陳亮+郭巖麗

1 教學(xué)內(nèi)容

本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)策略為微課程-翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容將本課課題確定為“植物細(xì)胞吸水和失水的再探究”（表1）。

2 微課的使用

高中生物概念教學(xué)具有較高的比重，很多概念比較抽象，學(xué)習(xí)難度較大，學(xué)生經(jīng)常提出一些重復(fù)性的問(wèn)題，教師答疑量負(fù)擔(dān)很重。由于筆者對(duì)制作微課具有濃厚的興趣，所以平時(shí)錄制的微視頻上傳至個(gè)人微信公眾號(hào)“探尋生命奧秘”中，供學(xué)生課后自學(xué)和觀看，既降低了教師答疑量，又便于學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)，一舉兩得。本節(jié)實(shí)驗(yàn)課涉及的概念難度小、易理解，適合自學(xué)。筆者課前制作了四段微視頻，并且以Flash動(dòng)畫(huà)作為素材錄制了旁白，便于學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容。

3 本課若干重要問(wèn)題的思考

3.1 植物材料的選擇

學(xué)生最初選擇了人口腔上皮細(xì)胞、菠菜葉肉細(xì)胞以及紫色洋蔥內(nèi)、外表皮細(xì)胞四種實(shí)驗(yàn)材料，因?yàn)樗鼈兌荚霈F(xiàn)在教材的其他實(shí)驗(yàn)中。教師則考慮到本實(shí)驗(yàn)所在的節(jié)標(biāo)題為“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膶?shí)例”，教學(xué)內(nèi)容理應(yīng)包含動(dòng)物細(xì)胞的吸水和失水。但在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生普遍發(fā)現(xiàn)，口腔上皮細(xì)胞由于沒(méi)有顏色，觀察難度很大，且教材中已舉例說(shuō)明動(dòng)物細(xì)胞可以吸水漲破和失水皺縮；菠菜葉肉細(xì)胞很不規(guī)則，制片時(shí)也往往只看到表皮細(xì)胞，探究?jī)r(jià)值微乎其微。經(jīng)過(guò)與其他教師的討論，棄用了這兩種材料，以玫瑰花瓣和黑藻代替，玫瑰花瓣的紅色為細(xì)胞液中的花青素，黑藻葉片很薄，制片容易，且可以葉綠體作為參照物觀察，兩種材料都具有較高的研究?jī)r(jià)值。

3.2 蔗糖濃度的選擇

學(xué)生曾嘗試配制物質(zhì)量濃度高于0.7 g/mL濃度的蔗糖溶液，但高濃度的蔗糖溶解速度很慢，滴加時(shí)也很黏稠，操作不便。此外，雖有資料顯示物質(zhì)量濃度0.5 g/mL蔗糖溶液已足以使細(xì)胞失水死亡，但仍有學(xué)生提出想比較0.5 g/mL與0.7 g/mL的蔗糖溶液的失水速度，因此保留了0.7 g/mL的蔗糖溶液。還有學(xué)生認(rèn)為應(yīng)該配制物質(zhì)量濃度為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/mL的蔗糖溶液。但由于系列濃度比較接近，且總跨度較小，最后選取了0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/mL這五種濃度。

3.3 葡萄糖和硝酸鉀溶液濃度的確定

學(xué)生最初選擇了物質(zhì)量濃度均為0.3 g/mL的葡萄糖和硝酸鉀溶液，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞迅速失水，甚至滴加清水都難以復(fù)原，得出結(jié)論為0.3 g/mL的葡萄糖溶液和硝酸鉀溶液物質(zhì)的量濃度過(guò)大，失去參考價(jià)值。教師和學(xué)生參考有關(guān)資料，并討論，將葡萄糖溶液濃度改進(jìn)為0.16 g/mL和硝酸鉀溶液濃度為0.090 g/ml，但又有學(xué)生考慮到硝酸鉀在溶液中會(huì)發(fā)生完全電離使物質(zhì)的量濃度加倍，最后確定硝酸鉀溶液濃度為0.045 g/mL，這樣兩種溶液都具備了與0.3 g/mL蔗糖溶液的比較價(jià)值。

