蔡利永

(江蘇省南通中學(xué) 226001)

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生形成概念，理解和鞏固生物學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生能觀察現(xiàn)象、分析問題、解決問題，初步掌握一些常用的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，要達(dá)到這樣的教學(xué)目標(biāo)，還存在一系列需要解決的具體困難和問題。需要教師高度重視和精心設(shè)計(jì)，尤其要在以下五個(gè)方面得到落實(shí)和升華。

1 悟?qū)嶒?yàn)

首先是領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)開展的目的要求和依據(jù)的原理，更重要的是領(lǐng)悟教材為什么要在這個(gè)部分設(shè)置這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，開展這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)更深層次的意義何在。例如，“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)，其目的要求是“進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離”和“探究綠葉中含有幾種色素”。色素提取依據(jù)的原理是“綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中，可以用無水乙醇提取色素”。色素分離依據(jù)的原理是“不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢”。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)深層次的意義在于引導(dǎo)學(xué)生理解綠葉中的色素是光合作用的基礎(chǔ)，現(xiàn)代光合作用的研究很多時(shí)候都需要從色素的角度來進(jìn)行。因此，本實(shí)驗(yàn)是研究植物生理的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。

如果將一個(gè)與“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容密切相關(guān)、包含色素分離測定方法的科學(xué)研究案例，如酸雨影響植物的光合作用，作為本實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)的引入，不僅能激發(fā)學(xué)生的興趣，更能幫助學(xué)生理解本實(shí)驗(yàn)的深層意義。

2 做實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中的確存在種種困難，教師有必要想方設(shè)法去解決困難，讓學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。事實(shí)上，現(xiàn)在有很多措施去保障和督促學(xué)生實(shí)驗(yàn)的正常開展，僅從考試角度來說，在高考和學(xué)業(yè)水平測試的試題中，也往往通過設(shè)問區(qū)分做實(shí)驗(yàn)和不做實(shí)驗(yàn)的差異。

例如，2015年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試中，有這樣一道實(shí)驗(yàn)題：為觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離的現(xiàn)象，某同學(xué)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

材料用具：略。

實(shí)驗(yàn)步驟：如圖1。

圖1 觀察植物細(xì)胞質(zhì)壁分離的實(shí)驗(yàn)步驟

請回答下列問題：

(1)略；

(2)步驟甲中，蓋蓋玻片時(shí)，將蓋玻片的一側(cè)先接觸液滴，然后將另一側(cè)輕輕緩慢放下，這樣操作可以防止出現(xiàn) ▲ ；

(3)略；

(4)步驟丙中，從蓋玻片的一側(cè)滴入蔗糖溶液，另一側(cè)用吸水紙吸引， ▲ ，以保證洋蔥鱗片葉外表皮完全浸潤在蔗糖溶液中；

(5)略。

很顯然，這道題的(2)(4)設(shè)問，做過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生和沒做過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生感覺是完全不一樣的，答題的結(jié)果也是可想而知的。在臨時(shí)裝片制作過程中，蓋玻片蓋得不規(guī)范，很容易造成裝片中有氣泡，影響觀察，在本實(shí)驗(yàn)中還會(huì)導(dǎo)致洋蔥鱗片葉外表皮不能充分浸潤在蔗糖溶液中，不能進(jìn)行質(zhì)壁分離，所以本實(shí)驗(yàn)中裝片是否混有氣泡會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察。設(shè)問(4)看起來是完整的步驟，不需要再補(bǔ)充，但真正做過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生肯定會(huì)記得教師強(qiáng)調(diào)該步驟要重復(fù)幾次，以保證洋蔥鱗片葉外表皮完全浸潤在蔗糖溶液中，有利于質(zhì)壁分離現(xiàn)象的發(fā)生。過份強(qiáng)調(diào)做實(shí)驗(yàn)有利于考試似乎太功利，但本著切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)來說，讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)無疑是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最重要的一步。

3 評(píng)實(shí)驗(yàn)

