基于項目學習的生物社團活動的開展——以“細胞骨架的觀察”活動為例

李夢麗 余宏凱

（安徽省肥東第一中學 安徽合肥 231600）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》高度關注學生學習過程中的實踐經歷，強調學生學習的過程是主動參與的過程，讓學生積極參與動手和動腦的活動，通過探究性學習活動或完成工程學任務，加深對生物學概念的理解，提升應用知識的能力，培養創新精神，進而能用科學的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現實生活中的某些問題。這一基本理念與項目學習的內涵很相似：“根據教學內容和教學目標，教師創設貼近學生真實生活情景的項目任務，學生在教師的組織和指導下通過小組合作學習圍繞驅動性問題進行設計，問題解決，決策或調查活動，在親身體驗的學習過程中建構知識，獲得能力，形成作品。在實踐體驗、內化吸收、探索創新中獲得較為完整和具體的知識，形成專門的技能和得到充分發展的學習。”高中生物課堂存在課時少、任務重的特點，而項目學習的完成需要較長的時間，對資源的要求也較高，不適合在課堂教學中開展。在生物社團中開展項目學習則不會受到課時、場地和資源的限制，有利于通過項目學習來培養學生的學科核心素養，提高學生的終身學習能力。下面以“細胞骨架的觀察”為例來闡述項目學習在社團活動中的實施過程。

1 項目學習的一般流程

對基于項目的學習在高中生物社團活動的開展，教師應根據學科特點靈活處理。參考鄔彤提出的項目學習模式和生物社團活動的特點，對項目學習的一般過程稍作修改為如圖1所示。

圖1 生物社團項目學習模式圖

2 生物社團活動中項目學習的實施過程

2.1 選定項目

項目選定是項目學習能否順利開展的關鍵因素。社團活動學習的項目選擇要綜合考慮項目的目標性、趣味性和可行性等元素。細胞骨架是真核細胞中由蛋白質纖維組成的復雜網狀結構。細胞骨架與細胞的分裂、分化、癌變等細胞生理過程密切相關。對細胞骨架的研究已經成為當前生物學中最活躍的領域之一，而人教版教材中只在必修1第三章第二節中小字部分對細胞骨架進行了簡單介紹，但這部分內容在以往高考中多次考到。另外，學生對細胞骨架很好奇，對細胞骨架的形態及觀察產生問題。因此，確定在社團活動中開展“觀察細胞骨架”的活動。

2.2 制定計劃

項目計劃的制定需要理論的支撐。但書本上關于細胞骨架的描述甚少，更沒有涉及到如何觀察，高中階段的學生又缺乏相應的理論支持。在這個環節，社團指導教師應指導學生利用文獻數據庫查閱相關文獻，獲得有關理論內容。各小組在教師的指導下通過查閱中國知網、萬方、維普等文獻數據庫，搜索和整理“觀察細胞骨架的原理和方法”。通過查閱文獻，學生了解到目前的細胞骨架觀察方法主要有免疫熒光標記法、電鏡觀察法和考馬斯亮藍染色法等。其中，在中學階段可行的方法只有考馬斯亮藍染色法。該法的實驗原理是：細胞使用抽提劑處理過后，部分的膜結構和一些雜蛋白被抽提出來，細胞骨架蛋白由于抽提時間控制得當而被保存下來，經考馬斯亮藍染色后在光學顯微鏡下即可看到網織狀的細胞骨架。

小組成員們參考《細胞生物學實驗指導》后，設計如下的實驗步驟。

①取材：撕取洋蔥內表皮放入PBS（磷酸鹽緩沖液pH6.8）中處理5 min。

②抽提：用質量分數為1%的Triton x-100溶液處理30 min。

③沖洗：用M緩沖液（洗滌細胞，可以提高骨架穩定性）充分洗滌3次，5 min/次。

④固定：在質量分數為3%的戊二醛溶液中浸泡30 min。

⑤沖洗：用PBS緩沖液充分洗滌3次，5 min/次。

⑥染色：用質量分數為0.2%的考馬斯亮藍R250染色30 min。

⑦制片觀察（蒸餾水洗2或3次，將標本置于光學顯微鏡下觀察）。

2.3 活動探究

2.3.1 活動開展

各小組按照已設計的實驗步驟，開展項目活動的探究。2 h后，各小組均在顯微鏡下觀察到了細胞骨架，如圖2所示。

圖2 洋蔥鱗片葉內表皮細胞的細胞骨架（放大倍數10×40，下同）

2.3.2 討論交流，確定新的項目主題

學生匯總活動實施過程中出現的問題。（1）實驗操作方面：該實驗操作步驟比較繁瑣復雜，耗時很長，完成實驗大約需要2 h，該如何改進才能降低實驗難度，縮短實驗時間？（2）實驗用品方面：實驗所用藥品戊二醛不僅很難購買到，同時對身體有一定的損害。選擇什么固定液替代戊二醛以避免其對身體的傷害？（3）實驗材料方面：這個實驗是以洋蔥細胞為材料觀察到細胞骨架的。那么，其他植物細胞或動物細胞中是不是也有細胞骨架？

