2024年10期
谈高中生物学实验 ——植物细胞的失水和吸水的改进研究
【关键词】 ；
【正文】 摘 要：比较、分析多位学者关于“植物细胞的失水和吸水”实验的改进方案和教学设计，对实验材料、试剂及方法等方面的改进进行综述，并在此基础上，分析目前关于该实验的开展形式进行研究。
关键词：植物细胞失水和吸水；实验改进；开展形式
“植物细胞的失水和吸水”实验不论是在人教版新版还是旧版教材中，都是学生步入高中后接触到的第一个探究性实验。该实验的开展，有助于学生理解“原生质层相当于一层半透膜”的概念及植物细胞发生渗透作用的原理，对落实生物学科核心素养中的“科学探究”与“科学思维”有着重要作用。但实际教学中，常出现材料取材不易、探究内容单一以及学生理解、掌握不够透彻等问题。该如何改进该实验、解决这些问题呢？笔者将通过阅读诸多学者对该实验的改进与优化，从实验材料、试剂及方法三方面进行比较分析，试图在此基础上，提出该实验的改进方法；并分析该实验的开展形式。
1、实验改进研究
1.1 实验材料的选择
本实验的材料选择上应考虑材料是否满足易取、廉价、处理简便、处理后现象明显等要求。不少学者针对教材提供的材料不足，提出了不同的改进方法，主要有以下：
表 1 实验材料改进
张主权等选用的材料是放置四天左右液泡产生颜色的洋葱内表皮细胞，采用的试剂是3%NaCl溶液加无法进入活细胞的色素，即使液泡无色，观察到的现象也很明显，所以笔者认为这种选材方法不可取。谭慧慧等选择的刚毛藻、水绵和金术超选用的黑藻，这些材料都易取材，可直接夹取部分制作装片，省了撕取表皮的麻烦，且可利用这些材料的叶绿体集中在细胞质基质中并处于细胞膜的内侧、液泡膜的外侧的特点，引入品红溶液或其他无法进入活细胞的色素溶液，可在显微镜下观察到细胞壁内由外向内依次三道不同颜色的界限，从而突破学生理解原生质层结构在物质进出细胞作用的难点，这种选材是值得推广的。
1.2 实验试剂的选择
教材中提供的试剂是0.3g/mL蔗糖溶液，有一定的粘稠性，虽能达到实验效果，但可能对显微镜造成破坏，且起效果的时间也较长。因此，不少学者提出用NaCl溶液代替蔗糖溶液，使得反应更快、现象更明显。对于NaCl溶液浓度的选择，不同学者有不同的看法，如张主权等选择了3%（即0.3g/mL）NaCl溶液，谭慧慧等选择了0.05g/mL NaCl溶液。能否发生质壁分离取决于膜两侧是否存在浓度差，经计算，0.05g/mL NaCl溶液与教材中0.3g/mL蔗糖溶液的物质的量相同，因此笔者认为只需配置0.05g/mL NaCl溶液即可。
1.3 实验方法的优化
实验方法优化是在教材对本实验的设计基础上，针对现实存在的问题进行改进，以获得良好的实验效果，具体如表2。林叶敏是在采用紫色洋葱上表皮做实验材料的基础上，针对存在的难撕取问题进行改进；而金术超则直接改变实验材料；张主权等注意到教材中关于本实验缺少对照组；程晨则通过“萝卜复位实验”突破了学生理解细胞原生质层伸的缩性大于细胞壁的难点。这些实验优化方法都值得我们合理地运用到教学实际中去，将本实验设计地更加完善。
表 2 实验方法优化
2、实验开展方式分析
2.1 实验开展方式
从大量文献中发现，学者对该实验的开展方式主要分两大类：一是收集实验课后学生的疑惑，提出探究课题，进行再探究，如曾凡伟等。此类关注到学生做实验后常提出一些教材实验所不能解决问题的现象，试图通过开展相关探究，解决学生的疑问。其增加的课题如表3。二是以新课的形式，在教材的基础上，增加实验探究内容（其内容与上类的一些课题相同）或改进实验材料、试剂等，进行实验，如林叶敏。这类试图在实验优化和学生需要之间做出权衡，以提高实验课的效率，如增加探究内容更多地考虑到学生的疑惑与需要。
表3 实验探究课题的增加
2.2 分析与讨论
本实验有两种类型的开展方式，主要原因有：
（1）教材对本实验的设计，不能很好地满足学生的探究热情和好奇心。根据教材和教参对本实验的安排和建议，学生在上完实验课后，仍对一些知识概念理解不透，这促使教师增加探究内容以解答学生的疑惑。
（2）仅按教材进行本实验教学，不能较好地满足培养学生能力的需求。学生的科学探究能力、分析问题和解决问题能力是生物课程标准对本实验的考察内容，而仅按照教材安排进行实验，在锻炼学生这些方面的能力上是不足的，这要求教师要适当修改教材的实验设计。
（3）本实验所需时间较长。这要求教师对本实验的材料、试剂的等进行改进，以缩短实验时间或深入探究，延伸至课后。
综合以上3点，依据现实情况，教师对本实验的开展有不同的形式。另外，王超等根据一些学校缺乏专业的生物实验室、教师精力不足等困难，提出虚拟实验的方式，对本实验进行改进。在实际教学中，无论对本实验改进方法的探索或开展方式的选择如何，都应与学生需要、教学安排、当地资源相适应。此外，“植物细胞的失水和吸水”实验可挖掘的知识还有很多，对其实验改进和创新的研究工作还可进一步深入。
参考文献：
[1] 张主权，伍巍华.“植物细胞的吸水和失水”实验的进一步改良[J].高考，2020（20）：46.