《2015年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測試(選修科目)說明》中對(duì)生物科實(shí)驗(yàn)考查的等級(jí)要求中有如下描述：初步具備驗(yàn)證生物學(xué)事實(shí)的能力，并能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行解釋、分析和處理；具備初步探究一些生物學(xué)問題、恰當(dāng)評(píng)價(jià)和完善實(shí)驗(yàn)方案的能力。以上要求其實(shí)都可以歸到評(píng)實(shí)驗(yàn)的范疇，評(píng)實(shí)驗(yàn)是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ母咭?，是提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾緩健Ｔu(píng)實(shí)驗(yàn)包括的內(nèi)容很多，如對(duì)材料的評(píng)價(jià)、對(duì)變量的評(píng)價(jià)、對(duì)遵循原則的評(píng)價(jià)、對(duì)方法步驟的評(píng)價(jià)、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)等。

例如，在“探究酶的專一性”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，用可溶性淀粉溶液、蔗糖溶液(兩者都是非還原糖)以及淀粉酶溶液、斐林試劑等材料，讓學(xué)生按照表1步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

表1 探究酶的專一性實(shí)驗(yàn)操作步驟

上述實(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果是：1號(hào)試管出現(xiàn)磚紅色沉淀；2號(hào)試管不出現(xiàn)磚紅色沉淀，說明淀粉酶能將可溶性淀粉分解成麥芽糖，麥芽糖與斐林試劑發(fā)生作用生成磚紅色沉淀。淀粉酶不能催化蔗糖分解，蔗糖不與斐林試劑發(fā)生作用，生成磚紅色沉淀，從而得出淀粉酶的催化作用具有專一性。事實(shí)上，在做該實(shí)驗(yàn)的過程中，會(huì)出現(xiàn)很多“意外”，比較典型的就是2號(hào)試管中有時(shí)也出現(xiàn)少量磚紅色沉淀，那這些磚紅色沉淀是怎么來的呢？這些是實(shí)驗(yàn)生成的就要引導(dǎo)學(xué)生去分析和評(píng)價(jià)。比如，可以從實(shí)驗(yàn)材料和操作步驟兩方面來分析。一方面如果蔗糖溶液中混有可溶性淀粉，或淀粉酶溶液中混有蔗糖酶，或蔗糖放置時(shí)間太長，有部分已經(jīng)降解為還原性單糖，都會(huì)導(dǎo)致磚紅色沉淀的產(chǎn)生；另一方面，2號(hào)試管沒有洗干凈，帶有可溶性淀粉或蔗糖酶?；蛟诓僮鬟^程中，滴管混用，也會(huì)導(dǎo)致磚紅色沉淀的產(chǎn)生。

因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，如果只講預(yù)設(shè)，沒有動(dòng)態(tài)生成，特別是不能對(duì)生成做出及時(shí)的評(píng)價(jià)，就很難提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，更談不上學(xué)科素養(yǎng)的養(yǎng)成。

4 拓實(shí)驗(yàn)

如果教師善于挖掘教材實(shí)驗(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)在某些教材實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、方法步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，往往還蘊(yùn)藏著一些可以繼續(xù)探究的問題。例如，人教版教材關(guān)于“DNA的粗提取和鑒定”實(shí)驗(yàn)中，主要介紹了用鹽析法提取DNA的方法，但在“課題延伸”部分有這樣一段描述：實(shí)驗(yàn)室提取高純度的DNA時(shí)，通常使用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十二烷基硫酸鈉(SDS)或吐溫等化學(xué)試劑。請查閱資料，了解實(shí)驗(yàn)室提取純度較高的DNA的一種方法，與本課題中所使用的方法進(jìn)行比較，總結(jié)兩種方法的異同。筆者得到這段描述的啟發(fā)，通過查閱資料，命制了一道原創(chuàng)試題，在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最后階段給學(xué)生集體討論。

科研人員以金定鴨、長樂灰鵝和象洞雞的全血為實(shí)驗(yàn)材料，比較苯酚—氯仿抽提法(方法A)和鹽析法(方法B)提取血液中DNA的效率。圖2中EDTA具有破壞細(xì)胞膜、抑制DNA酶的活性的作用，SDS具有破壞細(xì)胞膜和核膜、使蛋白質(zhì)變性和抑制DNA酶活性的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2：

