江蘇大型考試對生物實驗教學的啟示

李金祥 （江蘇省姜堰中學 江蘇泰州 225500）

生物學科以其獨特具有的生命氣質，與學生的現實生活聯系甚為密切。因此一些生命現象的揭示不能僅僅依靠教師空洞的講解，而要通過系列實驗引導學生進行探究、分析，用一種學者的眼光去發現、歸納各種形形色色結果產生的原因，進而提高學生的生物學學科核心素養。命題專家對此領會甚多，下面結合近年來江蘇大型調研活動、學業水平測試、高考試題等，談一談實驗教學的幾點方向。

1 實驗材料和試劑理化性質的讀取

實驗試劑的正確選擇是實驗成功的必要條件，不同的化學試劑具有不同的特征，如顏色、氣味、存在形態等。這些特征是學生實驗過程中正確識別各種試劑的重要依據。學生實驗中出現實驗結果異常的原因，很多是因為加錯試劑所導致的，因此，在實驗之初，引導學生對實驗試劑理化性質的辨認，顯得尤為重要。在學生到達實驗室，教師首先要讓學生觀察各種實驗試劑的顏色、形態（如是液態還是固態，是黏稠性液體還是流動性液體），可以允許學生在短時間內聞一聞某些試劑的氣味。此外，還可以引導學生觀察其所裝盛容器的色澤，并分析其原因。

［例1］（2017·江蘇學業水平測試）圖甲～丁表示用新鮮菠菜進行“綠葉中色素的提取和分離”實驗的幾個主要操作步驟。請據圖回答下列問題：

（1）圖甲丁中，實驗操作步驟的先后順序是_____（填序號）。

（2）觀察圖中試劑a、b，其顏色依次是_______。

（3）步驟丙中，濾紙條上出現四條色素帶，那么最上面一條色素帶的色素名稱是_______________。

（4）在該實驗的操作過程中，有同學按下列方法操作，其中不合理的有____（在a～d中選擇填空）。

a.用蒸餾水替代無水乙醇提取色素

b.在研磨葉片后立即加入碳酸鈣

c.用定性濾紙替代尼龍布過濾研磨液

d.用鉛筆線連續數次畫濾液細線

（5）請嘗試運用該實驗方法，探究菠菜葉生長過程中色素種類和含量的變化，簡要寫出實驗的主要思路：_____________________________________________________________________________________。

簡析：圖中試劑a、b分別是無水乙醇、層析液，（2）題考查這兩種試劑的顏色。學生之間以及生物教師教研群間均對此有著不小的爭論，有人認為應為無色的，也有人認為應為淡黃色。實際上只要到實驗室找出無水乙醇和層析液，觀察其顏色即可，不必引起如此大的爭議。引起爭論的原因，就在于平時實驗過程中沒有留意觀察各類試劑。

參考答案：（1）乙→丁→甲→丙

（2）無色、無色

（3）胡蘿卜素

（4）abcd

（5）稱取相同質量的不同葉齡菠菜葉，進行相同實驗操作，分別提取和分離色素，觀察比較層析后濾紙條上色素帶條數及帶寬

［例2］（2015·江蘇泰州市期末調研）為了探究溫度、pH對酶活性的影響，下列實驗設計最合理的是（ ）

實驗編號探究課題選用材料與試劑____A_B C D溫度對酶活性的影響___溫度對酶活性的影響p H對酶活性的影響p H對酶活性的影響過氧化氫溶液、新鮮的肝臟研磨液___新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、_________________________碘液新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、_________________________碘液新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、_________________________斐林試劑

簡析：由于過氧化氫溶液在常溫下可自動分解釋放氧氣，而且受熱后其分解速度會加快，因此，不適用于探究溫度影響酶活性的實驗。一般采用新制的淀粉酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液。淀粉在酸性條件下可水解成葡萄糖，不適用于探究pH對酶活性的影響的實驗，一般采用過氧化氫溶液、新鮮的肝臟研磨液。故A、D選項錯誤。

參考答案：B。

2 實驗條件的探究

在課堂教學中，學生無法理解不同實驗進行所要求條件的差異，甚至有部分教師也迷惑不解，特別是對于需要加熱的實驗，有些實驗結果的出現需要沸水浴加熱，有些只需加熱到50~65℃。對此，教師可將學生分組進行探究溫度對實驗結果的影響，即設置低于最適溫度、最適溫度、高于最適溫度三大類溫度梯度，進行實驗探究，然后對不同實驗現象進行原因分析。