3.4 硝酸鉀能使植物細(xì)胞質(zhì)壁分離完全復(fù)原

在實(shí)驗(yàn)室的室溫下，硝酸鉀溶液滴在裝片上10～15 min后會(huì)明顯析出結(jié)晶，為避免這一現(xiàn)象對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，教師制作多張臨時(shí)裝片，并向蓋玻片周?chē)渭恿耸炗鸵愿艚^空氣，避免硝酸鉀溶液溶解度發(fā)生變化，從觀察到明顯質(zhì)壁分離開(kāi)始計(jì)時(shí)，17 min時(shí)已經(jīng)可以觀察到質(zhì)壁分離出現(xiàn)自動(dòng)復(fù)原，45 min及以后的時(shí)間內(nèi)細(xì)胞已不再明顯吸水，雖并未恢復(fù)至質(zhì)壁分離前狀態(tài)，但證明細(xì)胞在硝酸鉀溶液中可以發(fā)生質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原。

3.5 葡萄糖溶液中能否發(fā)生自動(dòng)復(fù)原的探究

筆者按3.4中相同方法制作多張裝片，連續(xù)觀察3 h，未曾看到有自動(dòng)復(fù)原的趨勢(shì)；也曾做過(guò)放置10 h后再觀察的實(shí)驗(yàn)，但細(xì)胞液中的紫色已經(jīng)消失，說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間失水已經(jīng)使細(xì)胞死亡，色素?cái)U(kuò)散至細(xì)胞外。無(wú)獨(dú)有偶，天津七中的翟春利老師使用物質(zhì)量濃度為0.2 g/mL的葡萄糖溶液也未能觀察到質(zhì)壁分離的自動(dòng)復(fù)原。在查閱文獻(xiàn)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)北京四中的畢詩(shī)秀老師曾在“蔗糖能進(jìn)入植物細(xì)胞的論證”一文中提到細(xì)胞在0.15 g/mL葡萄糖溶液中發(fā)生質(zhì)壁分離后，繼續(xù)觀察5 min即可發(fā)生自動(dòng)復(fù)原。筆者認(rèn)為，影響質(zhì)壁分離及復(fù)原的因素還應(yīng)該有實(shí)驗(yàn)材料的生長(zhǎng)地、存放時(shí)間、自身的生長(zhǎng)狀態(tài)，此外實(shí)驗(yàn)者對(duì)質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象的判斷也存在一定的主觀性和偶然性，不同文獻(xiàn)中同樣濃度的蔗糖、硝酸鉀等溶液質(zhì)壁分離及復(fù)原的時(shí)間都不完全一致也證明了這一點(diǎn)見(jiàn)（表1～表4）。山東省教研員張可柱老師認(rèn)為葡萄糖可能只被細(xì)胞吸收至原生質(zhì)層而未進(jìn)入細(xì)胞液，未能提高細(xì)胞液的滲透壓。此外，也有教師提出可能洋蔥表皮細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收量較小，或吸收后立即被氧化分解而造成細(xì)胞未能吸水復(fù)原。關(guān)于這一問(wèn)題筆者將繼續(xù)思考和探究。

