生物學實驗教學策略分析

崔昕昕，馮晨光*，蔡 晶

（西北工業大學 陜西 西安 710129）

實驗是生物學教學的重要組成部分。在高校生物學實驗教學中，教師應立足實驗教學的整體角度開展實驗教學設計。本次研究以生物學專業的“細胞生物學”課程實驗教學為主要內容。教師根據本次實驗課的實驗——“細胞骨架的分布與觀察”，明確目標，靈活采用情境教學法、問題教學法等不同的手段，加強對學生思維的引導。同時，科學設計生物學實驗探究活動，凸顯實驗學習的觀察性、開放性、探究性，體現學科特點，支持學生學習與發展[1]。

1 生物學實驗教學活動

1.1 教學內容

“細胞骨架的分布與觀察”是高校生物學專業“細胞生物學”課程的主要教學實驗。本次實驗教學，主要是讓學生通過觀察參與實驗探究，讓學生發揮主體作用，自主設計“細胞骨架的分布與觀察”實驗，通過觀察、標記等方法，了解細胞骨架分布、骨細胞定位因素等生物學概念，掌握更多的實驗操作與探究方法。

1.2 教學目標

①能夠根據以往生物學知識儲備、實驗學習經驗，自主設計細胞骨架的分布與觀察實驗，小組協作完成實驗現象觀察、實驗討論交流、實驗探究，獲得實驗結果。②利用不同的方法觀察人宮頸癌HeLa 細胞，發現細胞中微管的分布情況，包括：免疫熒光標記法、鬼筆環肽標記法。③能夠通過實驗，歸納出細胞骨架分布與定位的影響因素，自主歸納整理學科知識。④能夠在實驗探究中做出創新性實驗設計與行為，發展創新意識，感受學術的嚴謹性與科學性[2]。

1.3 生物學實驗教學活動的設計思路

本次生物學實驗教學，共分為8 個學時，包含2 個基礎性實驗板塊，均在課堂上完成。每周完成一個板塊，兩周完成兩個基礎實驗板塊（免疫熒光標記法觀察細胞中的微管分布實驗、利用鬼筆環肽標記法的細胞微絲分布觀察實驗）。之后以半開放的形式在課下進行拓展性實驗板塊，讓學生根據教師提供的思路設計實驗方案，教師利用線上平臺及時獲取學生的作業反饋，給出點評，適當給予指導。再之后，在課下以半開放的形式完成創新性實驗板塊，充分發揮學生的學習主體性，讓學生自行查閱資料及相關文獻，設計大鼠C6 成纖維細胞骨架的觀察實驗，學生在課后以小組的形式完成實驗設計與操作，做好實驗記錄，分析與交流實驗結果，形成研究性報告。

1.4 生物學實驗教學片段

考慮到本次實驗教學活動的整個周期較長，且設計了兩個課下半開放自主探究實驗，學生課下實驗探究活動的整理難度過大，因此，本文中僅呈現“細胞骨架的分布與觀察”課堂實驗教學的部分片段，作為生物學實驗教學的參考。

學生首先領取本次實驗所需要的材料，爬片細胞、常規試劑、抗體、鬼筆環肽藥品、細胞培養箱、生物安全柜、熒光顯微鏡等。教師為學生布置任務：觀察細胞骨架的分布情況，要求學生思考問題：“根據細胞骨架觀察，你們認為應當選擇什么類型的實驗？”學生們紛紛表示應當選擇觀察類實驗。之后，教師對學生的回答表示肯定，并且提出問題：“回憶過去我們開展的觀察類生物實驗，我們一般采用什么方法設計實驗、對目標物進行觀察？”在教師的引導下，學生聯想到了免疫熒光標記法與鬼筆環肽標記法。教師順勢提出任務，要求學生分別說說這兩種方法的特點、分析二者的差異與相似之處。

各學生小組討論，得出結論：①細胞的神經纖維末梢具有吸收性，可以吸收熒光化合物、熒光染料，將其運輸到細胞體內。②免疫熒光標記法就是利用了細胞神經末梢的這個原理，在細胞內建立熒光標記。③免疫熒光標記法的儀器與材料主要是待偶聯抗體、碳酸氫鈉緩沖液、庵氰酸熒光素、電磁攪拌器等。④鬼筆環肽標記法是利用鬼筆環肽藥品，在細胞內形成微細結構建立標記的方法，我們之前使用這種方法觀察過洋蔥鱗莖的內部結構。

教師繼續安排學生以小組為單位開展實驗，要求：選擇免疫熒光標記法或者鬼筆環肽標記法，設計細胞骨架的分布與觀察實驗。設計意圖：教師為了最大程度上發揮學生的主體性，強化學生的探究體驗，沒有直接提出基礎實驗I 的要求，而是將基礎實驗I 與基礎實驗II 同時呈現給學生，讓學生自主選擇方法，設計實驗。這樣做的好處是能夠讓學生全過程“自主”參與實驗的設計與探究，同時加深學生對觀察方法的理解，也便于下一節課讓學生利用另外一種方法設計實驗，對兩節課的觀察實驗進行對比分析。各學生小組紛紛按照教師的要求，選擇了利用免疫熒光標記法/鬼筆環肽標記法作為實驗觀察手段，根據不同觀察手段的特點，設計細胞中微觀的分布觀察實驗。

