滲透科學探究和科學思維的高中生物學實驗教學
——以“觀察植物根尖細胞的有絲分裂”為例

李 偉

(江蘇省南通第一中學 南通 226001)

在生物學實驗課堂教學中以啟發學生科學思維為出發點，創設具有探究價值、能激發學生興趣的問題情境，在教師的指導下展開科學探究，讓課堂中要進行的分組實驗成為學生科學思維碰撞的必然和需要。學生在小組合作、組間交流、數據分析、問題解決過程中理解科學方法的本質，發展科學探究和科學思維能力。

“觀察植物根尖細胞的有絲分裂”是人教版高中生物學教材必修1中與“細胞的增殖”相關的學生實驗，也是高中生物學中的經典實驗。傳統的教學方法是教師講解實驗原理、實驗材料、實驗操作步驟。學生按要求完成實驗，展示實驗結果。學生只會按照教材的步驟或教師要求操作，容易出現動手不動腦的狀態。如何在生物學實驗中讓學生體驗科學探究，需要生物學教師深入研究和嘗試。本文基于問題進行了實驗教學中滲透科學探究和科學思維的嘗試，具體課堂活動設計如下。

1 創設具有探究價值的問題情境，激發學生科學探究的熱情

創設與學生生活密切相關的、具有一定探究價值的問題情境——新裝修房室內甲醛污染問題。在此基礎上展示用0.01%甲醛溶液和蒸餾水常溫下培養10d的大蒜根的生長情況(圖1)。引導學生從細胞層面對根尖生長進行分析，提出問題： 甲醛對大蒜根尖細胞有絲分裂有什么危害？大蒜是否適合作為環境中甲醛污染的指示植物？讓學生在要探究問題的價值體驗中進行本節課的科學探究。

圖1 大蒜水培圖

2 設計遞進式問題，推動學生科學思維的深化

對提出的問題進行科學探究需解決一系列問題。教師可以設計遞進式問題引導學生的科學思維。

2.1 需解決的問題一 要研究甲醛對大蒜根尖細胞有絲分裂的危害，你認為應以根尖哪個區域的細胞作為研究對象？這個問題的解決可以讓學生對比分生區和根尖其他區域的細胞顯微圖(圖2、圖3)，對不同區域細胞的特點進行分析和思考。讓學生得出適合研究有絲分裂的區域(分生區細胞)，同時也對如何辨識分生區細胞獲得了一定的直接經驗，為接下來的研究做技能和知識的鋪墊。

圖2 根尖伸長區細胞顯微圖(縱切面)

圖3 根尖分生區細胞顯微圖(縱切面)

2.2 需解決的問題二 如何才能觀察到大蒜根尖分生區細胞有絲分裂情況呢？這個問題可以激發學生對接下來實驗操作每一環節的思考，教師可以設計問題鏈加以引導。比如①能不能剪取根尖直接放在顯微鏡下觀察？(不能。)②那么應該把根尖變成什么樣子才適于觀察細胞分裂？(植物細胞本來是緊密結合在一起的，為了讓根尖變薄，變成單層細胞便于觀察，我們首先要讓細胞松散開來，這就要用到我們桌上的解離液處理。)③解離好之后如果顯微鏡下可以看到細胞，細胞應該是什么顏色？(無色。)④我們需要通過觀察染色體來研究細胞的有絲分裂該怎么辦？(染色。)⑤染色的時候根尖還附著著解離液，解離過度會怎么樣？(破壞細胞和染色體。)怎么辦？(解離之后，染色之前要漂洗。)⑥經過漂洗再染色得到了染了色的一層一層疊在一起的細胞，能直接放在顯微鏡下觀察嗎？(不能，要通過壓片的制片方式把它變成單層細胞。)由此得出的“解離→漂洗→染色→制片”的實驗步驟及目的都是學生在科學探究過程中科學思維的結果。