[2] 谭慧慧，王超.植物细胞吸水和失水实验的改进[J].实验教学与仪器，2020，37（Z1）：60.
[3] 金术超.植物细胞吸水与失水实验的创新设计[J].实验教学与仪器，2020，37（04）：38-39.
[4] 林叶敏.“植物细胞的吸水和失水”探究实验的改进[J].实验教学与仪器，2010（S2）：76.
[5] 程晨.“植物细胞的失水和吸水”辅助实验设计与反思[J].中学生物教学，2019（20）：44-45.
[6] 曾凡伟，李坊贞.“探究植物细胞的吸水和失水”实验教学案例及反思[J].中学生物学，2016（06）：53-54.
[7] 陈亮，郭岩丽.“探究植物细胞的吸水和失水”实验教学的创新、不足与展望[J].中学生物学，2017，33（02）：40-42.
[8] 李新，张锋.“植物细胞的吸水和失水”实验的课堂再探究[J].中学生物学，2015，31（04）：37-39.
[9] 徐红梅.《探究植物细胞的吸水和失水》实验教学改进[J].高考，2019（25）：181-183.
[10] 张勇，杨振，王健，王霞.“植物细胞的吸水和失水”实验的几点改进[J].中学生物教学，2018（22）：57-58.
[11] 王超，李婧，高章书.虚拟实验室在高中生物实验教学中的应用——以“植物细胞的吸水和失水”实验为例[J].中学生物教学，2020（02）：56-58.
作者简介：邓碧婷（此为通讯作者）：女，24岁，广西师范大学生命科学学院在读硕士研究生。
关键词：植物细胞失水和吸水；实验改进；开展形式
“植物细胞的失水和吸水”实验不论是在人教版新版还是旧版教材中，都是学生步入高中后接触到的第一个探究性实验。该实验的开展，有助于学生理解“原生质层相当于一层半透膜”的概念及植物细胞发生渗透作用的原理，对落实生物学科核心素养中的“科学探究”与“科学思维”有着重要作用。但实际教学中，常出现材料取材不易、探究内容单一以及学生理解、掌握不够透彻等问题。该如何改进该实验、解决这些问题呢？笔者将通过阅读诸多学者对该实验的改进与优化，从实验材料、试剂及方法三方面进行比较分析，试图在此基础上，提出该实验的改进方法；并分析该实验的开展形式。
1、实验改进研究
1.1 实验材料的选择
本实验的材料选择上应考虑材料是否满足易取、廉价、处理简便、处理后现象明显等要求。不少学者针对教材提供的材料不足，提出了不同的改进方法，主要有以下：
表 1 实验材料改进
张主权等选用的材料是放置四天左右液泡产生颜色的洋葱内表皮细胞，采用的试剂是3%NaCl溶液加无法进入活细胞的色素，即使液泡无色，观察到的现象也很明显，所以笔者认为这种选材方法不可取。谭慧慧等选择的刚毛藻、水绵和金术超选用的黑藻，这些材料都易取材，可直接夹取部分制作装片，省了撕取表皮的麻烦，且可利用这些材料的叶绿体集中在细胞质基质中并处于细胞膜的内侧、液泡膜的外侧的特点，引入品红溶液或其他无法进入活细胞的色素溶液，可在显微镜下观察到细胞壁内由外向内依次三道不同颜色的界限，从而突破学生理解原生质层结构在物质进出细胞作用的难点，这种选材是值得推广的。
1.2 实验试剂的选择
教材中提供的试剂是0.3g/mL蔗糖溶液，有一定的粘稠性，虽能达到实验效果，但可能对显微镜造成破坏，且起效果的时间也较长。因此，不少学者提出用NaCl溶液代替蔗糖溶液，使得反应更快、现象更明显。对于NaCl溶液浓度的选择，不同学者有不同的看法，如张主权等选择了3%（即0.3g/mL）NaCl溶液，谭慧慧等选择了0.05g/mL NaCl溶液。能否发生质壁分离取决于膜两侧是否存在浓度差，经计算，0.05g/mL NaCl溶液与教材中0.3g/mL蔗糖溶液的物质的量相同，因此笔者认为只需配置0.05g/mL NaCl溶液即可。
1.3 实验方法的优化