3.6 氯化鈉溶液能使細(xì)胞質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原

趙則信的《影響質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原因素的實(shí)驗(yàn)探究》一文中提到“但在一定的濃度范圍下，NaC1溶液都不能發(fā)生自動(dòng)復(fù)原的現(xiàn)象”，筆者也在課堂教學(xué)中將這一結(jié)論作為已知條件為學(xué)生設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)提供佐證。但現(xiàn)場(chǎng)授課后，參會(huì)的幾位生物教師提出他們自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示氯化鈉也可以使細(xì)胞發(fā)生質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原。帶著這一問(wèn)題，筆者配制了物質(zhì)量濃度為0.05 g/mL的氯化鈉溶液（物質(zhì)的量濃度相當(dāng)于0.3 g/mL蔗糖溶液）完成了該實(shí)驗(yàn)。方法如3.4中所述，結(jié)果顯示，該濃度的蔗糖，氯化鈉溶液使細(xì)胞質(zhì)壁分離的速度更快，從觀察到明顯質(zhì)壁分離開(kāi)始計(jì)時(shí)，75 min左右時(shí)出現(xiàn)了較為明顯的質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原；繼續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，與硝酸鉀溶液類(lèi)似，細(xì)胞也不能完全恢復(fù)至質(zhì)壁分離前的狀態(tài)，3 h后吸去石蠟油，向裝片上滴加清水，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞仍可吸水而發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，這說(shuō)明細(xì)胞尚未因長(zhǎng)時(shí)間失水而死亡?？紤]到3.5中所述的因素，筆者得出如下結(jié)論：氯化鈉溶液可以作為蔗糖的替代溶液；在實(shí)驗(yàn)室條件下，氯化鈉溶液可以使細(xì)胞出現(xiàn)質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原，但速度比硝酸鉀溶液慢。

4 不足之處

通過(guò)與聽(tīng)課教師及專(zhuān)家的交流，筆者發(fā)現(xiàn)本課問(wèn)題主要有：① 課堂容量大：雖然3個(gè)小組同時(shí)探究不同問(wèn)題可以解決時(shí)間上的沖突，但課堂生成的很多重要問(wèn)題未能充分展開(kāi)討論；同時(shí)也沒(méi)能及時(shí)點(diǎn)評(píng)和糾正學(xué)生表述中的一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，這可能會(huì)讓學(xué)生形成一些錯(cuò)誤的印象。這些都與教學(xué)內(nèi)容較多有關(guān)，教師難以面面兼顧。② 應(yīng)注意回歸教材：本課對(duì)教材內(nèi)容做了大量拓展，引領(lǐng)了學(xué)生的思維，但本課的核心概念為滲透作用和質(zhì)壁分離，課標(biāo)對(duì)本課的要求為“說(shuō)明物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式”，因此本課最后應(yīng)將學(xué)生發(fā)散的思維統(tǒng)一在教材的基本概念上，這也是對(duì)教材的一種尊重。

5 改進(jìn)與展望

本課的授課地點(diǎn)為大慶市委黨校，教學(xué)環(huán)境需現(xiàn)場(chǎng)搭建，教學(xué)硬件和技術(shù)手段（如結(jié)果的展示和數(shù)據(jù)傳輸）的使用嚴(yán)重受限。如果能在數(shù)碼顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室中授課，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的共享更加便利，提高教學(xué)過(guò)程的流暢性，達(dá)到事半功倍的效果。

筆者在準(zhǔn)備本課的過(guò)程中，也在不斷關(guān)注與本課有關(guān)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。江西一位生物教師對(duì)植物細(xì)胞的吸水和失水也做過(guò)改進(jìn)，其最大創(chuàng)新點(diǎn)在于將本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了量化分析。曾老師用帶有標(biāo)尺的目鏡替換原目鏡，首先可以在低倍鏡下統(tǒng)計(jì)視野中發(fā)生質(zhì)壁分離的細(xì)胞個(gè)數(shù)及百分比，換成高倍鏡后可以測(cè)量某一細(xì)胞原生質(zhì)層的長(zhǎng)和寬；其次在拍攝結(jié)果時(shí)，可以使用手機(jī)并通過(guò)APP傳輸數(shù)據(jù)、共享結(jié)果，手機(jī)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于可以隨時(shí)從顯微鏡上取下，以拍攝學(xué)生的活動(dòng)及操作過(guò)程，但對(duì)WIFI網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的依賴(lài)性。由于目鏡標(biāo)尺和手機(jī)拍照在公開(kāi)課現(xiàn)場(chǎng)使用具有局限性，筆者將在日常實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中加以應(yīng)用。

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