2.3 需解決的問題三 如果觀察到0.01%甲醛溶液培養的大蒜根尖分生區細胞的有絲分裂情況，是否就能直接說明甲醛有危害？學生在這個問題的解決過程中能體驗實驗設計的一般原則，培養嚴謹、踏實的科學精神。同時明確本節課組內合作、組間交流和班級匯總的任務和要求。①組內合作： 將全班學生分成A、 B、 C、 D、 E、 F六小組。A、 B、 C組的學生完成蒸餾水中培養的正常生長的大蒜根尖分生區有絲分裂的觀察與分析；D、 E、 F組的學生完成0.01%甲醛溶液培養的大蒜根尖分生區細胞有絲分裂的觀察與分析。②組間交流： 每小組選一名組間交流員，其任務是聯絡相鄰小組進行不同圖片的差異及原因分析。③班級層面： 利用黑板上的表格進行各小組實驗數據的匯總，同時各小組派一名代表展示和分享本小組的顯微圖片，并進行一定的分析和解說。

3 實施改良實驗，加深學生對科學探究和科學思維的體驗

在學生針對要探究的問題，明確了實驗目的，掌握了實驗方法和一定顯微圖片的分析技能后，為學生在課堂有限的時間和有限的條件下能順利完成實驗，生物學實驗社團的學生在課前進行了幾百次實驗的嘗試，在教材實驗操作的基礎上進行了一定的改良。為簡潔地完成本實驗相對較多的操作步驟，將主要的實驗操作環節通過白瓷點滴板完成，具體操作如圖4。

圖4 利用白瓷點滴板進行實驗操作示意圖

首先，在白瓷滴板凹槽1中滴加解離液，將根尖放入凹槽1中完成解離步驟。凹槽2、 3中滴加蒸餾水，將解離后的根尖用蒸餾水沖洗2～3次，依次放入凹槽2、凹槽3中，完成漂洗步驟。在白瓷滴板的凹槽4中滴1～2滴染液，將漂洗好的根尖放入凹槽4，完成染色步驟。凹槽5、 6中滴加蒸餾水，將染好色的根尖在凹槽5中撥動1～2s，用吸水紙吸去根尖周圍水分，在點滴板盛有清水的凹槽6中蘸一下(保證根尖附著足夠的水分)。最后將處理好的根尖，放在載玻片上，刀片切取根尖2mm左右，以壓片的方式制片，使根尖細胞充分展開。

利用數碼顯微鏡觀察采集典型的圖片，小組討論、仔細辨別有絲分裂各時期細胞和分析圖片中異常情況。再進行組間交流，比較不同組圖片的差異及說明的問題。

4 分享展示成果，完成科學思維的碰撞

4.1 圖片展示中實現小組間科學思維的碰撞 以小組匯報的形式進行成果展示，在展示的圖片中查找有絲分裂分裂期細胞，分析有絲分裂各個時期的特征，分析異常圖片的可能原因。圖5為A小組在課堂展示的顯微圖。結合圖5可以分析： ①分裂間期和分裂期細胞，理解不同時期細胞數量、比例及染色體行為；②氣泡產生的原因(圖片上方)，讓學生體驗規范的實驗操作的重要性；③解離過度的細胞狀態(圖片左下)，驗證實驗操作步驟的合理性和必要性。

圖5 A組大蒜根尖細胞顯微圖

小組充分展示后，通過不同小組的展示交流，進行思維碰撞，如： 與E組相比較，B組的結果中處于分裂期的細胞明顯較多。

4.2 數據統計中實現全班科學思維碰撞 班級層面數據匯總，各小組在采集的圖片中選擇較清晰的一張進行計數，并將數據填入黑板上的表格中。統計結果如表1：

表1 探究甲醛對大蒜根尖分生區細胞有絲分裂危害記錄表

4.3 結論分析中實現學生與真實科研的科學思維碰撞 全班在各組圖片的比較和數據的分析中得出結論。教師引導學生針對得出結論的過程，分析其不嚴謹性，如： 統計樣本太小，各小組學生對圖片判斷的誤差等。在此基礎上展示真實科學研究數據(表2)。

表2 甲醛處理對大蒜根尖有絲分裂的影響記錄表[1]

由此得出結論，讓學生體驗真實科學探究的過程及其嚴謹性。同時解決了本節課探究的問題“甲醛對大蒜根尖細胞有絲分裂有什么危害？”，也證實大蒜可以作為室內甲醛污染的指示植物。

*前文受合肥翰思科學儀器公司關注*