觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂實驗教學初探

閉清燕

【摘要】本文旨在探討根尖分生組織細胞有絲分裂的實驗教學方法。首先，文章介紹了植物根尖分生組織的結構和功能，強調了其在植物生長發育中的重要性。接著，詳細闡述了觀察根尖分生組織細胞有絲分裂的實驗步驟，包括樣品的制備、染色、顯微觀察等。文章還探討了在教學過程中可能遇到的挑戰及其解決策略，如樣本制備的困難、顯微技術的操作要求等。最后，本文討論了此類實驗教學對學生理解細胞分裂過程的重要性，并提出了一些提高教學效果的建議。

【關鍵詞】根尖分生組織? 有絲分裂? 實驗教學? 顯微觀察? 細胞生物學

【中圖分類號】G633.91 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2024）02-0178-03

在植物生物學的研究和教學中，觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂過程是一項基礎且重要的實驗活動。根尖分生組織作為植物生長的關鍵部位，其細胞的有絲分裂不僅對植物的生長發育起著至關重要的作用，也為研究細胞分裂機制提供了理想的模型系統。通過實驗觀察，學生不僅能夠直觀地了解到細胞分裂的具體過程，還能深入理解細胞周期的各個階段，從而加深對細胞生物學基本概念的理解。然而，盡管這一實驗在理論上具有重要意義，但在實際教學中，如何有效地組織和進行此類實驗，以確保學生能夠準確觀察并理解有絲分裂過程，仍然是一個挑戰。此外，由于顯微技術的使用和樣本制備的復雜性，教學過程中常常面臨一系列操作上的困難。因此，探索有效的實驗教學方法，以提高教學質量和學生的學習效果，成為了本領域教育工作者關注的焦點。

本文旨在初步探討觀察根尖分生組織細胞有絲分裂實驗的教學方法。通過對實驗步驟的詳細分析，以及對教學過程中遇到的問題和挑戰的探討，本文旨在為植物生物學的教學提供實用的參考和指導，以期促進學生對細胞分裂過程的深入理解，并激發他們對生物學研究的興趣。

一、當前觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂實驗教學的不足

（一）實驗設計的不足

在傳統的高中生物教學中，實驗設計通常呈現為一種預設的、步驟明確的模式，其中學生被要求遵循教材或指導老師給出的具體實驗材料和步驟進行實驗。這種方法雖然在操作層面上為學生提供了明確的指導，但在很大程度上限制了學生的創造性思維和探究能力的發展。學生在實驗過程中往往只是機械地復制步驟，而缺乏對實驗背后科學原理的深入理解和思考。這導致了一種表面上的“會做實驗”，但實際上對實驗為何這樣設計、每個步驟的科學意義缺乏深刻理解。

此外，這種實驗教學方式還忽視了學生在材料選擇和實驗設計上的自主性。學生往往不需要思考為什么要使用特定的材料或工具，也不被鼓勵去探究實驗步驟的邏輯性。這種教學模式使得學生可能無法充分理解實驗的每一個環節，從而影響了他們對實驗結果的深入解釋和理解。

因此，雖然學生可能順利地完成了實驗操作，但由于缺乏對實驗設計和執行背后邏輯的深入理解，他們在培養科學探究素養方面可能達到的效果有限。真正的科學探究不僅僅是關于“如何做”，更重要的是理解“為什么這樣做”以及“這樣做能帶來什么樣的科學見解”。

（二）實驗材料的不足

在傳統的生物教學教材中，實驗的“目的要求”部分通常直接指定使用洋蔥根尖作為觀察細胞有絲分裂的實驗材料。這種做法雖然簡化了實驗的準備過程，但卻存在一些局限性。首先，由于洋蔥體積相對較大，其在培養皿中的培養數量受限，這在進行重復實驗時可能導致工作量和成本的增加。此外，從洋蔥根尖細胞中觀察到的染色體形態在顯微鏡下可能不夠清晰，這影響了實驗的觀察效果。進一步地，教材中建議取長約5厘米的根尖來制作臨時裝片，但實際上這并非最佳的實驗材料選擇。更為合適的材料是長約1厘米左右的根尖組織，因為這樣的尺寸更適合觀察細胞分裂過程。此外，市面上購買的洋蔥往往經過了各種處理，這可能導致其生根率低下，細胞分裂過程也不明顯，進一步降低了實驗的有效性和準確性。因此，盡管洋蔥根尖在某些方面方便了實驗操作，但考慮到上述問題，它并非進行“觀察植物細胞分裂實驗”的最佳材料選擇。

