高中生物學課外“迷你”實驗的開發與應用

楊祖芳

(廣東省中山市濠頭中學 528437)

“迷你”實驗是根據教材上的實驗原理，利用簡單的實驗材料，因地制宜開展的一類小實驗。“迷你”實驗因其取材容易、貼近生活、直觀明了和便于操作的特點，往往受到學生的青睞。通過“迷你”實驗，學生的實驗設計能力和動手能力得到提高，收集和自制實驗器材的能力也得到增強，有利于培養學生科學探究的素養。本文結合人教版高中生物學教材中必修實驗，對其進行改進成不限于學校、學生在家里也可完成的“迷你”實驗，現舉例如下：

1 補充實驗步驟，直接觀察實驗效果

在教材必修1第5章第4節探究“環境因素對光合作用強度的影響”實驗中，教材并沒有直接給出具體的實驗操作步驟，筆者結合生活中的器材進行設計，讓學生利用家庭或社區的資源完成“迷你”實驗——“探究不同CO2濃度對光合作用強度的影響”。

1.1 實驗步驟 ①在水塘邊撈取黑藻若干回家備用；②取5個透明塑料盒編號1、2、3、4、5號，并分別裝入等量的清水、1%、2%、3%和4% 的NaHCO3溶液，將等量的黑藻放入透明塑料盒內；③將5個塑料盒放在距LED臺燈10 cm下照射10 min，觀察其氣泡產生的數量。根據產生的氣泡數得出CO2濃度與光合作用強度的關系。

1.2 設計特點 利用生活中的實驗器材，簡單易行，可測性強，增強學生的學習探究興趣。同時，還可設計改變其他環境因素，增設不同光照強度或溫度等對光合作用的影響因素實驗。

2 尋找替換材料，體驗生活實踐樂趣

在教材必修1第6章第1節“細胞大小與物質運輸的關系”實驗中，教材是選用含酚酞的瓊脂塊(NaOH和酚酞相遇，呈紫紅色)做實驗材料來探究細胞大小，即細胞的表面積與體積之比與物質運輸效率之間的關系。但瓊脂塊制備較麻煩，時常會偏硬不利于物質擴散；偏軟不利于切割。同時，NaOH具腐蝕性，對學生的皮膚和眼睛均有影響。因此，就利用冬瓜做實驗替換材料，設計出“測量高錳酸鉀進入果蔬的深度”實驗，可讓學生在家里完成。

2.1 實驗步驟 ①將冬瓜去皮后，用餐刀將其切成3塊邊長分別為1 cm、2 cm、3 cm的正方體；②在3塊冬瓜塊的正上面均勻地涂抹一層高錳酸鉀粉末，靜待10 min；③用餐刀將冬瓜塊縱切，觀察切面，用尺子測量每一冬瓜塊上高錳酸鉀擴散至其內部黑褐色的深度。記錄測量結果，每兩次操作之間必須把刀擦干凈。計算高錳酸鉀擴散的體積/整個冬瓜塊體積的比值。

2.2 改進特點 用冬瓜塊代替含酚酞的瓊脂塊，方便切割，且無需耗時制備瓊脂塊。用高錳酸鉀代替NaOH，安全衛生。切開冬瓜塊后，顏色分明，方便觀察測量。

3 挖掘實驗內涵，改定性為定量實驗

教材必修1第5章第3節“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗存在實驗裝置較復雜、過程耗時較長、實驗結果不能量化等不足。于是，用100 mL的注射器代替錐形瓶，用5 g高活性酵母溫水活化代替20 g新鮮食用酵母，用 H2O2溶液與土豆粒混合反應生成氧氣代替橡皮球間歇性通氣，用醫用輸液管代替連接玻璃管。改進后的“迷你”實驗還能讓學生有機會學習定量測定。

3.1 實驗步驟 ①分別取2支100 mL的注射器，編號1號和2號，排凈筒內空氣，各吸取已活化后的酵母液+葡萄糖溶液20 mL。1號注射器的注射頭用止水夾將輸液軟管夾緊封口，水平放置注射器，記錄初始刻度，代表無氧呼吸組。②另取1注射器，編號3號，內裝3 mL H2O2溶液與3g新鮮土豆粒，將輸液管與2號注射器連接，推動3號注射筒向2號注射器注入O2后，用止水夾將輸液軟管夾緊封口，水平放置注射器，記錄初始刻度，代表有氧呼吸組。③靜置反應5 min后，分別記錄反應后的活塞刻度，定量讀出刻度變化。④檢測CO2。取下止水夾，將1號輸液軟管和2號輸液軟管分別通入澄清石灰水，推動注射器活塞，氣體從輸液軟管中導出，觀察澄清石灰水變渾濁，說明氣體成分是CO2。⑤檢測酒精。將注射器針頭朝下，直接吸入酸性的重鉻酸鉀溶液，觀察2支試管中液體的顏色變化并記錄下來。1號無氧組的液體使酸性的重鉻酸鉀溶液由橙色變成灰綠色，說明無氧組產生了酒精。