教師將學生提出的問題拆分為若干新的項目主題，見表1。

表1 實驗改進項目主題表

2.3.3 分組解決新的項目主題

各小組自主選擇上述新的項目主題，針對性地解決上述問題。各小組成員集中討論，設計項目方案并實施，最終得到了如下優化結果。

①抽提劑濃度和抽提時間改進：將抽提劑的質量分數在原有1%基礎上提高并增設2%、3%實驗組；抽提時間在原有30 min基礎上縮短增設10、20 min組。這樣可以找出抽提濃度與時間的最優組合，以期在不影響效果的前提下縮短抽提時間。

實驗結果顯示：抽提時間為10 min時，使用抽提劑質量分數為1%，裝片含有的雜蛋白太多，呈云霧狀，無法觀察到細胞骨架（圖3A）。而抽提劑質量分數為2%、3%時可以觀察到骨架但有一部分的雜蛋白（圖3B）。

圖3 實驗結果示意圖

20 min后，使用抽提劑質量分數為1%，可以觀察到細胞骨架，但同樣有少量雜蛋白（圖4A）。使用抽提劑質量分數2%和3%時，細胞骨架都清晰可見，纖維束長而有明顯的分支貫穿整個細胞（圖4B）。30 min后，使用抽提劑質量分數為1%，則能觀察到清晰完整的細胞骨架（圖4C）。此時，使用抽提劑質量分數2%和3%時的實驗組中細胞骨架被破壞，只殘留部分，尤其以3%最為明顯，說明抽提過度了（圖4D）。考慮到時間和成本因素，優化后的抽提條件確定為使用質量分數2%的抽提劑抽提20 min。

圖4 實驗結果示意圖

②染色時間的改進：將染色時間設為10、20、30 min，探究不同染色時間對洋蔥細胞骨架觀察的影響。對比發現三者染色效果沒有明顯差異。故將染色時間改進為10 min。

③固定液的改進：通過梳理課本實驗中使用的固定液，發現必修2教科書中提及一種固定液——卡諾氏固定液。經過實驗效果較好，可以替代戊二醛。

④實驗材料的改進：在洋蔥內表皮細胞的基礎上增加了韭菜表皮細胞和人口腔上皮細胞兩種材料，以推測細胞骨架在真核細胞中普遍存在。

2.3.4 實施優化方案

所有小組按照優化方案進一步實施實驗。優化后的實驗減少了沖洗次數，縮短了抽提、染色的時間，使總實驗用時減少近1 h，也避免了戊二醛對學生身體的傷害。

2.4 制作作品

本次項目學習的作品是學習過程中逐漸優化的實驗方案和觀察到的細胞骨架的圖片。按照改進后的實驗方案，大部分學生均觀察到較為明顯的細胞內網狀結構，得到了清晰可見的細胞骨架的圖片。

2.5 成果交流

由于在項目學習的過程中，各小組探究的側重點是不同的，得到的作品和感悟也有所不同。本次項目的學習成果的交流則由各小組以PPT展示的形式介紹小組探究的過程及實施優化方案后觀察到的細胞骨架的圖片。小組在匯報的過程中，其他小組可以進行提問，匯報的小組進行解答，這一環節也將納入項目學習的評價系統中。在該過程中，學生的團隊協作和語言表達能力得到提高。

2.6 活動評價

本次項目學習是一個相對完整的，在教師指導下學生圍繞一個項目學習主題自主查閱文獻、自主討論、相互合作設計完成探究活動的過程。該活動中，學生鞏固了已有的生物學知識，體驗了相關的實驗技術，學習了新的實驗方法，提高了動手能力。除此之外，在提出問題、構想實驗方案以及問題解決等環節中，學生的科學思維和科學探究能力得到發展，落實了生物學學科核心素養的培養。

本次基于項目學習的社團活動的開展過程中，學生在模仿前人的實驗過程中獲得科學研究的基本素養，從而掌握一些科學研究的基本方法，又在實踐過程中自主的發現新的問題，經討論探索，尋求解決問題的辦法，在解決問題的過程中創造能力得到了提升，發展了學生的生物學學科核心素養。學生在親歷提出問題、尋找證據、檢驗假設、發現規律的過程中習得了生物學知識，養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，發展了終身學習及創新實踐能力，為以后進入高校參與科學研究打下了堅實的基礎。