如還原糖、DNA分子的鑒定等實驗結果的出現，均需要加熱，前者需要的溫度條件為50~65℃，后者需要沸水浴加熱。如此一來，學生就對此產生了疑惑：如果在還原糖鑒定中給予沸水浴加熱，DNA分子鑒定中給予50~65℃水浴加熱，分別會出現怎樣的實驗結果呢？為了有效解決上述問題，教師可讓學生分組進行探究正常加熱和異常加熱的兩組實驗。學生不僅僅要記錄實驗的最終結果，更重要的是要詳細記錄其變化的整個過程，因為這是解決一系列疑惑問題的重要依據。在還原糖的鑒定實驗中，正常的實驗操作應該是使用溫度恒溫箱控制溫度在50~65℃進行水浴加熱，可以看到藍色→棕色→磚紅色的轉變過程。若使用沸水浴加熱，就會發現幾乎看不到磚紅色的氧化亞銅沉淀，而看到的是黑色沉淀。由此，教師可引導學生分析黑色沉淀為何種物質。學生根據所學的化學知識，即可判定出為黑色的氧化銅。教師再向學生解釋其形成的原因：因為斐林試劑里的藍色氫氧化銅沉淀熱穩定性較差，受熱（80℃以上）很容易分解生成黑色的氧化銅沉淀和水，這就可以解決遺留在學生心中的疑惑。

［例3］（2016·江蘇高考）關于生物組織中還原糖、脂肪、蛋白質和DNA的鑒定實驗，下列敘述正確的是（ ）

A.還原糖、DNA的鑒定通常分別使用雙縮脲試劑、二苯胺試劑

B.鑒定還原糖、蛋白質和DNA都需要進行水浴加熱

C.二苯胺試劑和用于配制斐林試劑的NaOH溶液都呈無色

D.脂肪、蛋白質鑒定時分別可見橘黃色顆粒、磚紅色沉淀

簡析：還原糖鑒定所需的試劑為斐林試劑，50~65℃水浴加熱即可；DNA鑒定所需的二苯胺試劑無色，需要沸水浴加熱；蛋白質鑒定不需要加熱，遇雙縮脲試劑呈現紫色。脂肪鑒定時，使用蘇丹III溶液或蘇丹IV溶液，產生的顏色為橘黃色或紅色。

參考答案：C。

在實驗中，特別是用于鑒定實驗結果的化學試劑的選擇，同樣也要考慮其作用所需的實驗條件。如利用淀粉酶溶液、可溶性的淀粉溶液，進行探究溫度影響酶活性的實驗，有的學生認為雖然淀粉屬于非還原糖，但在淀粉酶的催化作用之下，可產生麥芽糖等還原糖。因此，可采用斐林試劑檢測產物的生成量，進而判斷酶活性的大小。其錯誤的原因是僅僅考慮實驗結果的檢測，而忽視了使用斐林試劑需要水浴加熱這一客觀因素，從而改變溫度，產生實驗誤差的后果。

3 實驗材料差異的比較

實驗材料的正確選擇是實驗成功的必要條件之一，試想孟德爾若當初未巧遇豌豆，摩爾根不鐘情于那只半死不活的白眼雄性果蠅，可能也不會取得令人矚目的科研成就。選擇材料時，要具有一種敏銳的眼光，有些材料的選取僅靠肉眼是無法實現的，需要經過系列實驗探究比較。為了訓練學生這種甄別能力，教師除了提供教材中學生早已熟知的實驗材料，還可以提供給學生一些他們感興趣的或者不熟知的材料，供其進行實驗探究。

如在進行生物膜通透性的探究實驗中，可提供生鴨蛋和熟鴨蛋供學生取其中的殼膜進行滲透作用的模擬實驗。教師不要急于點破，而是放手交于學生自己選擇，進行實驗，并結合實驗結果，引導學生開展討論分析，最終明確了生物膜具有選擇透過性的前提是具有特定的生物活性。