（三）實驗準備的不足

教材中對于植物根尖組織解離的處理建議是使用鹽酸和酒精（1：1）的混合溶液，在室溫下進行。這一過程中，鹽酸的質量分數為15%，酒精的體積分數為95%。然而，這種混合溶液的使用可能會引起一些未被充分注意的問題。首先，它可能導致對酒精固定作用的忽視。酒精在細胞制片中起著固定細胞和組織的重要作用，但在這一混合溶液中，其效果可能被弱化。其次，這種混合溶液可能會導致洋蔥的原生質層收縮，從而影響細胞的結構和觀察效果。

根尖組織的解離過程是實驗中極為關鍵的一步，它直接影響到后續步驟，如染色和細胞的分散，進而影響到最終觀察到的現象是否合理。如果解離效果不佳，可能會導致細胞結構不清晰，甚至影響到染色質的展示。此外，教材中建議的解離時間為3～5分鐘，但實際操作中表明這一時間設置可能不足以達到理想的解離效果。

（四）實驗觀察的不足

在生物教材中，常見的實驗方法是使用龍膽紫溶液對洋蔥根尖的染色體進行染色，目的是為了更清晰地觀察根尖細胞有絲分裂過程中染色體的形態和結構變化。龍膽紫作為一種常用的染色劑，其在染色過程中的效果對實驗的成功至關重要。然而，龍膽紫染料在實際應用中存在一定的局限性。特別是當染料濃度過高時，可能會導致整個細胞結構被染成紫色，這樣就難以區分和直接觀察細胞核中的染色體。這種情況下，染色體的細節可能會被掩蓋，從而影響到對有絲分裂過程的觀察和理解。

二、觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂實驗教學的優化策略

（一）選擇合適的實驗材料

在進行觀察根尖分生組織細胞有絲分裂的實驗時，選擇合適的實驗材料是關鍵。這一選擇直接影響到實驗的觀察效果和學生的學習體驗。理想的植物材料應具備幾個特點：體積較小、生長速度快、細胞分裂活躍。具備這些特點的植物材料可以確保實驗過程中細胞分裂的清晰可見，同時也便于學生操作和觀察。

豌豆根尖是一個非常好的選擇，因為它們的細胞分裂活動頻繁且容易觀察。豌豆的根尖不僅體積適中，而且生長迅速，這使得在較短的時間內就能觀察到細胞分裂的不同階段。此外，豌豆根尖的細胞結構相對較大，染色體在顯微鏡下更加容易被識別和觀察，這對于初學者來說尤為重要。

除了豌豆根尖，還可以考慮使用其他類似的植物材料，如洋蔥根尖、韭菜根尖等。這些植物的根尖也具有較為活躍的細胞分裂過程，且結構清晰，便于學生進行觀察和學習。不過，需要注意的是，不同植物根尖在細胞結構和分裂速度上可能存在差異，因此在選擇實驗材料時應考慮到這些因素的影響。

在選擇實驗材料時，還應考慮其可獲取性和成本。理想的實驗材料應易于獲取且成本低廉，這樣可以確保實驗的普遍可行性，尤其是在教學資源有限的情況下。因此，選擇當地容易獲得的植物種類作為實驗材料是一個實用的策略。

（二）改進染色技術

改進染色技術是觀察根尖分生組織細胞有絲分裂實驗的另一個關鍵環節。染色質量直接影響到細胞結構的可見性，進而影響學生對細胞分裂過程的理解和觀察。為了提高染色質量和區分度，可以從染色劑的選擇和使用方法兩個方面進行優化。

首先，在選擇染色劑時，應考慮到不同染色劑的特性和適用性。常用的染色劑如龍膽紫、卡賓氏液和甲基藍等，各有其獨特的染色特點，如，龍膽紫適用于細胞核的染色，而卡賓氏液則能夠更好地顯示染色體的結構。根據實驗的具體需要，選擇最適合觀察細胞分裂過程的染色劑，可以顯著提高染色效果。

其次，調整染色劑的濃度和染色時間對于優化染色效果至關重要。過高的濃度可能導致整個細胞結構被染色，從而掩蓋了細胞核和染色體的具體細節；而染色時間過長或過短同樣會影響染色的效果。實驗前進行小規模的預實驗，以找出最佳的染色濃度和時間，是提高染色效果的有效方法。

此外，染色過程中的溫度和pH值也可能影響染色效果。在某些情況下，調整溶液的pH值或在溫控條件下進行染色，可以改善染色質量，如，某些染色劑在酸性或堿性條件下可能展現更好的染色效果。

在實驗教學中，教師可以引導學生理解不同染色劑的化學原理和使用方法，使學生不僅能夠掌握染色技術，還能夠理解背后的科學原理。這種方法不僅提高了實驗的教學效果，還激發了學生的探究興趣和科學思維。

