情境設置在高中生物學實驗教學中的應用研究
——以“制作和觀察根尖細胞有絲分裂臨時裝片”為例

林建春

(浙江省溫州市洞頭區第一中學 溫州 325700)

真實情境問題具有情境性、動態性、交互性等特征[1]。面對真實情境問題，學生能夠查閱相關資料、設計并實施恰當可行的方案，并創造性地運用數學方法分析實驗結果，成為了生物學學科核心素養達成的重要標志之一。

對于高中生物學實驗教學而言，創設一個真實的情境問題非常重要。在真實情境問題中，教師逐步引導學生進行思考探究、實驗操作、數據記錄及處理分析等，最終解決真實問題。本文以“制作并觀察植物細胞有絲分裂的臨時裝片”為例，探討基于真實情境問題的高中生物學實驗教學過程，為一線教師提供參考。

1 教材分析

“制作和觀察根尖細胞有絲分裂臨時裝片”是浙科版高中生物學教材(2019年版)必修1第4章第1節“細胞通過分裂增殖”中的實驗，教材將該實驗定位為定性分析實驗。《普通高中生物學課程標準(2017年版)》要求通過觀察細胞的有絲分裂幫助學生理解“細胞通過分裂實現增殖”的核心概念，并獲得細胞分裂過程中染色體行為變化的感性認識。本實驗對加深細胞分裂的理解，提升臨時裝片的制作及高倍鏡觀察的技能非常重要，同時也是今后學習減數分裂、染色體變異、遺傳信息傳遞等內容的前提。

2 學情分析

起始點： 進行本實驗之前，學生已做過“觀察洋蔥表皮細胞的質壁分離及質壁分離復原”實驗，有了制作簡單臨時裝片的基礎，且已經學習了有絲分裂、細胞周期等相關知識，能夠根據細胞分裂示意圖說出分裂時期及該時期特點。此外，高一學生已掌握Excel軟件基本的數據統計、繪圖等功能。發展點： 掌握更為復雜的臨時裝片制作技巧，親身觀察細胞分裂過程中的染色體行為變化，并學會利用Excel軟件制作細胞周期圖。阻礙點： 臨時裝片是否制作成功。

3 實驗教學目標

針對學生學情以及生物學學科核心素養，制訂以下教學目標(圖1)。

圖1 實驗教學目標

4 實驗改進

4.1 臨時裝片制作過程 浙科版生物學教材中臨時裝片制作過程(圖2a)中解離、漂洗所花時間較長，不利于后續實驗的觀察與分析。

為縮短臨時裝片制作時間，對制作過程進行改進[2](圖2b)，即解離(20%鹽酸，六孔點滴板，2 min)→漂洗(清水，六孔點滴板，3 min)→染色(醋酸洋紅或龍膽紫溶液，載玻片，1～2 min)→制片。改進后的制作方法顯著降低解離、漂洗時間，將原本約需25 min的制作時間縮至10 min以內，利于后續實驗觀察與分析的開展。

圖2 臨時裝片制作過程(a： 教材中制作方法,b： 改進后制作方法)

4.2 實驗分析過程 教材對實驗結果的要求是進行定性分析，即觀察并辨認洋蔥根尖分裂期細胞。將該定性分析實驗轉變為定量分析實驗，有利于學生體驗科學研究過程，促成生物學核心素養形成。因此，除進行必要的觀察外，需對不同時期細胞進行計數，并利用Excel軟件繪制細胞周期圖。

5 基于真實情境問題的實驗教學過程

5.1 創設真實情境問題，啟發學生思考 學生在學習細胞周期、有絲分裂之后，在習題中會遇到流式細胞儀，其原理較為簡單，即根據細胞中DNA含量的不同對細胞分別計數，但卻無法區別分裂前期、中期、后期的細胞。根據這一特點，創設問題情境，啟發學生思考。

情境： 某科研單位欲探究洋蔥根尖分生區細胞周期，利用流式細胞儀對分生區細胞進行分析，其結果如圖3a所示。

圖3 流式細胞儀分析結果(a)與細胞周期示意圖(b)

情境問題1： 流式細胞儀能否對不同分裂時期細胞進行計數？

情境問題2： 為獲取根尖不同分裂時期細胞數目，你能想到什么方法？

情境問題3： 在問題1與2的基礎之上，能否制作圖3b中類似的細胞周期圖？

通過創設情境以及情境問題的形式，在啟發學生思考的基礎之上，引出本節實驗課的教學內容，即制作臨時裝片、觀察以及計數不同時期細胞、制作細胞周期圖。

5.2 問題引導，學生自主學習實驗原理 為獲得洋蔥根尖分生區不同時期細胞所占比例，首先需要制作臨時裝片。通過5個問題引導學生在閱讀教材的基礎上，以小組討論、全班交流的方式，完成對本實驗原理的學習。學生交流過程中，教師予以適當指導，并對每個問題的解答予以點評。具體問題如下所示： ①臨時裝片制作過程可分為哪幾步？②臨時裝片制作過程中，解離、漂洗、染色所用的試劑是什么？分別起什么作用？③控制解離與漂洗的時間至關重要，過長、過短可能出現的后果？④壓片過程需要注意哪些事項？⑤如何判斷細胞所處的分裂時期？

5.3 學生辨認不同時期細胞，并說出特點 緊接上一環節，教師將課前制作好的洋蔥根尖臨時裝片，利用數碼顯微鏡將觀察到的視野投影至大屏幕，請學生分別辨認不同時期細胞，并說出依據。如未能正確辨認，可讓學生之間自行進行糾正，并說明理由。在學生進行實驗操作之前，將分生區細胞圖像展示給學生，是為了給學生一個感性認知，為后續自己尋找、計數不同時期細胞打基礎。

5.4 制作、觀察臨時裝片 學生開始采用六孔點滴板制作臨時裝片。值得注意的是，學生在制作臨時裝片過程中，教師現場應給予適當指導。臨時裝片制作結束后，學生進行觀察不同時期細胞，可以在高倍鏡下直接觀察，也可以利用電腦屏幕進行觀察。通過互動系統將他們觀察到的顯微視野投影至大屏幕，供其他小組交流、學習，對于一些典型失敗裝片(如細胞重疊等)，也可通過互動系統，讓學生分析原因，并及時糾正。

5.5 對不同時期細胞進行計數，并制作細胞周期 觀察的基礎之上，每個小組至少統計3個視野中(合計150～200個細胞)不同時期的細胞數目，并將統計結果填入實驗記錄表中。接著，將記錄表上的結果輸入Excel表格中，繪制細胞周期圖。通過互動系統將結果投影至大屏幕。教師將班級所有小組所觀察到的結果進行匯總統計、分析，并展示給學生(圖4)。

圖4 細胞周期展示圖

6 總結

本節實驗課通過創設真實情境問題，啟發學生將已學過的知識在真實情境中進行應用，并通過實驗進行探究、結果分析，最終解決真實情境問題。由于教材中的實驗大多數為定性或驗證性實驗，在基于真實情境問題探究的實驗教學中，往往需要教師對實驗進行改進與創新。本實驗通過優化解離與漂洗過程，并采用六孔點滴板法制作臨時裝片，顯著縮短臨時裝片制作時間，為后續細胞計數、制作細胞周期預留了足夠多的時間。其次，將定性實驗轉變為定量實驗，有利于學生體驗科學研究過程，促進學科核心素養形成。