［例4］（2010·江蘇高考卷）某生物興趣小組開展DNA粗提取的相關探究活動。具體步驟如下：

材料處理：稱取新鮮的花菜、辣椒和蒜黃各2份。每份l0 g。剪碎后分成兩組，一組置于20℃、另一組置于-20℃條件下保存24 h。

DNA粗提取：

第一步：將上述材料分別放入研缽中，各加入l5 mL研磨液，充分研磨。用兩層紗布過濾，取濾液備用。

第二步：先向6只小燒杯中分別注入10 mL濾液，再加入20 mL體積分數為95%的冷酒精溶液，然后用玻璃棒緩緩地向一個方向攪拌，使絮狀物纏繞在玻璃棒上。

第三步：取6支試管，分別加入等量的2 mol·L-1NaCl溶液溶解上述絮狀物。

DNA檢測：在上述試管中各加入4 mL二苯胺試劑。混合均勻后，置于沸水中加熱5 min，待試管冷卻后比較溶液的顏色深淺，結果如下表。

注：“+”越多表示藍色越深。

分析上述實驗過程，回答下列問題：

（1）該探究性實驗課題名稱是__________。

（2）第二步中”緩緩地”攪拌，這是為了減少________________________________________________。

（3）根據實驗結果，得出結論并分析。

①結論1：與20℃相比，相同實驗材料在-20℃條件下保存，DNA的提取量較多。

結論2_____________：_。

②針對結論I.請提出合理的解釋：_______________________________________________________。

（4）氯仿密度大于水，能使蛋白質變性沉淀，與水和DNA均不相溶，且對DNA影響極小。為了進一步提高DNA純度，依據氯仿的特性。在DNA粗提取第三步的基礎上繼續操作的步驟是：____________________________________________________________。然后用體積分數為95%的冷酒精溶液使DNA析出。

參考答案：（1）探究不同材料和不同保存溫度對DNA提取量的影響

（2）DNA斷裂

（3）①等質量的不同實驗材料。在相同的保存溫度下，從蒜黃提取的DNA量最多

②低溫抑制了相關酶的活性，DNA降解速度慢

（4）將第三步獲得的溶液與等量的氯仿充分混和，靜置一段時間，吸取上清液

在實驗中，教師給學生提供多種材料，以供學生選擇。教師也可以放手學生課外尋找實驗材料，在實踐中發現更為優秀的實驗材料，拓展思維，改進實驗，進而提高學生的生物科學素養。

4 實驗操作異常對實驗結果影響的探究

實驗操作的規范性直接影響到最終的實驗結果，如各種試劑加入的順序、劑量等，這也是各種考試的高頻考點。

如探究酵母細胞固定化實驗中，凝膠珠的制作是衡量實驗是否成功的重要標志，其中包括了其形狀、顏色以及硬度和彈性等指標的檢測。正常的凝膠珠呈球形、淡黃色、富有彈力，異常的凝膠珠一般帶有像小蝌蚪那樣的“尾巴”，有些呈白色，用于酒精發酵即可檢測出所包埋酵母菌數的多少。導致實驗失敗的原因，主要集中在以下幾點：海藻酸鈉溶液濃度的偏差、注射器的推進過快或過慢、注射器距離CaCl2液面的過遠或過近等。教師可引導學生在實驗調整過程中進行歸納，如在觀察到學生實驗中制作的凝膠珠出現“尾巴”，可建議調整海藻酸鈉溶液的濃度，進行校對性的探究。

再如，葉綠素的提取與分離，有些學生實驗后的濾紙條上并未出現彼此獨立、較為清晰的四條色素帶，有的無任何色素帶的出現，有些色素帶彼此重疊，有的彎彎曲曲。針對這些錯誤結果，教師均可引導學生進行一系列探究，尋找其中緣由。

［例5］（2010·鹽城一模）在“DNA的粗提取和鑒定”實驗中，發現DNA提取量不足。下列有關原因分析不正確的是 （ ）

A.經蒸餾水處理的紅細胞用玻璃棒攪拌的時間過短

B.溶解時所調制的NaCl溶液濃度未達到2 mol·L-1

C.DNA再溶解時，玻璃棒攪拌方向是單向的

D.向2 mol·L-1NaCl溶液中加入蒸餾水太少

簡析：DNA在細胞中含量本不高，能夠提取出像教材插圖顯示的白色絮狀物的情形，是很少見的。其中的原因較多，涉及到DNA的釋放、溶解、析出、過濾、DNA的斷裂等。DNA再溶解時，玻璃棒攪拌方向是單向的，能夠減少DNA的斷裂，提高DNA的提取量。

參考答案：C。

此外，對實驗裝置的安裝也是考查的對象。在實驗課中，發現有些學生面對一堆儀器，不知如何下手，加熱方法不知是用酒精燈，還是用水浴恒溫箱，導管是伸入液面之下，還是液面之上。在今后的教學中，教師要多加關注學生在實驗中容易出現的錯誤操作并及時加以引導。

實驗教學的有效開展能夠較好地引導學生主動探索生物學奧秘，提高其生物學學科核心素養，激發學生的學習興趣。對實驗教學的研究也一直是廣大教師研究的熱點，如何將實驗教學與課堂教學有機結合，是一項任重道遠的任務。