生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略分析

崔昕昕，馮晨光*，蔡 晶

（西北工業(yè)大學(xué) 陜西 西安 710129）

實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)教學(xué)的重要組成部分。在高校生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)立足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體角度開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。本次研究以生物學(xué)專業(yè)的“細(xì)胞生物學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主要內(nèi)容。教師根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)——“細(xì)胞骨架的分布與觀察”，明確目標(biāo)，靈活采用情境教學(xué)法、問題教學(xué)法等不同的手段，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生思維的引導(dǎo)。同時(shí)，科學(xué)設(shè)計(jì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，凸顯實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的觀察性、開放性、探究性，體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn)，支持學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展[1]。

1 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)

1.1 教學(xué)內(nèi)容

“細(xì)胞骨架的分布與觀察”是高校生物學(xué)專業(yè)“細(xì)胞生物學(xué)”課程的主要教學(xué)實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要是讓學(xué)生通過觀察參與實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生發(fā)揮主體作用，自主設(shè)計(jì)“細(xì)胞骨架的分布與觀察”實(shí)驗(yàn)，通過觀察、標(biāo)記等方法，了解細(xì)胞骨架分布、骨細(xì)胞定位因素等生物學(xué)概念，掌握更多的實(shí)驗(yàn)操作與探究方法。

1.2 教學(xué)目標(biāo)

①能夠根據(jù)以往生物學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備、實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，自主設(shè)計(jì)細(xì)胞骨架的分布與觀察實(shí)驗(yàn)，小組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察、實(shí)驗(yàn)討論交流、實(shí)驗(yàn)探究，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。②利用不同的方法觀察人宮頸癌HeLa 細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中微管的分布情況，包括：免疫熒光標(biāo)記法、鬼筆環(huán)肽標(biāo)記法。③能夠通過實(shí)驗(yàn)，歸納出細(xì)胞骨架分布與定位的影響因素，自主歸納整理學(xué)科知識(shí)。④能夠在實(shí)驗(yàn)探究中做出創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與行為，發(fā)展創(chuàng)新意識(shí)，感受學(xué)術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性[2]。

1.3 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)思路

本次生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，共分為8 個(gè)學(xué)時(shí)，包含2 個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)板塊，均在課堂上完成。每周完成一個(gè)板塊，兩周完成兩個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)板塊（免疫熒光標(biāo)記法觀察細(xì)胞中的微管分布實(shí)驗(yàn)、利用鬼筆環(huán)肽標(biāo)記法的細(xì)胞微絲分布觀察實(shí)驗(yàn)）。之后以半開放的形式在課下進(jìn)行拓展性實(shí)驗(yàn)板塊，讓學(xué)生根據(jù)教師提供的思路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師利用線上平臺(tái)及時(shí)獲取學(xué)生的作業(yè)反饋，給出點(diǎn)評(píng)，適當(dāng)給予指導(dǎo)。再之后，在課下以半開放的形式完成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)板塊，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性，讓學(xué)生自行查閱資料及相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)大鼠C6 成纖維細(xì)胞骨架的觀察實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在課后以小組的形式完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作，做好實(shí)驗(yàn)記錄，分析與交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，形成研究性報(bào)告。

1.4 生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段

考慮到本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的整個(gè)周期較長(zhǎng)，且設(shè)計(jì)了兩個(gè)課下半開放自主探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生課下實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的整理難度過大，因此，本文中僅呈現(xiàn)“細(xì)胞骨架的分布與觀察”課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的部分片段，作為生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的參考。

學(xué)生首先領(lǐng)取本次實(shí)驗(yàn)所需要的材料，爬片細(xì)胞、常規(guī)試劑、抗體、鬼筆環(huán)肽藥品、細(xì)胞培養(yǎng)箱、生物安全柜、熒光顯微鏡等。教師為學(xué)生布置任務(wù)：觀察細(xì)胞骨架的分布情況，要求學(xué)生思考問題：“根據(jù)細(xì)胞骨架觀察，你們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)選擇什么類型的實(shí)驗(yàn)？”學(xué)生們紛紛表示應(yīng)當(dāng)選擇觀察類實(shí)驗(yàn)。之后，教師對(duì)學(xué)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(shí)驗(yàn)，我們一般采用什么方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行觀察？”在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生聯(lián)想到了免疫熒光標(biāo)記法與鬼筆環(huán)肽標(biāo)記法。教師順勢(shì)提出任務(wù)，要求學(xué)生分別說說這兩種方法的特點(diǎn)、分析二者的差異與相似之處。