（三）優化實驗步驟

在觀察根尖分生組織細胞有絲分裂的實驗中，優化實驗步驟是提高實驗效果的重要因素。一個精確和細致的實驗流程不僅能確保實驗結果的準確性，還能幫助學生更好地理解細胞分裂的特點。

精確的樣本制備：制備階段是實驗的基礎。選擇合適的根尖組織，如豌豆或洋蔥根尖，然后精確地切割，以獲取適當大小的樣本。確保樣本大小一致，這有助于后續實驗步驟的標準化。細胞固定和處理：固定細胞是為了保持細胞結構的完整性。使用合適的固定劑，如甲醛或乙醛，能有效地固定細胞結構。在這一步驟中，控制固定時間和條件是關鍵，以防止細胞結構的破壞。染色過程的優化：如前所述，選擇合適的染色劑并調整其濃度和作用時間對觀察細胞分裂至關重要。此外，溫和地洗滌和處理樣本，以避免染色劑的過度作用，也是必要的。適當的解離處理：解離處理有助于分離和展開細胞，使細胞更易于在顯微鏡下觀察。這一步驟需要謹慎操作，以確保細胞不被破壞。顯微鏡下的觀察技巧：教會學生如何正確使用顯微鏡，包括調節焦距、光源和視野。正確的觀察技巧可以極大地提升細胞結構的可視性。數據記錄和分析：鼓勵學生詳細記錄觀察結果，包括細胞分裂的不同階段、細胞結構的變化等。這不僅有助于加深學生對實驗過程的理解，還能培養他們的科學記錄習慣。反思和討論：實驗結束后，組織學生進行反思和討論。這有助于學生理解實驗中可能出現的問題，并鼓勵他們思考如何改進實驗方法。

通過這些優化步驟，學生不僅能夠更有效地觀察細胞分裂過程，還能深入理解實驗的科學原理和方法。細化實驗步驟，確保每個環節都能有效地展示細胞分裂的特點，是提高實驗教學效果和學生學習體驗的關鍵。

（四）增加實驗互動性

在實驗教學中，增加實驗的探究性和互動性是提升教學效果的關鍵策略之一。通過激勵學生主動參與實驗過程，提出自己的假設，設計實驗流程，可以極大地提高他們的學習興趣，并且有助于培養他們的批判性思維和創新能力。

首先，教師可以通過提出開放式問題來激發學生的好奇心和探究欲，如，在開始實驗之前，教師可以邀請學生討論如何設計實驗以觀察特定的細胞分裂階段，或者如何通過改變某些條件（如溫度、光照）來觀察細胞反應。這種討論不僅能夠激發學生的思維，還能提高他們對實驗的期待和參與度。

接著，鼓勵學生團隊合作進行實驗設計和執行。在團隊中，學生可以分擔不同的任務，相互協作來完成實驗。這種合作不僅能夠提高實驗的效率，還能夠促進學生之間的交流和學習。在團隊工作中，學生有機會學習如何溝通自己的想法，接受同伴的意見，并共同解決實驗中遇到的問題。

此外，教師可以引導學生進行實驗后的反思和討論。在實驗結束后，學生可以分享自己的觀察結果，討論實驗中的發現，以及如何改進實驗設計。教師可以引導學生思考實驗結果與他們最初的假設之間的關系，以及實驗中可能存在的變量和控制方法。

通過這些方法，學生不僅能夠在實驗中學習到生物學的知識，還能夠提高他們的科學探究能力和解決問題的能力。實驗互動性的增加能夠創造一個更加動態和參與度高的學習環境，有助于學生更深入地理解科學原理，并激發他們對生物學的長遠興趣。

三、結論

總之，本研究表明，通過這些綜合策略的實施，可以顯著提高觀察根尖分生組織細胞有絲分裂實驗的教學效果。這些策略不僅有助于學生更深入地理解細胞分裂的生物學原理，還能激發他們對生物科學的興趣和熱情。未來，繼續探索和完善這些教學策略將對提升生物教學的質量和效果產生更深遠的影響。

參考文獻：

[1]曹保鋒.基于NOBOOK的生物學實驗教學課例——以“觀察根尖分生區組織細胞的有絲分裂”為舉例[J].中國科技經濟新聞數據庫 教育，2023（3）：90-94.

[2]李任敏，楊太有.“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗改進及設計[J].中學生物教學，2022（6）：59-61.

[3]錢衛芳.淺談觀察植物根尖細胞有絲分裂實驗的改進方法[J].中學生物學，2021（12）：37.

[4]楊仁勇，何文.在數學模型建構中培養學生科學思維——“細胞有絲分裂過程”教學設計[J].中學生物教學，2021（29）：73-75.

[5]王艷光.核心素養下高中生物實驗教學策略——以有絲分裂實驗為例分析[J].精品，2021（8）：87.