基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有絲分裂實(shí)驗(yàn)教學(xué)

黃 晶 龔荔群

(福建省莆田第一中學(xué) 莆田 351100)

“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂實(shí)驗(yàn)”是高中生物學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法是學(xué)生按照教材按部就班地完成實(shí)驗(yàn)，但暴露出的問(wèn)題是： 實(shí)驗(yàn)原理不理解、實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不理想等。

因此，筆者將本節(jié)觀察性實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)探究拓展課，并采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，包括以下四個(gè)方面：

1 課前準(zhǔn)備

教師收集以往學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，如： 顯微鏡操作不規(guī)范、細(xì)胞重疊、染色深、分裂相不全、找不到分生區(qū)細(xì)胞等，制作成微課(?電子資源)并給出任務(wù)： ①找出實(shí)驗(yàn)操作有哪些不規(guī)范？②造成微課中實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因可能是什么？如何進(jìn)行改進(jìn)？③除了用洋蔥之外還可以選擇哪些材料？學(xué)生自主組成合作小組，自選微課中的一兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探究或者另選其他問(wèn)題研究。

2 自主學(xué)習(xí)

學(xué)生在預(yù)習(xí)教材后，觀看學(xué)習(xí)微課。合作小組先對(duì)微課內(nèi)容進(jìn)行討論，再查閱資料，確定研究方向，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生自主學(xué)習(xí)期間，師生通過(guò)班級(jí)QQ群、微信等方式及時(shí)進(jìn)行反饋互動(dòng)。學(xué)生選擇合適的材料培養(yǎng)根尖，實(shí)驗(yàn)課前，在根尖分裂最旺盛的時(shí)間截取根尖后用卡諾氏液固定，為實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

3 課堂活動(dòng)

3.1 分享預(yù)實(shí)驗(yàn)成果 組織各小組交流探究問(wèn)題。

A組學(xué)生探究的問(wèn)題是： 3-吲哚丁酸可以促進(jìn)大蒜生根嗎？A組學(xué)生自主選擇的材料是大蒜，但是大蒜經(jīng)過(guò)四天水培只長(zhǎng)少量的根。針對(duì)這一問(wèn)題，A組學(xué)生用不同濃度的生長(zhǎng)素類(lèi)似物3-吲哚丁酸來(lái)處理大蒜[1]，發(fā)現(xiàn)3-吲哚丁酸可以促進(jìn)大蒜生根，而且濃度為10-10mol/L左右促進(jìn)作用最強(qiáng)(表1)。

表1 實(shí)驗(yàn)4 d天后大蒜生根數(shù)量

B組學(xué)生發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題是： 如果按教材用培養(yǎng)皿裝解離液，那么會(huì)造成很大的浪費(fèi)。學(xué)生的解決辦法是用白色點(diǎn)滴板來(lái)代替培養(yǎng)皿，具體做法是： 將根尖先放入盛有解離液的小窩進(jìn)行解離，再依次放入盛有清水的小窩漂洗[2]。這樣的操作既方便又可以避免解離液的浪費(fèi)。

C組學(xué)生針對(duì)微課中展示的染色太深的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)： 以洋蔥作為實(shí)驗(yàn)材料，在解離和漂洗后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01 g/mL的龍膽紫溶液染色2 min，之后實(shí)驗(yàn)組滴加一滴20%醋酸[3]漂洗30 s，而對(duì)照組不做處理。依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，C組學(xué)生給出的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化方案是： 0.01%龍膽紫溶液染色2 min后滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的醋酸溶液漂洗，再用清水漂洗3次，效果較佳。

D組學(xué)生建議漂洗和染色時(shí)都可以用一片載玻片代替培養(yǎng)皿。具體操作為： 漂洗時(shí)先用吸水紙吸干解離液，再滴加清水漂洗3次，每次1 min，時(shí)間可節(jié)約6 min。染色時(shí)在載玻片上滴一滴龍膽紫溶液，這種操作簡(jiǎn)單方便，節(jié)省試劑。