各學(xué)生小組討論，得出結(jié)論：①細(xì)胞的神經(jīng)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(yùn)輸?shù)郊?xì)胞體內(nèi)。②免疫熒光標(biāo)記法就是利用了細(xì)胞神經(jīng)末梢的這個(gè)原理，在細(xì)胞內(nèi)建立熒光標(biāo)記。③免疫熒光標(biāo)記法的儀器與材料主要是待偶聯(lián)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(huán)肽標(biāo)記法是利用鬼筆環(huán)肽藥品，在細(xì)胞內(nèi)形成微細(xì)結(jié)構(gòu)建立標(biāo)記的方法，我們之前使用這種方法觀察過洋蔥鱗莖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

教師繼續(xù)安排學(xué)生以小組為單位開展實(shí)驗(yàn)，要求：選擇免疫熒光標(biāo)記法或者鬼筆環(huán)肽標(biāo)記法，設(shè)計(jì)細(xì)胞骨架的分布與觀察實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)意圖：教師為了最大程度上發(fā)揮學(xué)生的主體性，強(qiáng)化學(xué)生的探究體驗(yàn)，沒有直接提出基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)I 的要求，而是將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)I 與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)II 同時(shí)呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生自主選擇方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這樣做的好處是能夠讓學(xué)生全過程“自主”參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與探究，同時(shí)加深學(xué)生對(duì)觀察方法的理解，也便于下一節(jié)課讓學(xué)生利用另外一種方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，對(duì)兩節(jié)課的觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。各學(xué)生小組紛紛按照教師的要求，選擇了利用免疫熒光標(biāo)記法/鬼筆環(huán)肽標(biāo)記法作為實(shí)驗(yàn)觀察手段，根據(jù)不同觀察手段的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)細(xì)胞中微觀的分布觀察實(shí)驗(yàn)。

某小組設(shè)計(jì)了“利用免疫熒光標(biāo)記法的細(xì)胞微管分布觀察”實(shí)驗(yàn)，根據(jù)資料厘清實(shí)驗(yàn)思路，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：利用PBS 溶液沖洗細(xì)胞切片，采用固定—通透法進(jìn)行預(yù)處理，采用孵育法發(fā)育細(xì)胞，利用兩組細(xì)胞進(jìn)行對(duì)比觀察。學(xué)生利用領(lǐng)取的實(shí)驗(yàn)器材開展實(shí)驗(yàn)操作，具體過程為：①使用PBS 溶液沖洗細(xì)胞，沖洗3 次；②利用多聚甲醛對(duì)細(xì)胞進(jìn)行固定，持續(xù)20min；③繼續(xù)使用PBS溶液沖洗3 次；④利用Triton X-100 設(shè)備，通透細(xì)胞5min；⑤再次利用PBS 溶液對(duì)細(xì)胞進(jìn)行3 次沖洗；⑥對(duì)實(shí)驗(yàn)組的細(xì)胞樣品，以微管蛋白抗體37℃進(jìn)行孵育，持續(xù)30min；對(duì)對(duì)照組的細(xì)胞樣品，采用PBS37℃進(jìn)行孵育，持續(xù)30min；⑦使用PBS 溶液對(duì)細(xì)胞樣品進(jìn)行避光漂洗3 次；⑧對(duì)兩組細(xì)胞樣品，二抗37℃孵育，持續(xù)30min；⑨第四次使用PBS 溶液沖洗3次；⑩利用熒光顯微鏡對(duì)兩組細(xì)胞樣品進(jìn)行觀察。

在實(shí)驗(yàn)操作與研究的過程中，學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)中細(xì)胞樣品的微管分布情況，同時(shí)詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)過程、細(xì)胞樣品的具體變化，形成觀察實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。在學(xué)生設(shè)計(jì)與操作實(shí)驗(yàn)的過程中，教師時(shí)刻關(guān)注各學(xué)生小組的實(shí)驗(yàn)探究情況，適當(dāng)為各學(xué)生小組提供提示，引導(dǎo)學(xué)生小組觀察細(xì)胞微細(xì)的結(jié)構(gòu)、分布，思考熒光淬滅的客觀影響因素等，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)一步了解細(xì)胞微管的分布特征，掌握細(xì)胞微細(xì)結(jié)構(gòu)的觀察與實(shí)驗(yàn)操作方法。