請回答下列問題：(略)。

本實(shí)驗(yàn)題在最后階段的呈現(xiàn)不但緊扣教材描述，以圖解的形式介紹了提取DNA的兩種方法，還通過表格數(shù)據(jù)形式比較了兩種方法提取DNA的結(jié)果差異。同時(shí)，也比較了從不同鳥類中提取DNA的差異。通過集體討論，不但回應(yīng)了教材的提示，也鍛煉了學(xué)生從圖解和表格中獲取信息、綜合分析的能力。將這種拓展題及時(shí)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，可以拓寬學(xué)生的視野，完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，還可以幫助學(xué)生夯實(shí)探究性實(shí)驗(yàn)的基本技能，培養(yǎng)探究性學(xué)習(xí)的思維能力。

圖2 苯酚-氯仿抽提法和鹽析法提取禽血DNA的過程比較

5 用實(shí)驗(yàn)

除了讓學(xué)生掌握某些實(shí)驗(yàn)原理和基本方法外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終的目標(biāo)應(yīng)該是讓學(xué)生運(yùn)用已掌握的實(shí)驗(yàn)技能解決生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問題，這才是學(xué)生學(xué)科實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的高層次體現(xiàn)。因此，教師在實(shí)驗(yàn)課后，可根據(jù)生產(chǎn)、生活中的實(shí)際情境提出或設(shè)計(jì)相關(guān)的問題，讓學(xué)生運(yùn)用本實(shí)驗(yàn)中掌握的知識(shí)和技能去解決這些問題，切實(shí)體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值。例如，利用生物組織中蛋白質(zhì)鑒定的原理和方法去鑒定市場上銷售的某奶粉中蛋白質(zhì)含量是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)。在2015年江蘇高考生物學(xué)試題中有如下一道實(shí)驗(yàn)題，就是綜合利用多個(gè)教材實(shí)驗(yàn)中掌握的知識(shí)和技能解決實(shí)際生產(chǎn)中的問題。

中國水仙是傳統(tǒng)觀賞花卉，由于其高度不育，只能進(jìn)行無性繁殖，因而品種稀少。為了探究中國水仙只開花不結(jié)實(shí)的原因，有研究者開展了染色體核型分析實(shí)驗(yàn)，先制作了臨時(shí)裝片進(jìn)行鏡檢、拍照，再對(duì)照片中的染色體進(jìn)行計(jì)數(shù)、歸類、排列，主要步驟如下：

請回答下列問題：

(1)選取新生根尖作為實(shí)驗(yàn)材料的主要原因是 ▲ 。

(2)該實(shí)驗(yàn)過程用1 mol/L HCl解離的目的是 ▲ 。

(3)實(shí)驗(yàn)采用卡寶品紅作為染色劑，與卡寶品紅具有相似作用的試劑有 ▲ (填序號(hào))。

①雙縮脲試劑 ②醋酸洋紅液

③龍膽紫溶液 ④秋水仙素溶液

(4)鏡檢時(shí)，應(yīng)不斷移動(dòng)裝片，以尋找處于 ▲ 期且染色體 ▲ 的細(xì)胞進(jìn)行拍照。

(5)由圖中核型分析結(jié)果，得出結(jié)論：中國水仙只開花不結(jié)實(shí)的原因是 ▲ 。

(6)為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述推論，可以優(yōu)先選用 ▲ (填序號(hào))作為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行顯微觀察。

①花萼 ②花瓣 ③雌蕊 ④花藥 ⑤花芽

本實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生利用“觀察細(xì)胞的有絲分裂”和“觀察細(xì)胞的減數(shù)分裂”實(shí)驗(yàn)中相關(guān)原理和操作技能，并結(jié)合三倍體細(xì)胞中染色體的核型分析，來解決題干中提出的中國水仙只開花不結(jié)實(shí)的原因。學(xué)生如果不能充分理解本題的科研背景，不能把已學(xué)的實(shí)驗(yàn)技能有效地遷移到新情境中加以應(yīng)用，或者上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)不牢的話，是很難解決好本題所提出的問題的。這也提醒廣大教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，要加強(qiáng)學(xué)生“用實(shí)驗(yàn)”能力培養(yǎng)的意識(shí)，并落實(shí)到具體的教學(xué)過程中去，“潤物細(xì)無聲”地提高學(xué)生這方面的能力。