3.2 改進特點 所有的實驗用品價格低廉，實驗裝置簡單，可操作性強。利用新鮮土豆加H2O2溶液產生的氧氣速度快且濃度高。縮短了反應時間，由原來約40 min完成的實驗僅用10 min即可看到明顯效果。還可定量分析實驗結果，在對比后可進行表述。

4 借助實驗原理，體驗細胞物質組成

在教材必修1第2章第5節中描述“細胞中大多數無機鹽以離子的形式存在”，學生對這個知識點不容易理解。筆者聯想到原電池的實驗原理，而細胞內的這些離子就相當于電解質。因此，設計了探究“神奇的發光果蔬”的“迷你”實驗。準備一些鋅片、銅片和電線，以及蘋果、冬瓜、土豆和黃瓜等生物材料。

4.1 實驗步驟 ①取一新鮮蘋果，切成若干塊；②在每一小塊蘋果上分別插入鋅片和銅片(注意鋅片和銅片之間不能接觸)，用電線依次按串聯的方式連接不同蘋果塊上的鋅片和銅片，最后接通二極燈管；③觀察燈泡的亮度。

4.2 設計特點 通過增設實驗，幫助學生理解教材中沒有展開的結論。實驗材料簡單易得，借助理化實驗原理，實現跨學科交融。通過探究過程中不斷出現問題，討論問題并解決問題，在實驗過程中培養學生嚴謹的思維。在實驗探究過程中學生會提出一些新問題。如用一個蘋果做實驗，連通電路后發現二極管沒亮，將蘋果切成幾個小塊再次實驗，二極管亮了。學生馬上想到的是電壓的問題，向物理教師借來電壓表測量，果然是因為一個蘋果塊電壓太小，而多切幾個小塊，相當進行串聯增大電壓，從而使二極管亮了。

5 模擬實驗情境，體驗假說—演繹過程

在教材必修2第1章第1節“孟德爾豌豆雜交實驗(一)”中安排了“性狀分離比的模擬”實驗，目的是通過模擬實驗讓學生體驗孟德爾的假說，通過進一步地學習理解“假說—演繹”這一科學研究方法。教材中實驗小桶及彩球成本較高，準備量大，攜帶與存放均有不便。且教材原實驗僅讓學生體驗了孟德爾假說，沒能繼續組織學生進入探討演繹推理實驗驗證及其他類似實驗的探究模擬，如測交。也未能讓學生模擬自然界雌、雄配子數量的關系。筆者利用撲克牌對該實驗進行了“用撲克牌模擬性狀分離比及其拓展”的模擬設計。

5.1 實驗步驟 ①將2副原裝撲克牌從牌盒內取出，分別洗勻，使不同花色和點數的牌充分混合；②將洗好的每副牌混勻后疊放置桌面上，各成1摞；③每摞隨機從任一高度處翻牌，只需亮出手中一層的最底一張牌(無需抽出)，記下2張亮牌的顏色，方塊、紅桃和王牌都記紅色R，梅花、黑桃和小王都記黑色r；④每摞暫時分開的2層牌重新放回在一起，按步驟3重復50次以上(注意：以上各步中，2幅牌自始至終不能相混，建議選取2副牌背面紋理不一樣)；⑤記錄每種顏色組合的數量及比例，統計見表1。

5.2 設計特點 該實驗材料選用撲克牌，準備容易，存放方便，適合全班學生。在實驗內容上不僅體驗了孟德爾的假說，還增加了拓展實驗、演繹推理測交實驗驗證模擬和雄配子(用三副牌)多于雌配子(用一副牌)模擬等。

表1 組合結果統計表

表1 組合結果統計表

記錄統計數量紅紅組合(RR)紅黑組合(Rr)黑黑組合(rr)畫“正”字計數1組數量2組數量3組數量……全班數量全班比例