实验方法优化是在教材对本实验的设计基础上，针对现实存在的问题进行改进，以获得良好的实验效果，具体如表2。林叶敏是在采用紫色洋葱上表皮做实验材料的基础上，针对存在的难撕取问题进行改进；而金术超则直接改变实验材料；张主权等注意到教材中关于本实验缺少对照组；程晨则通过“萝卜复位实验”突破了学生理解细胞原生质层伸的缩性大于细胞壁的难点。这些实验优化方法都值得我们合理地运用到教学实际中去，将本实验设计地更加完善。
表 2 实验方法优化
2、实验开展方式分析
2.1 实验开展方式
从大量文献中发现，学者对该实验的开展方式主要分两大类：一是收集实验课后学生的疑惑，提出探究课题，进行再探究，如曾凡伟等。此类关注到学生做实验后常提出一些教材实验所不能解决问题的现象，试图通过开展相关探究，解决学生的疑问。其增加的课题如表3。二是以新课的形式，在教材的基础上，增加实验探究内容（其内容与上类的一些课题相同）或改进实验材料、试剂等，进行实验，如林叶敏。这类试图在实验优化和学生需要之间做出权衡，以提高实验课的效率，如增加探究内容更多地考虑到学生的疑惑与需要。
表3 实验探究课题的增加
2.2 分析与讨论
本实验有两种类型的开展方式，主要原因有：
（1）教材对本实验的设计，不能很好地满足学生的探究热情和好奇心。根据教材和教参对本实验的安排和建议，学生在上完实验课后，仍对一些知识概念理解不透，这促使教师增加探究内容以解答学生的疑惑。
（2）仅按教材进行本实验教学，不能较好地满足培养学生能力的需求。学生的科学探究能力、分析问题和解决问题能力是生物课程标准对本实验的考察内容，而仅按照教材安排进行实验，在锻炼学生这些方面的能力上是不足的，这要求教师要适当修改教材的实验设计。
（3）本实验所需时间较长。这要求教师对本实验的材料、试剂的等进行改进，以缩短实验时间或深入探究，延伸至课后。
综合以上3点，依据现实情况，教师对本实验的开展有不同的形式。另外，王超等根据一些学校缺乏专业的生物实验室、教师精力不足等困难，提出虚拟实验的方式，对本实验进行改进。在实际教学中，无论对本实验改进方法的探索或开展方式的选择如何，都应与学生需要、教学安排、当地资源相适应。此外，“植物细胞的失水和吸水”实验可挖掘的知识还有很多，对其实验改进和创新的研究工作还可进一步深入。
参考文献：
[1] 张主权，伍巍华.“植物细胞的吸水和失水”实验的进一步改良[J].高考，2020（20）：46.
[2] 谭慧慧，王超.植物细胞吸水和失水实验的改进[J].实验教学与仪器，2020，37（Z1）：60.
[3] 金术超.植物细胞吸水与失水实验的创新设计[J].实验教学与仪器，2020，37（04）：38-39.
[4] 林叶敏.“植物细胞的吸水和失水”探究实验的改进[J].实验教学与仪器，2010（S2）：76.
[5] 程晨.“植物细胞的失水和吸水”辅助实验设计与反思[J].中学生物教学，2019（20）：44-45.
[6] 曾凡伟，李坊贞.“探究植物细胞的吸水和失水”实验教学案例及反思[J].中学生物学，2016（06）：53-54.
[7] 陈亮，郭岩丽.“探究植物细胞的吸水和失水”实验教学的创新、不足与展望[J].中学生物学，2017，33（02）：40-42.
[8] 李新，张锋.“植物细胞的吸水和失水”实验的课堂再探究[J].中学生物学，2015，31（04）：37-39.
[9] 徐红梅.《探究植物细胞的吸水和失水》实验教学改进[J].高考，2019（25）：181-183.
[10] 张勇，杨振，王健，王霞.“植物细胞的吸水和失水”实验的几点改进[J].中学生物教学，2018（22）：57-58.
[11] 王超，李婧，高章书.虚拟实验室在高中生物实验教学中的应用——以“植物细胞的吸水和失水”实验为例[J].中学生物教学，2020（02）：56-58.
作者简介：邓碧婷（此为通讯作者）：女，24岁，广西师范大学生命科学学院在读硕士研究生。
- 【发布时间】2022/4/8 20:21:40
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