

設置目的和評價：設置時間差（約1～2 min），為學生“發現問題，作出假設”做好鋪墊。

（3） 待提問結束后，讓學生觀察剛才制作的臨時裝片，描述觀察到的現象。

實驗結果：未觀察到“質壁分離”現象，教師引導學生分析產生此現象的原因。

2 作出假設

學生經過分析討論，對“未發生質壁分離”現象的假設主要集中在4個方面：

（1） 細胞為死細胞。

（2） 細胞外液（KNO3溶液濃度）等于細胞液濃度。

（3） 細胞外液（KNO3溶液濃度）小于細胞液濃度。

（4） 細胞外液（KNO3溶液濃度）大于細胞液濃度，由于未及時觀察發生質壁分離后復原。

設置目的和評價：教師引導學生發現或提出問題，作出假設。優化問題情景和問題設置可激發學生對生物學科和課堂的極大的興趣，使其產生學習、探究的動力。引導學生設計可行的實驗方案解決自己提出的假設。

3 設計實驗，驗證假設，確立實驗課題

3.1 確定實驗課題、實驗原理和實驗方案

對于“假設細胞為死細胞”，如何設計實驗驗證？經討論分析，學生設置的實驗方案一般有2個：

（1） 染色排除法，依據實驗原理：活細胞膜具有選擇透性。

（2） 利用不同濃度梯度KNO3溶液處理細胞，顯微鏡觀察是否發生質壁分離，依據原理是滲透作用。

經師生共同分析，發現依據提供的實驗材料和器具，無法完成實驗方案（1），但可完成方案（2）。同時發現方案（2）也是解決“假設②、③、④”的最佳方案，確定探究細胞液濃度的課題進行研究。

設置目的和評價：引出本節課的實驗課題、實驗原理、實驗方法。

3.2 依據實驗課題和方案，分析實施實驗的注意事項

依據前面的問題情境和師生分析，教師引導學生思考，為完成“測定細胞液濃度”的目的，在實驗過程中需要注意的事項：

（1） 選擇新鮮的材料，排除死細胞的干擾。

（2） 溶液處理材料后要迅速觀察，排除質壁分離復原的干擾。

（3） 實驗成敗的關鍵是設置合適的KNO3溶液濃度梯度。

設置目的和評價：實驗注意事項不是由教師確定強加于學生，而是讓學生依據實驗目的和實驗情景分析得出。教師要培養學生分析和解決問題的能力，使他們在科學探索過程中逐步形成科學態度和科學價值觀。

3.3 學生實驗

完善實驗報告，實施實驗。

3.4 統計實驗結果及分析，得出實驗結論

多數學生通過實驗測得洋蔥鱗片葉外表皮細胞在質量分數為2%的KNO3介質中約一半細胞不發生質壁分離，少數學生結果有差異。

學生的自主探究活動終結于得出結論，不同學生實驗結論的差異會是引起學生進一步思考的動力。教師要引導學生從實驗的自變量、因變量、無關變量的角度分析產生實驗誤差的原因，感受成功或失敗的情感體驗和科學思維的樂趣，從而突出學生在學習過程中的主體作用，激發學生思維和行動的內在動力。

4 設置新的問題情景，理解細胞液濃度的含義

教材中實驗提供的試劑是蔗糖，往年我校學生洋蔥細胞液濃度測得值為0.15 g/mL（15%）蔗糖濃度，測得值與質量分數為2%的KNO3溶液。這兩個數值含義是否相同，細胞液濃度的含義是什么。

設置目的和評價：引導學生思考細胞液的真正含義，通過數據計算，細胞液的濃度是細胞液所有溶質（分子和離子）的總的物質的量濃度。這樣使學生體驗跨學科知識的魅力，培養學生科學思維方法和能力，體會做科學的嚴謹和快樂。

5 教學反思

本節課以KNO3溶液為介質，通過合理設置問題情景，激發學生探究的動力，提出并較好的完成了“測定細胞液濃度”的實驗課題，并通過實驗分析讓學生理解了細胞液濃度的真正含義。加強探究性實驗教學的實踐和研究是未來生命科學教學的必然方向，教學中教師要擺正自己的位置，教師在教學過程中只是問題的教師設計者、探究時的參與者、結論的共同形成者。教學中要充分尊重學生的主體作用，培養學生的科學精神。