2 基于案例提出生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效教學(xué)策略

本次生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師開堂就拋出了充滿學(xué)術(shù)氣息的問題，且為學(xué)生提供了充足的實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生們根據(jù)已有認(rèn)知與經(jīng)驗(yàn)自主設(shè)計(jì)與操作實(shí)驗(yàn)。在本節(jié)課中，教師借鑒“情境創(chuàng)設(shè)”“問題驅(qū)動(dòng)”等教學(xué)思想，以創(chuàng)設(shè)過往研究情境、提出思考問題等方法引導(dǎo)學(xué)生思考與探究，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)、觀察實(shí)驗(yàn)的過程中驗(yàn)證自己的觀點(diǎn)、得出新的結(jié)論，以便于學(xué)生掌握觀察實(shí)驗(yàn)的操作方法，發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力、學(xué)術(shù)探究思維及科學(xué)精神[3]。回顧這次實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，歸納出如下教學(xué)策略。

2.1 適度使用預(yù)實(shí)驗(yàn)

預(yù)實(shí)驗(yàn)是一種生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。通過開展預(yù)實(shí)驗(yàn)，教師可以提前掌握本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的流程，更精準(zhǔn)地把握實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)。在“細(xì)胞骨架的分布與觀察”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師開展了預(yù)實(shí)驗(yàn)，從而為學(xué)生提供更具體的實(shí)驗(yàn)方法選擇范圍[4]。通過開展預(yù)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了不同標(biāo)記實(shí)驗(yàn)法之間的差異，在之后的課堂教學(xué)中教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比兩種方法的觀察實(shí)驗(yàn)差異，促使學(xué)生更深入地了解這兩種方法的原理與優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

2.2 以問題引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

教材中的實(shí)驗(yàn)，大多是為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)啟發(fā)，而教師需要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與思維發(fā)展水平，做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)劃，引導(dǎo)學(xué)生精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的本質(zhì)，是學(xué)生應(yīng)用實(shí)驗(yàn)理論、生物學(xué)知識(shí)制訂實(shí)驗(yàn)方案，是學(xué)生探究思維顯化的過程，也是發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維、科學(xué)思維的重要途徑。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在于發(fā)展學(xué)生的批判性思維[5]。在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以從學(xué)生角度出發(fā)，提出學(xué)生較為熟悉的問題，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程提出問題。“細(xì)胞骨架的分布與觀察”這節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課中，教師就從不同實(shí)驗(yàn)方法的角度入手，提出問題，讓學(xué)生在思考的過程中自然選擇自己感興趣的方法，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定實(shí)驗(yàn)的操作方向。

2.3 營(yíng)造生活化的趣味性實(shí)驗(yàn)情境

學(xué)術(shù)化情境是一種基于學(xué)術(shù)研究場(chǎng)景所創(chuàng)設(shè)的情境。教師應(yīng)盡可能豐富學(xué)生的主觀體驗(yàn)，讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作。因此，教師可以從學(xué)生的日常學(xué)習(xí)、學(xué)術(shù)研究等角度入手，以學(xué)生以往的學(xué)術(shù)研究經(jīng)歷作為素材，創(chuàng)設(shè)情境，這樣一來，學(xué)生會(huì)對(duì)本節(jié)課的課程知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方向感到熟悉，并形成強(qiáng)烈的主觀感受。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的情況，靈活采用多種方法創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境。在本次呈現(xiàn)的“細(xì)胞骨架的分布與觀察”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師采用的是基于學(xué)生過往生物學(xué)實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷創(chuàng)設(shè)的情境，讓學(xué)生根據(jù)生物學(xué)學(xué)習(xí)中親身經(jīng)歷的研究、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)進(jìn)行思考，回答問題。除此之外，教師還可以從社會(huì)熱點(diǎn)事件創(chuàng)設(shè)情境，或者結(jié)合生活實(shí)例創(chuàng)設(shè)情境[6]。現(xiàn)代社會(huì)中的生物基因、細(xì)胞移植、太空植物、內(nèi)陸仿真海洋、疫苗研發(fā)等均與生物學(xué)密切關(guān)聯(lián)，教師可以引入這些社會(huì)熱點(diǎn)話題，以真實(shí)發(fā)生的社會(huì)事件為背景，創(chuàng)設(shè)情境，引起學(xué)生對(duì)社會(huì)熱點(diǎn)問題的思考，讓學(xué)生就此發(fā)出疑問，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自然地參與實(shí)驗(yàn)探究與討論。

3 結(jié)語

本次開展的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，旨在讓學(xué)生們通過實(shí)驗(yàn)更全面、深刻地理解細(xì)胞的元素構(gòu)成，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維與宏微觀思維，提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)習(xí)能力。在今后的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)課程內(nèi)容選擇合適的實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)素材，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況精心設(shè)計(jì)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，或者利用學(xué)術(shù)問題發(fā)散學(xué)生的思維。在課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以利用創(chuàng)設(shè)情境、提出問題等方法，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析，支持學(xué)生自主探究，促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探索的過程中獲取生物學(xué)知識(shí)，逐步提升思維能力與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>