高中生物探究性實驗教學探討

生物實驗是生物學科獲得發展進步的動力之源，也是生物教學必不可少的環節之一。在新課改背景下，教師不斷強調對學生實施素質教育，重視對學生科學實驗方法的教學。尤其是通過探究性實驗的教學，學生的生物綜合素養、實驗操作技能和探究思考能力都得到有效訓練。在本文中，我們將以“質壁分離與復原實驗”為例，探討高中生物探究性實驗的教學。

一、明確探究目的，提出探究內容

質壁分離與復原實驗的根本目的是探究細胞膜的物質運輸功能，幫助學生認識細胞膜的流動鑲嵌模型。同時，生物實驗也涉及實驗儀器的使用，需要學生學會制作簡易的動植物細胞臨時切片（在本實驗中即是洋蔥臨時切片），還包括顯微鏡以及相關實驗器材的使用。在進行探究式實驗之前，教師有必要將探究目的和要求展示給學生們。通過對“植物細胞質壁分離與復原現象”探究性實驗的實施，學生需要掌握滲透作用的原理，領會植物細胞得失水與環境溶液溶度之間的關系，同時對植物細胞的流動鑲嵌模型以及原生質層得到更加深入的認識。在探究性生物實驗教學中，最核心的目標就是教授學生自主探究實驗的設計方式，提高學生實踐操作能力。本次試驗設計的探究內容就是希望學生通過設計實驗，得出水分子總是從低濃度向高濃度擴散的結論。

二、質壁分離探究實驗設計

1.實驗原理。要想學生能夠順利設計出探究實驗，教師必須首先將實驗原理展示給學生們，幫助學生理清實驗思路。教師在進行高二學期“植物細胞質壁分離”的探究實驗中，首先需要為學生們講解該實驗的實驗原理。質壁分離現象指的是植物細胞壁與原生質層在環境溶液濃度改變的條件下會發生分離的現象，實驗原理是當環境溶液濃度大于細胞液濃度時，植物細胞壁發生滲透失水現象，即是質壁分離。若再將環境溶液的濃度減小，質壁分離又會出現還原的情況。

2.探究實驗設計思路。在教材的演示實驗中，給出了一些對探究實驗具有參考價值的要素，質壁分離實驗選用的是紫色洋蔥鱗片葉、0.3g/ml的蔗糖溶液和蒸餾水。在實驗儀器上，包括玻璃棒、燒杯、刀片、載玻片、蓋玻片、滴管、鑷子、吸水紙、消毒牙簽等，教師在設計實驗的過程中必須將可以選用的實驗器材提供給學生們，以供學生自由挑選使用。傳統的演示實驗的設計過程是將活的成熟的洋蔥鱗片置入0.3g/ml的蔗糖溶液，在顯微鏡下觀察植物細胞壁的變化。此后，再將上述步驟下的洋蔥鱗片葉置于蒸餾水中，重復上述步驟，在此利用顯微鏡觀察植物細胞壁。要想達到探究性生物實驗的目的，以上的步驟是不夠的。

3.探究實驗方案設計。在探究思路設計中，教師給學生們設定了幾個探究性提問，要求學生們按照小組進行合作解決。學生們在研究討論之后，分別給出了如下的探究實驗設計方案。

（1）探究是否可以替換0.3g/ml的蔗糖溶液：學生們分別制作了0.1g/ml、0.5g/ml、0.7g/ml的蔗糖溶液，然后按照演示實驗的步驟，觀察洋蔥細胞的質壁分離現象。于是，學生們得到了如下的實驗現象：在0.1g/ml的蔗糖溶液中，洋蔥細胞發生質壁分離現象，但是分離現象不明顯。再將上述細胞置入蒸餾水中，可以觀察發現植物細胞發生質壁分離的復原現象。若將洋蔥細胞置入0.5g/ml和0.7g/ml的蔗糖溶液中，可以出現顯著的質壁分離現象。但再置入蒸餾水中，洋蔥細胞不再出現復原現象，這就說明洋蔥細胞已經失活，可以得到該濃度也不適合選擇。

（2）探究手否可以利用其他植物細胞代替洋蔥進行實驗：學生們分別選取了蘋果、黃瓜和西瓜制作實驗切片，繼續按照演示實驗安排的實驗步驟和要求進行實驗設計。于是，學生們觀察到了如下的實驗現象：在0.3g/ml的蔗糖溶液中，蘋果果肉細胞的質壁分離現象很不明顯。對于黃瓜切片，學生們難以確定觀察到的細胞是表皮細胞，實驗中的雜質過多，不利于實驗觀察。在利用西瓜切片的實驗中，其質壁分離現象溶液觀察，但將其置入蒸餾水稀釋之后，植物細胞分散不均，難以觀察。同時，由于西瓜切片本身的含水量就較大，難以將實驗現象清晰地展示出來。

（3）探究是否可以利用硝酸鉀來代替0.3g/ml的蔗糖溶液：同樣是按照演示實驗的要求以及步驟，將紫色洋蔥細胞置于30%的硝酸鉀溶液中，觀察細胞失水現象，隨后又迅速出現復原現象。再將其置于蒸餾水中，發現洋蔥細胞復原已經完成。于是可知30%的硝酸鉀溶液可以使植物細胞出現失水現象，但隨后的自動復原致使其不能用于質壁分離現象的設計實驗中。

4.探究實驗結論分析。學生在完成教師要求的探究試驗后，教師必須及時與學生交流，幫助學生掌握質壁分離的實驗原理。首先，教師要求學生進行自由討論，并對實驗中出現的疑問和見解進行提問。教師總結得到，學生主要存在以下的一些疑問：為何實驗過程中植物細胞中液泡的顏色和大小會出現變化？為什么不具有腐蝕性的高濃度蔗糖溶液會損傷植物細胞，導致復原現象的不可見？在學生討論和教師講解后，學生們才得知：原來植物細胞的得失水存在一個限度問題，若是超過既定的限度，植物細胞的質壁分離現象就不能復原了。洋蔥液泡的顏色變化和大小變化都是由于液泡得失水所導致。由于使用硝酸鉀溶液導致植物細胞出現失水現象，隨后的復原是由于硝酸根離子和鉀離子又被植物細胞所吸收，故發生復原現象。

總之，高中生物探究性實驗的不在于照搬教材中的演示實驗，而是旨在與幫助學生充分認識生物實驗的原理促使學生成為生物課堂的主導。探究實驗不要求學生都能準確客觀的得到實驗結論，幫助學生掌握科學的實驗方法，培養學生的實驗操作技能才是關鍵。

（作者單位：江蘇省射陽縣第二中學）