某小組設計了“利用免疫熒光標記法的細胞微管分布觀察”實驗，根據資料厘清實驗思路，設計實驗方案：利用PBS 溶液沖洗細胞切片，采用固定—通透法進行預處理，采用孵育法發育細胞，利用兩組細胞進行對比觀察。學生利用領取的實驗器材開展實驗操作，具體過程為：①使用PBS 溶液沖洗細胞，沖洗3 次；②利用多聚甲醛對細胞進行固定，持續20min；③繼續使用PBS溶液沖洗3 次；④利用Triton X-100 設備，通透細胞5min；⑤再次利用PBS 溶液對細胞進行3 次沖洗；⑥對實驗組的細胞樣品，以微管蛋白抗體37℃進行孵育，持續30min；對對照組的細胞樣品，采用PBS37℃進行孵育，持續30min；⑦使用PBS 溶液對細胞樣品進行避光漂洗3 次；⑧對兩組細胞樣品，二抗37℃孵育，持續30min；⑨第四次使用PBS 溶液沖洗3次；⑩利用熒光顯微鏡對兩組細胞樣品進行觀察。

在實驗操作與研究的過程中，學生認真觀察實驗中細胞樣品的微管分布情況，同時詳細記錄實驗過程、細胞樣品的具體變化，形成觀察實驗研究報告。在學生設計與操作實驗的過程中，教師時刻關注各學生小組的實驗探究情況，適當為各學生小組提供提示，引導學生小組觀察細胞微細的結構、分布，思考熒光淬滅的客觀影響因素等，讓學生通過實驗探究進一步了解細胞微管的分布特征，掌握細胞微細結構的觀察與實驗操作方法。

2 基于案例提出生物學實驗的有效教學策略

本次生物學實驗教學中，教師開堂就拋出了充滿學術氣息的問題，且為學生提供了充足的實驗材料，讓學生們根據已有認知與經驗自主設計與操作實驗。在本節課中，教師借鑒“情境創設”“問題驅動”等教學思想，以創設過往研究情境、提出思考問題等方法引導學生思考與探究，讓學生在設計、觀察實驗的過程中驗證自己的觀點、得出新的結論，以便于學生掌握觀察實驗的操作方法，發展學生的實驗創新能力、學術探究思維及科學精神[3]。回顧這次實驗教學活動，歸納出如下教學策略。

2.1 適度使用預實驗

預實驗是一種生物學實驗教學手段。通過開展預實驗，教師可以提前掌握本次實驗教學的流程，更精準地把握實驗教學關鍵點。在“細胞骨架的分布與觀察”實驗教學中，教師開展了預實驗，從而為學生提供更具體的實驗方法選擇范圍[4]。通過開展預實驗，學生發現了不同標記實驗法之間的差異，在之后的課堂教學中教師引導學生對比兩種方法的觀察實驗差異，促使學生更深入地了解這兩種方法的原理與優勢特點，進一步提高學生的綜合實驗能力。

2.2 以問題引導學生自主設計實驗

教材中的實驗，大多是為學生提供實驗思路、實驗啟發，而教師需要根據學生的學習能力與思維發展水平，做好實驗教學規劃，引導學生精心設計實驗。實驗設計的本質，是學生應用實驗理論、生物學知識制訂實驗方案，是學生探究思維顯化的過程，也是發展學生創造性思維、科學思維的重要途徑。實驗設計的關鍵，在于發展學生的批判性思維[5]。在生物學實驗教學中，教師可以從學生角度出發，提出學生較為熟悉的問題，引導學生設計實驗，并且根據實驗過程提出問題。“細胞骨架的分布與觀察”這節實驗教學課中，教師就從不同實驗方法的角度入手，提出問題，讓學生在思考的過程中自然選擇自己感興趣的方法，完成實驗設計，確定實驗的操作方向。

2.3 營造生活化的趣味性實驗情境

學術化情境是一種基于學術研究場景所創設的情境。教師應盡可能豐富學生的主觀體驗，讓學生主動參與實驗設計與操作。因此，教師可以從學生的日常學習、學術研究等角度入手，以學生以往的學術研究經歷作為素材，創設情境，這樣一來，學生會對本節課的課程知識、實驗方向感到熟悉，并形成強烈的主觀感受。在實驗過程中，教師可以根據實驗教學內容與學生的情況，靈活采用多種方法創設實驗情境。在本次呈現的“細胞骨架的分布與觀察”實驗教學中，教師采用的是基于學生過往生物學實驗經歷創設的情境，讓學生根據生物學學習中親身經歷的研究、實驗活動進行思考，回答問題。除此之外，教師還可以從社會熱點事件創設情境，或者結合生活實例創設情境[6]。現代社會中的生物基因、細胞移植、太空植物、內陸仿真海洋、疫苗研發等均與生物學密切關聯，教師可以引入這些社會熱點話題，以真實發生的社會事件為背景，創設情境，引起學生對社會熱點問題的思考，讓學生就此發出疑問，設計實驗，自然地參與實驗探究與討論。

3 結語

本次開展的生物學實驗教學活動，旨在讓學生們通過實驗更全面、深刻地理解細胞的元素構成，發展學生的科學思維與宏微觀思維，提升學生的生物學學習能力。在今后的生物學實驗教學中，教師應當根據課程內容選擇合適的實驗作為教學素材，根據學生的實際情況精心設計生物學實驗，或者利用學術問題發散學生的思維。在課堂的實驗教學中，教師可以利用創設情境、提出問題等方法，引導學生觀察實驗，結合實驗數據與現象進行綜合分析，支持學生自主探究，促使學生在實驗探索的過程中獲取生物學知識，逐步提升思維能力與實驗能力。