基于生物學學科核心素養的有絲分裂實驗教學

黃 晶 龔荔群

(福建省莆田第一中學 莆田 351100)

“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂實驗”是高中生物學中的經典實驗。傳統的教學方法是學生按照教材按部就班地完成實驗，但暴露出的問題是： 實驗原理不理解、實驗操作不規范、實驗現象不理想等。

因此，筆者將本節觀察性實驗課設計成實驗探究拓展課，并采用翻轉課堂的教學模式，包括以下四個方面：

1 課前準備

教師收集以往學生實驗中出現的問題，如： 顯微鏡操作不規范、細胞重疊、染色深、分裂相不全、找不到分生區細胞等，制作成微課(?電子資源)并給出任務： ①找出實驗操作有哪些不規范？②造成微課中實驗結果的原因可能是什么？如何進行改進？③除了用洋蔥之外還可以選擇哪些材料？學生自主組成合作小組，自選微課中的一兩個問題進行探究或者另選其他問題研究。

2 自主學習

學生在預習教材后，觀看學習微課。合作小組先對微課內容進行討論，再查閱資料，確定研究方向，設計可行的實驗方案，并進行預實驗。在學生自主學習期間，師生通過班級QQ群、微信等方式及時進行反饋互動。學生選擇合適的材料培養根尖，實驗課前，在根尖分裂最旺盛的時間截取根尖后用卡諾氏液固定，為實驗做準備。

3 課堂活動

3.1 分享預實驗成果 組織各小組交流探究問題。

A組學生探究的問題是： 3-吲哚丁酸可以促進大蒜生根嗎？A組學生自主選擇的材料是大蒜，但是大蒜經過四天水培只長少量的根。針對這一問題，A組學生用不同濃度的生長素類似物3-吲哚丁酸來處理大蒜[1]，發現3-吲哚丁酸可以促進大蒜生根，而且濃度為10-10mol/L左右促進作用最強(表1)。

表1 實驗4 d天后大蒜生根數量

B組學生發現的問題是： 如果按教材用培養皿裝解離液，那么會造成很大的浪費。學生的解決辦法是用白色點滴板來代替培養皿，具體做法是： 將根尖先放入盛有解離液的小窩進行解離，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。

C組學生針對微課中展示的染色太深的問題，設計了以下實驗： 以洋蔥作為實驗材料，在解離和漂洗后，用質量分數為0.01 g/mL的龍膽紫溶液染色2 min，之后實驗組滴加一滴20%醋酸[3]漂洗30 s，而對照組不做處理。依據實驗結果，C組學生給出的實驗優化方案是： 0.01%龍膽紫溶液染色2 min后滴加質量分數為20%的醋酸溶液漂洗，再用清水漂洗3次，效果較佳。

D組學生建議漂洗和染色時都可以用一片載玻片代替培養皿。具體操作為： 漂洗時先用吸水紙吸干解離液，再滴加清水漂洗3次，每次1 min，時間可節約6 min。染色時在載玻片上滴一滴龍膽紫溶液，這種操作簡單方便，節省試劑。

E組學生針對找不到分生區細胞的問題，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部位，這樣比較容易找到分生區細胞。

3.2 動手操作實驗 綜合以上各合作小組預實驗的結果，每組學生采用優化后的實驗方案開始實驗。學生觀察的實驗材料有： 教師提供的洋蔥根尖和學生自選材料培育的根尖。

3.3 交流實驗結果 實驗完成后，教師用希沃授課助手將實驗結果展示在電子白板上。各小組代表上臺進行成果交流(實驗結果照片略)。A組展示洋蔥根尖分生區細胞的各分裂相，但是有比較多的氣泡。B組展示大蒜根尖分生區細胞的各分裂相。C組和D組分別展示了水培植物萬年青和白蝴蝶合果芋的實驗結果。C組和D組的學生雖然用了與A、B組相同的實驗方法、試劑和步驟，但是實驗效果卻很差，細胞重疊很嚴重。

3.4 建構分裂過程 學生對洋蔥細胞各分裂相進行分類、比較、分析、排序，從而建構有絲分裂的動態過程。教師課前利用Excel軟件預設好公式，學生對同一視野下不同分裂相的洋蔥細胞進行計數后，將數據直接輸入表格，生成呈現細胞各時期所占時長比例，同時繪制出洋蔥的細胞周期餅狀圖(圖1)，最后建構分裂期和分裂間期等概念，進而使學生真正理解細胞周期的內涵。

圖1 洋蔥的細胞周期餅狀圖

4 課后延伸與評價

根據課堂生成的問題，教師鼓勵學生課后進一步探究，展開更有挑戰性的綜合實踐學習，例如： 如何解決白蝴蝶合果芋和萬年青的根部細胞重疊很嚴重的問題等。學生書寫實驗報告后先互評，教師再進行總結性評價。其中： 針對大部分學生繪制的分裂期圖像是模型圖等問題，引導學生在記錄實驗結果時要客觀真實，要樹立求真、求實的科學態度。

基于生物學學科核心素養，筆者將本節課設計成了實驗探究拓展課。教師給出自主性學習任務，學生組成合作小組，自選微課中的一兩個問題進行探究或者另選其他問題進行研究，教師引導學生在問題解決中去學會學習知識和學會解決問題；學生自主改進優化課本實驗方案，建構有絲分裂的動態過程，使學習的過程和知識更有深度，教師引導學生通過高階思維學到高質量的真正的知識；學生除了用教師提供的洋蔥根外，還可以選擇其他材料進行實驗，針對實驗中出現的問題，教師引導學生展開更深入的綜合實踐學習，更大限度地促進學生生物學學科核心素養在數量、質量上的拓展以及結構、質態上的實質性轉變[4]。