E組學(xué)生針對(duì)找不到分生區(qū)細(xì)胞的問(wèn)題，給出的建議是： 解離后要記住根尖變白、略帶透明的位置，這是壓片和觀察的重點(diǎn)部位，這樣比較容易找到分生區(qū)細(xì)胞。

3.2 動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn) 綜合以上各合作小組預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，每組學(xué)生采用優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)方案開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。學(xué)生觀察的實(shí)驗(yàn)材料有： 教師提供的洋蔥根尖和學(xué)生自選材料培育的根尖。

3.3 交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)完成后，教師用希沃授課助手將實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示在電子白板上。各小組代表上臺(tái)進(jìn)行成果交流(實(shí)驗(yàn)結(jié)果照片略)。A組展示洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞的各分裂相，但是有比較多的氣泡。B組展示大蒜根尖分生區(qū)細(xì)胞的各分裂相。C組和D組分別展示了水培植物萬(wàn)年青和白蝴蝶合果芋的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。C組和D組的學(xué)生雖然用了與A、B組相同的實(shí)驗(yàn)方法、試劑和步驟，但是實(shí)驗(yàn)效果卻很差，細(xì)胞重疊很?chē)?yán)重。

3.4 建構(gòu)分裂過(guò)程 學(xué)生對(duì)洋蔥細(xì)胞各分裂相進(jìn)行分類(lèi)、比較、分析、排序，從而建構(gòu)有絲分裂的動(dòng)態(tài)過(guò)程。教師課前利用Excel軟件預(yù)設(shè)好公式，學(xué)生對(duì)同一視野下不同分裂相的洋蔥細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)后，將數(shù)據(jù)直接輸入表格，生成呈現(xiàn)細(xì)胞各時(shí)期所占時(shí)長(zhǎng)比例，同時(shí)繪制出洋蔥的細(xì)胞周期餅狀圖(圖1)，最后建構(gòu)分裂期和分裂間期等概念，進(jìn)而使學(xué)生真正理解細(xì)胞周期的內(nèi)涵。

圖1 洋蔥的細(xì)胞周期餅狀圖

4 課后延伸與評(píng)價(jià)

根據(jù)課堂生成的問(wèn)題，教師鼓勵(lì)學(xué)生課后進(jìn)一步探究，展開(kāi)更有挑戰(zhàn)性的綜合實(shí)踐學(xué)習(xí)，例如： 如何解決白蝴蝶合果芋和萬(wàn)年青的根部細(xì)胞重疊很?chē)?yán)重的問(wèn)題等。學(xué)生書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告后先互評(píng)，教師再進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)。其中： 針對(duì)大部分學(xué)生繪制的分裂期圖像是模型圖等問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生在記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)要客觀真實(shí)，要樹(shù)立求真、求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，筆者將本節(jié)課設(shè)計(jì)成了實(shí)驗(yàn)探究拓展課。教師給出自主性學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生組成合作小組，自選微課中的一兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行探究或者另選其他問(wèn)題進(jìn)行研究，教師引導(dǎo)學(xué)生在問(wèn)題解決中去學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)知識(shí)和學(xué)會(huì)解決問(wèn)題；學(xué)生自主改進(jìn)優(yōu)化課本實(shí)驗(yàn)方案，建構(gòu)有絲分裂的動(dòng)態(tài)過(guò)程，使學(xué)習(xí)的過(guò)程和知識(shí)更有深度，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)高階思維學(xué)到高質(zhì)量的真正的知識(shí)；學(xué)生除了用教師提供的洋蔥根外，還可以選擇其他材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)更深入的綜合實(shí)踐學(xué)習(xí)，更大限度地促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在數(shù)量、質(zhì)量上的拓展以及結(jié)構(gòu)、質(zhì)態(tài)上的實(shí)質(zhì)性轉(zhuǎn)變[4]。